ITMI20002834A1 - Interruttore limitatore di corrente - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione è relativa ad un interruttore multipolare limitatore di corrente per bassa tensione del tipo con contatti mobili a forchetta; più precisamente, con la definizione di interruttore per bassa tensione è da intendersi un interruttore per applicazioni con tensioni di esercizio fino a circa a 1000 Volt.

.Generalmente negli impianti elettrici industriali di bassa tensione in cui vi sono in gioco correnti di elevato valore, e quindi anche le potenze in gioco sono elevate, vengono normalmente impiegati dei dispositivi specifici, comunemente noti nella tecnica come interruttori automatici, o di potenza.

Tali interruttori operano tipicamente con correnti il cui valore nominale in funzione delle applicazioni può variare entro un vasto intervallo, tipicamente da frazioni di Amperè fino a diverse migliaia di Ampère, e sono deputati a fornire una serie di prestazioni necessarie a garantire il corretto funzionamento dell'impianto elettrico in cui sono inseriti e dei carichi ad esso connessi. Ad esempio, essi proteggono i carichi da eventi anomali dovuti a guasti da corto circuito o per sovraccarichi mediante apertura automatica del circuito di alimentazione, permettono il corretto inserimento/disinserimento di carichi nel/dal circuito, garantiscono che la corrente nominale per le diverse utenze connesse sia effettivamente pari a quella richiesta, etc..

Attualmente questi interruttori sono disponibili secondo svariate soluzioni costruttive; tra queste soluzioni, la più comune e largamente utilizzata prevede che, nella configurazione standard di base, le manovre di disaccoppiamento/accoppiamento tra contatti fissi e mobili siano realizzate mediante l'utilizzo di complessi cinematismi che sfruttano l'energia meccanica preventivamente accumulata in speciali molle di apertura per azionare i contatti mobili e farli muovere con adeguata velocità.

In determinate condizioni operative, in particolare quando la corrente di corto circuito presunta può assumere valori significativamente elevati, l'impiego di interruttori automatici nella versione di base non è del tutto soddisfacente in quanto l'energia accumulata dalle sole molle di apertura può risultare insufficiente a garantire la separazione dei contatti con una adeguata velocità di apertura .

In queste situazioni, si ricorre perciò all'utilizzo di specifici interruttori automatici, noti nella tecnica come interruttori limitatori, che sono dotati di appositi accorgimenti tecnici atti ad aumentarne il potere di interruzione.

In particolare, una prima soluzione tecnica prevede di imporre alla corrente un determinato percorso in modo che, al verificarsi di un corto circuito, si sviluppino delle forze di repulsione elettrodinamica tra i contatti. Tali forze repulsive generano una spinta utile alla separazione dei contatti mobili da quelli fissi, e concorrono quindi al raggiungimento di una adeguata velocità di apertura.

Una seconda soluzione tecnica prevede che, per ogni polo dell'interruttore, si raddoppino i contatti fissi e i contatti mobili in modo che il flusso della corrente elettrica venga interrotto in due zone distinte del polo poste elettricamente in serie tra loro.

Queste due soluzioni che sono generalmente utilizzate associate tra loro, ma possono essere anche impiegate singolarmente, permettono di avere prestazioni migliorate in particolare per ciò che riguarda il potere di interruzione degli interruttori. Nonostante ciò, gli interruttori limitatori di tipo noto, pur garantendo soddisfacenti prestazioni funzionali, presentano alcuni inconvenienti e svantaggi.

In particolare, un aspetto critico nel caso di interruttori con contatti raddoppiati risiede nella necessità di avere, per ogni polo, una pressione meccanica equamente ripartita sulle due superfici di accoppiamento tra ciascun contatto fisso e il corrispondente contatto mobile. Infatti, quando questa condizione non viene soddisfatta, si hanno effetti negativi sulla conducibilità elettrica che peggiora continuamente durante la vita utile dell'interruttore a causa dell'usura progressiva, irregolare ed asimmetrica delle placchette conduttrici poste sulle superfici di accoppiamento dei contatti.

Per ovviare a questi inconvenienti, la struttura che supporta i contatti mobili e li connette all'organo di manovra, costituito generalmente da un albero o barra rotante, è concepita in modo da avere dei gradi di libertà rispetto all'organo di manovra stesso e quindi anche rispetto ai contatti fissi. In particolare, nel caso di contatti mobili doppi del tipo a forchetta, il corpo del contatto è dotato di un alberino che è collegato in modo articolato all'organo di manovra. Alla struttura di ciascun contatto mobile vengono poi associate delle molle supplementari, generalmente in coppia, che, sfruttando la libertà di movimento che il contatto mobile ha rispetto al contatto fisso e rispetto all'organo di manovra, favoriscono l'auto-adattamento delle superfici mobili di contatto rispetto a quelle fisse, e la ripartizione uniforme della pressione di contatto.

Tali molle supplementari però, oltre ad aumentare la complessità della meccanica generale dei contatti mobili ed influire sui costi, esercitano degli indesiderati sforzi di flessione e compressione sul supporto dei contatti mobili e più specificatamente sul loro alberino; tali sforzi, considerando anche il numero elevato di manovre richieste all'interruttore durante la sua vita utile, provocano un aumento crescente dell'attrito che si oppone al movimento della struttura di ciascun contatto mobile relativamente alla barra di manovra, e vanifica, o comunque riduce, i benefici offerti dalle libertà di movimento della struttura del contatto mobile. Inoltre, essi causano la progressiva deformazione plastica degli alberini, se non addirittura il grippaggio dell'intero cinematismo.

Compito precipuo della presente invenzione è quello di realizzare un interruttore multipolare limitatore di corrente che permetta di ovviare agli inconvenienti della tecnica anteriore, ed in particolare che abbia una struttura semplificata e prestazioni funzionali migliorate rispetto agli interruttori limitatori di tipo noto.

Nell'ambito di questo compito, uno scopo della presente invenzione è quello di realizzare un interruttore multipolare limitatore di corrente in cui la struttura dei contatti mobili e la loro connessione all'organo di manovra permetta di migliorare la distribuzione degli sforzi meccanici e di eliminare gli attriti in gioco, eliminando, o almeno minimizzando, la possibilità di eventuali grippaggi.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare un interruttore multipolare limitatore di corrente che consenta di ottimizzare la ripartizione della pressione di contatto tra i contatti mobili e fissi di ciascun polo.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di realizzare un interruttore multipolare limitatore di corrente che abbia un numero ridotto di componenti realizzativi rispetto agli interruttori noti, e il cui assemblaggio sia semplificato.

Non ultimo scopo della presente invenzione è quello di realizzare un interruttore multipolare limitatore di corrente che sia di elevata affidabilità, di relativamente facile realizzazione ed a costi competitivi.

Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito vengono raggiunti da un interruttore multipolare limitatore di corrente comprendente un involucro isolante che contiene:

- per ogni polo, almeno un contatto fisso ed almeno un contatto mobile reciprocamente accoppiabili/disaccoppiabili tra loro in corrispondenza di una condizione di chiusura/apertura dell'interruttore ;

- mezzi di attuazione che forniscono l'energia per movimentare detti contatti mobili e determinarne l'accoppiamento/disaccoppiamento con i corrispondenti contatti fissi, detti mezzi di attuazione comprendendo una barra di manovra rotante che è operativamente accoppiata ai contatti mobili dei poli; caratterizzato dal fatto che detti contatti mobili presentano un corpo conformato a forchetta avente un elemento di base che supporta due bracci provvisti di placchette di contatto elettrico con corrispondenti superfici di accoppiamento del contatto fisso, e dal fatto che detto corpo a forchetta è collegato alla barra di manovra mediante mezzi elastici alloggiati in una sede ricavata nella barra, detti mezzi elastici essendo ancorati a detta barra ed essendo fissati a detto elemento di base in modo da supportare il contatto mobile e favorire una distribuzione sostanzialmente uniforme della pressione esercitata dalle placchette di contatto su dette corrispondenti superfici di accoppiamento del contatto fisso.

In questo modo, ciascun contatto mobile dell'interruttore è collegato alla barra di manovra in modo esclusivamente elastico, mediante mezzi elastici che fungono anche da elemento di supporto del contatto stesso. Ciò permette quindi di eliminare, rispetto all'arte nota, i componenti rigidi di supporto, soggetti a sforzi e grippaggi, ed in particolare l'alberino di supporto, con conseguente vantaggio in termini di funzionalità' elettriche, di distribuzione degli sforzi meccanici, e di semplificazione costruttiva.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di realizzazione, preferita ma non esclusiva, dell'interruttore secondo l'invenzione, illustrata a titolo indicativo e non limitativo, con l'ausilio degli uniti disegni in cui:

la figura 1 è una vista prospettica illustrante schematicamente i contatti mobili accoppiati ad una barra di manovra, di un interruttore limitatore di corrente tripolare secondo l'invenzione;

la figura 2 è è una vista prospettica illustrante una molla flessionale a spirale utilizzata nel l'interruttore secondo 1'invenzione,-la figura 3 è una vista in sezione laterale di figura 1.

In figura 1 è schematicamente illustrato l'equipaggiamento mobile di un interruttore limitatore di corrente di tipo tripolare; tali interruttori limitatori, secondo forme ampiamente note nella tecnica e per questo non illustrate in dettaglio, comprendono, nelle varie versioni a diverso numero di poli, un involucro isolante che contiene, per ogni polo, almeno un contatto fisso ed almeno un contatto mobile reciprocamente accoppiabili/disaccoppiabili tra loro in corrispondenza di una condizione di chiusura/apertura dell'interruttore, almeno una camera di estinzione dell'arco, un eventuale dispositivo per la repulsione elettrodinamica dei 'contatti in corrispondenza di una condizione di corto circuito, e mezzi di attuazione, comuni a tutti i poli, che forniscono l'energia per movimentare i contatti mobili e determinarne l'accoppiamento/disaccoppiamento con i corrispondenti contatti fissi. In particolare, tali mezzi di attuazione comprendono generalmente un meccanismo cinematico a molla che è operativamente accoppiato ad un dispositivo di sgancio, ad esempio di tipo magnetotermicò, e ad una leva di apertura/chiusura dell'interruttore che si protende esternamente all'involucro isolante e permette l'azionamento manuale dell'interruttore.

In particolare, il meccanismo cinematico a molla comprende una barra di manovra rotante realizzata in modo da garantire l'isolamento tra i poli, indicata in figura 1 dal numero di riferimento 1, che è disposta nell'involucro in modo da attraversare trasversalmente i vari poli, ed è operativamente accoppiata ai contatti mobili 2 ad essa connessi. In pratica, quando si ha l'apertura dell'interruttore, il meccanismo cinematico a molla fornisce alla barra 1 l'energia preventivamente accumulata nella molla, mediante la quale la barra 1 ruota con velocità adeguata, e determina il disaccoppiamento dei contatti mobili dai contatti fissi.

Nella forma di realizzazione dell'interruttore limitatore secondo l'invenzione, ciascun contatto mobile 2 presenta un corpo conformato a forchetta avente un elemento di base 3 che supporta due bracci 4; i due bracci 4 sono entrambi provvisti di placchette di contatto elettrico 5 con le corrispondenti superfici di accoppiamento del contatto fisso ad esso coniugato.

Ciascun corpo a forchetta è collegato alla barra di manovra 1 mediante mezzi elastici che sono alloggiati, almeno parzialmente, in una sede 6 ricavata nella barra 1, e ad essa ivi ancorati, e sono fissati all'elemento di base 3. Preferibilmente, nella forma di realizzazione illustrata nelle figure, i mezzi elastici sono costituiti da una molla flessionale a spirale 10, che è alloggiata in una sede 6 ricavata nella barra 1 con asse sostanzialmente parallelo all'asse di rotazione della barra 1 stessa, ed è ad essa ivi ancorata; alternativamente, i mezzi elastici potrebbero essere ad esempio realizzati tramite una molla a balestra avente una porzione ancorata alla barra 1 ed un'altra porzione fissata alla base 3 del contatto mobile 2, oppure mediante altri corpi elastici opportunamente configurati, purché compatibili con l'applicazione.

In particolare, la molla 10 comprende almeno una porzione 7 che è fissata all'elemento di base 3 in modo da supportare il contatto mobile 2 e favorire una distribuzione sostanzialmente uniforme della pressione esercitata dalle placchette di contatto 5 sulle corrispondenti superfici di accoppiamento del contatto fisso.

In particolare, come illustrato in dettaglio nelle figure 1 e 2, la molla a spirale 10 comprende una prima ed una seconda serie di spire elicoidali 11 e 12 che sono disposte coassialmente nella sede di alloggiamento 6 e sostanzialmente parallele all'asse di rotazione della barra di manovra 1; tali serie di spire elicoidali il e 12 hanno entrambe un'estremità libera, rispettivamente 14 e 15, che è disposta sostanzialmente parallela all'asse delle spire stesse e si impegna in un corrispondente recesso 16 definito sulle pareti della sede di alloggiamento 6. Inoltre, le due serie di spire 11 e 12 sono connesse tra loro, in una zona sostanzialmente centrale della molla stessa, da un tratto di spira 13 che si protende trasversalmente rispetto all'asse della molla e forma la porzione 7 fissata all'elemento di base 3.

Come illustrato in dettaglio in figura 3, il tratto di spira 13 che si protende trasversalmente rispetto all'asse della molla 10 comprende due rami sostanzialmente rettilinei e paralleli tra loro, connessi ciascuno ad una corrispondente serie di spire; tali rami sono diretti lungo una direttrice congiungente la barra di manovra 1 con un contatto mobile 2, e sono tra loro interconnessi mediante la porzione 7 fissata all’elemento di base 3. A sua volta la porzione 7 presenta una configurazione sostanzialmente ad U.

In particolare, la porzione 7 sagomata ad U è disposta appoggiata, almeno parzialmente, ad una faccia dell'elemento di base 3 ed è ad esso fissata mediante un elemento di fissaggio, indicato schematicamente in figura 3 con il numero di riferimento 20. L'elemento di fissaggio 20 comprende una testa cilindrica 21 ed un gambo 22, anch'esso cilindrico, che si protende dalla testa 21 ed ha rispetto ad essa diametro ridotto; l'elemento 20 è rigidamente fiseato al corpo del contatto mobile 2 con il gambo 21 che è abbracciato dai rami della porzione ad U 7 e attraversa l'elemento di base 3, e la testa 20 che pressa la porzione ad U 7 contro una faccia dell'elemento di base stesso 3. In questo modo si realizza un fissaggio semplice dal punto di vista realizzativo ed efficace da quello funzionale; alternativamente, il collegamento tra la porzione 7 e il corpo del contatto mobile 3 potrebbe essere realizzato diversamente, ad esempio utilizzando un elemento di fissaggio diversamente configurato, oppure realizzando una connessione diretta porzione 7- contatto 2.

Vantaggiosamente, nella forma di realizzazione dell'interruttore limitatore secondo l'invenzione, la struttura del contatto 2 e della molla 10, il loro reciproco collegamento, nonché il collegamento della molla 10 alla barra di manovra 1 sono realizzati in modo tale che, la prima e la seconda serie di spire 11 e 12, i due rami rettilinei del tratto di spira 13, i due rami della porzione 7 sagomata ad U, e le due placchette di contatto elettrico 5, sono disposte sostanzialmente simmetriche rispetto ad un piano di mezzeria perpendicolare all'elemento di base 3 di ciascun contatto mobile 2.

Si è in pratica constatato come l'interruttore multipolare limitatore di corrente secondo l'invenzione assolva pienamente il compito nonché gli scopi prefissati, fornendo una serie significativa di vantaggi rispetto all'arte nota.

Infatti, come precedentemente indicato, ciascun contatto mobile 2 è collegato alla barra di manovra 1 in modo esclusivamente elastico, tramite la molla 10 che, essendo fissata sia alla barra che al contatto mobile, oltre che da elemento di connessione, funge anche da elemento di supporto del contatto stesso,- inoltre, la molla 10, in virtù della sua natura elastica e della sua struttura realizzativa, è in grado di fornire autonomamente al contatto mobile, quelle libertà di movimento rispetto alla barra e al corrispondente contatto fisso che nell'arte nota sono· ottenute facendo ricorso ad elementi di supporto rigidi che comportano i problemi precedentemente elencati, e richiedono comunque sistemi di collegamento complessi all'organo di manovra. In questo modo si. ha quindi, rispetto all'arte nota, un miglioramento del comportamento ' elettrico e meccanico dell'interruttore, con una ripartizione equilibrata della pressione di contatto tra le superfici di contatto di ciascun polo, un miglioramento dell'affidabilità generale e un prolungamento della vita utile dei poli dell'interruttore. Tali effetti sono ancor più accentuati e migliorati dalla struttura realizzativa simmetrica rispetto al piano di mezzeria perpendicolare all'elemento di base di ciascun contatto mobile, che contribuisce a ripartire equamente i carichi tra le superfici di accoppiamento elettrico di ogni polo.

Da non trascurarsi è poi il fatto che la struttura dei contatti è semplificata rispetto all'arte nota e richiede un numero .ridotto di componenti realizzativi, con conseguente beneficio sia dal punto di vista dei costi che da quello delle operazioni di montaggio e manutenzione .

L'interruttore così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo ,-inoltre tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti. In pratica, i materiali, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi secondo le esigenze e lo stato della tecnica.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Interruttore multipolare limitatore di corrente comprendente un involucro isolante che contiene: - per ogni polo, almeno un contatto fisso ed almeno un contatto mobile reciprocamente accoppiabili/disaccoppiabili tra loro in corrispondenza di una condizione di chiusura/apertura dell'interruttore ; - mezzi di attuazione che forniscono l'energia per movimentare detti contatti mobili e determinarne l'accoppiamento/disaccoppiamento con i corrispondenti contatti fissi, detti mezzi di attuazione comprendendo una barra di manovra rotante che è operativamente accoppiata ai contatti mobili dei poli; caratterizzato dal fatto che detti contatti mobili presentano un corpo conformato a forchetta avente un elemento di base che supporta due bracci provvisti di placchette di contatto elettrico con corrispondenti superfici di accoppiamento del contatto fisso, e dal fatto che detto corpo a forchetta è collegato alla barra di manovra mediante mezzi elastici alloggiati in una sede ricavata nella barra, detti mezzi elastici essendo ancorati a detta barra ed essendo fissati a detto elemento di base in modo da supportare il contatto mobile e favorire una distribuzione sostanzialmente uniforme della pressione esercitata dalle placchette di contatto su dette corrispondenti superfici di accoppiamento del contatto fisso.
2. 2. Interruttore limitatore di corrente secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi elastici sono costituiti da una molla alloggiata in detta sede della barra e ad essa ancorata, una porzione di detta molla essendo fissata all'elemento di base.
3. 3. Interruttore limitatore di corrente secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta molla è una molla a spirale flessionale disposta nella sede di alloggiamento con asse sostanzialmente parallelo all'asse di rotazione della barra di manovra .
4. 4. Interruttore limitatore di corrente ' secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detta molla a spirale comprende una prima ed una seconda serie di spire elicoidali disposte tra loro coassiali in detta sede di alloggiamento e sostanzialmente parallele all'asse di rotazione della barra di manovra, detta prima e seconda serie di spire avendo un'estremità libera inserita in un corrispondente recesso definito nella sede di alloggiamento ed essendo tra loro connesse, in una zona sostanzialmente centrale, da un tratto di spira che si protende trasversalmente rispetto all'asse della molla e forma detta porzione fissata all'elemento di base.
5. 5. Interruttore limitatore di corrente secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che l'estremità libera di detta prima e seconda serie di spire elicoidali è disposta sostanzialmente parallela all'asse delle spire e si impegna in un corrispondente recesso definito sulle pareti di detta sede di alloggiamento.
6. 6. Interruttore limitatore di corrente secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto tratto di spira che si protende trasversalmente rispetto all'asse della molla comprende due rami tra loro paralleli connessi ciascuno ad una corrispondente serie di spire e diretti lungo una direttrice congiungente la barra con un contatto mobile, detti rami essendo tra loro connessi da detta porzione fissata all'elemento di base del contatto mobile.
7. 7. Interruttore limitatore di corrente secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta porzione fissata all'elemento di base dei contatti mobili presenta una conformazione sostanzialmente ad U.
8. 8. Interruttore limitatore di corrente secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta prima e seconda serie di spire, i due rami di detta porzione sagomata ad U, e le due placchette di contatto elettrico sono disposte sostanzialmente simmetriche rispetto ad un piano di mezzeria perpendicolare all'elemento di base del contatto mobile.
9. 9. Interruttore limitatore di corrente secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detta porzione sagomata ad U è disposta appoggiata, almeno parzialmente, ad una faccia dell'elemento di base ed è ad essa fissata mediante un elemento di fissaggio .
10. 10. Interruttore limitatore di corrente secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detto elemento di fissaggio comprende una testa cilindrica da cui si protende un gambo cilìndrico di diametro ridotto rispetto alla testa, detto elemento di fissaggio essendo rigidamente fissato al corpo del contatto mobile con il gambo che è abbracciato dai rami della porzione ad U e attraversa l'elemento di base, e la testa che pressa la porzione ad U contro una faccia dell'elemento di base stesso.