ITMI20002850A1 - Polo elettrico per un interruttore di potenza di bassa tensione - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un polo elettrico per un interruttore di potenza di bassa tensione avente caratteristiche migliorate .

Più particolarmente, la presente invenzione si riferisce ad un polo elettrico per un interruttore automatico di potenza di bassa tensione che presenta migliorate doti di affidabilità e facilità d'impiego.

E' noto che un interruttore automatico di potenza di bassa tensione è un interruttore impiegato in impianti elettrici industriali caratterizzati da tensioni d'esercizio inferiori ai 1000 Volt e da correnti elettriche di valore nominale variabile da frazioni di Ampère a diverse migliaia di Ampere, le quali danno origine a potenze di valore relativamente elevato.

E' noto che un interruttore automatico di potenza comprende uno o più poli elettrici a ciascuno dei quali è associato un conduttore elettrico di fase o un conduttore elettrico di neutro. In dipendenza dal numero di poli elettrici impiegati, un interruttore automatico di potenza viene definito di tipo unipolare, bipolare, tripolare, tetrapolare, etc.

Normalmente, un polo elettrico comprende una coppia di contatti elettrici reciprocamente accoppiabili/disaccoppiabili tra loro. I contatti elettrici sono elettricamente connessi al conduttore di fase o di neutro associato al polo elettrico.

Generalmente, ciascun polo elettrico dell'interruttore comprende, associato al conduttore di fase o neutro, un sensore di corrente. Il sensore di corrente normalmente comprende un trasformatore amperometrico, il cui avvolgimento primario è rappresentato dal conduttore di fase o di neutro ed il cui avvolgimento secondario è elettricamente connesso, mediante terminali elettrici di uscita, all'unità di protezione dell'interruttore (detta anche relè di sovracorrente) . Pertanto, in uscita all'avvolgimento secondario, il trasformatore amperometrico genera segnali di rilevamento, indicativi del valore d'intensità di corrente nel conduttore di fase o di neutro. I segnali di rilevamento sono inviati in ingresso all'unità di protezione, la quale fornisce in uscita segnali di comando per un dispositivo attuatore. In questo modo, per ciascuna fase elettrica, è possibile rilevare costantemente le condizioni d'assorbimento del carico, riconoscere le eventuali anomalie di funzionamento e, se necessario (in caso di guasti, sovracorrenti, cortocircuiti), procurare l'apertura automatica dell'interruttore.

E' noto che il collegamento elettrico del sensore di corrente all'unità di protezione può avvenire secondo diverse modalità.

Secondo un primo approccio tradizionale, il trasformatore amperometrico è connesso ad una scheda elettronica d'interfaccia la quale, a sua volta, è connessa elettricamente alla sezione di ingresso dell'unità di protezione. In pratica, il trasformatore amperometrico è montato sulla scheda elettronica d'interfaccia e i terminali elettrici d'uscita del trasformatore, connessi all'avvolgimento secondario dello stesso, sono saldati a conduttori ricavati sulla scheda elettronica d'interfaccia. Questi conduttori sono connessi elettricamente, mediante saldature o opportuni connettori, ai terminali elettrici della sezione di ingresso dell'unità di protezione.

Un approccio tradizionale alternativo prevede invece di saldare appositi cavetti elettrici ai terminali elettrici di uscita del trasformatore e di connettere (mediante saldatura o appositi connettori) detti cavetti elettrici direttamente ai terminali elettrici della sezione di ingresso dell'unità di protezione.

I poli elettrici, per interruttori di potenza di bassa tensione, di tipo noto presentano alcuni inconvenienti.

Questi inconvenienti derivano dal fatto che, normalmente, il collegamento elettrico tra il sensore di corrente e l'unità di protezione prevede un numero relativamente elevato di saldature e giunzioni elettriche. Durante la vita operativa dell'interruttore, queste saldature e giunzioni possono essere soggette a deterioramento e a distacco, ad esempio a causa dei notevoli fenomeni di vibrazione ai quali il polo elettrico è normalmente soggetto, durante le manovre d'interruzione. L'efficienza operativa dell'interruttore dipende, perciò, dal perfetto stato di conservazione dei connettori e dei cavetti elettrici. Pertanto, molto spesso, è necessario operare difficili e costosi interventi di manutenzione per assicurare un'affidabilità adeguata. Ovviamente ciò ha ripercussioni negative sui costi complessivi di fabbricazione ed utilizzo dell'interruttore di bassa tensione.

Compito precipuo della presente invenzione è quello di realizzare un polo elettrico, per un interruttore automatico di potenza di bassa tensione, che consenta di superare gli inconvenienti descritti.

Nell'ambito di questo compito, uno scopo della presente invenzione è quello di realizzare un polo elettrico nel quale il collegamento elettrico tra il sensore di corrente associato al polo e l'unità di protezione dell'interruttore sia realizzato in modo semplice ed affidabile, evitando complesse operazioni di giunzione e saldatura.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è realizzare un polo elettrico che presenti un ridotto numero di parti, un cablaggio semplificato e sia di relativamente semplice assemblaggio ed installazione .

Non ultimo scopo della presente invenzione è realizzare un polo elettrico che sia di facile realizzazione ed a costi contenuti.

Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito sono raggiunti da un polo elettrico per un interruttore automatico di potenza di bassa tensione, comprendente un contatto fisso ed un contatto mobile reciprocamente accoppiabili/disaccoppiabili tra loro. Il contatto fisso è elettricamente connesso ad un conduttore di fase elettricamente atto ad alimentare un carico. Il polo elettrico, secondo la presente invenzione, comprende inoltre un'unità di rilevamento, la quale comprende una prima sezione atta ad ospitare un sensore di corrente, associato a detto conduttore di fase. Il sensore di corrente è in grado di generare segnali di rilevamento indicativi dell'intensità della corrente elettrica passante attraverso detto conduttore di fase. L'unità di rilevamento è connessa all'unità di protezione dell'interruttore, la quale è atta a ricevere detti segnali di rilevamento ed a generare segnali di comando per mezzi attuatori, operativamente connessi a detto contatto mobile. L'unità di protezione comprende almeno una sezione di ingresso, provvista di uno o più terminali elettrici di ingresso. Il polo elettrico secondo la presente invenzione è caratterizzato dal fatto che detta unità di rilevamento comprende una seconda sezione, solidalmente connessa a detta prima sezione e provvista di uno o più terminali elettrici d'uscita elettricamente connessi a detto sensore di corrente. Detta seconda sezione comprende mezzi di connessione, atti ad accoppiare meccanicamente detta seconda sezione con la sezione d'ingresso dell'unità di protezione, in modo da realizzare una connessione elettrica diretta tra ì terminali elettrici di uscita di detta seconda sezione e i terminali elettrici di ingresso di detta sezione di ingresso dell'unità di protezione.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva del polo elettrico secondo la presente invenzione, illustrata a titolo indicativo e non limitativo negli uniti disegni, in cui:

la figura 1 illustra schematicamente la struttura di un polo elettrico, secondo la presente invenzione;

la figura 2 illustra schematicamente un particolare di una forma realizzativa di un polo elettrico, secondo la presente invenzione;

la figura 3 illustra schematicamente un particolare di una forma realizzativa di un polo elettrico, secondo la presente invenzione; la figura 4 illustra schematicamente un particolare di una forma realizzativa di un polo elettrico, secondo la presente invenzione; e la figura 5 illustra parzialmente un esempio di utilizzo del polo elettrico, secondo la presente invenzione, in un interruttore tripolare.

Con riferimento alle figure sopra citate, il polo elettrico secondo la presente invenzione, globalmente indicato dal numero di riferimento 1, comprende un contatto fisso 2 ed un contatto mobile 3 reciprocamente accoppiabili/disaccoppiabili tra loro. . Il contatto fisso 2 è elettricamente connesso ad un conduttore di fase 4 atto ad alimentare un carico (non illustrato). Il polo elettrico 1 comprende inoltre una unità di rilevamento 5. L'unità di rilevamento 5 comprende una prima sezione 6 atta ad ospitare un sensore di corrente 7 associato al conduttore di fase 4. Il sensore di corrente 7 genera segnali di rilevamento 8, indicativi dell'intensità della corrente elettrica (freccia 9 di figura 1) passante attraverso il conduttore di fase 4. L'interruttore comprende anche un'unità di protezione 10, la quale è elettricamente connessa all'unità di rilevamento 5 ed è atta a ricevere i segnali di rilevamento 8 ed a generare segnali di comando 11 per mezzi attuatori 12, operativamente connessi al contatto mobile 3 (freccia 13 figura 1). L'unità di protezione 10 comprende almeno una sezione di ingresso 14, provvista di uno o più primi terminali di ingresso (non illustrati) La peculiarità del polo elettrico 1, secondo la presente invenzione, consiste nel fatto che l'unità di rilevamento 5 comprende una seconda sezione 20, solidalmente connessa alla prima sezione 6 e provvista di uno o più secondi terminali elettrici 21 (figura 3). La seconda sezione comprende mezzi di connessione 22, atti ad accoppiare meccanicamente la sezione di ingresso 14 dell'unità di protezione 10 (non illustrata in figura 3) alla seconda sezione 20 dell'unità di rilevamento 5. L'accoppiamento-meccanico avviene in modo da realizzare una connessione elettrica diretta tra i primi terminali elettrici 21 della seconda sezione 20 e i secondi terminali elettrici della sezione di ingresso 14 (non illustrati). In questo modo il collegamento elettrico tra il sensore di corrente 7 e l'unità di rilevamento 5 viene realizzato in modo semplice e diretto, evitando di fatto l'adozione di giunzioni, saldature cavetti di collegamento o connettori intermedi. Ovviamente ciò determina un'elevata affidabilità, una notevole riduzione del numero di elementi utilizzati ed una notevole semplificazione del cablaggio del polo elettrico.

Secondo una forma di realizzazione preferita (figura 3), i mezzi di connessione 22 comprendono un primo elemento connettore che comprende una o più pareti di guida 24 ed una parete di fondo 25 da cui fuoriescono i terminali elettrici di uscita 21 della prima sezione 6: Le pareti di guida 24 e la parete di fondo 25 definiscono un primo alloggiamento, atto ad ospitare, almeno parzialmente (ed in particolare in corrispondenza dei terminali elettrici di ingresso), un secondo elemento connettore (non illustrato) della sezione di ingresso 14. In questo modo, è possibile realizzare una connessione elettrica diretta tra i terminali elettrici di uscita 21 e i secondi terminali elettrici della sezione di ingresso 14, secondo una modalità del tipo presa-spina. Ad esempio, durante l'operazione di connessione, i terminali elettrici di uscita 21 possono essere inseriti all'interno di opportuni morsetti, i quali possono essere ricavati sulla sezione di ingresso 14 dell'unità di protezione 10 e, pertanto, costituire in pratica i terminali elettrici di ingresso della sezione di ingresso 14.

Secondo una forma realizzativa alternativa (non illustrata) del polo elettrico 1, secondo la presente invenzione, i mezzi di connessione 22 comprendono elementi di connessione ausiliari atti ad essere ospitati in alloggiamenti ricavati sulla sezione di ingresso 14 dell'unità di protezione 10. Anche in questo modo, è possibile realizzare facilmente una connessione elettrica diretta tra i primi terminali elettrici 21 e i secondi terminali elettrici della sezione di ingresso 14 dell'unità di protezione 10, secondo una modalità del tipo presa-spina.

Come descritto in precedenza, la seconda sezione 20 è solidalmente connessa con la prima sezione 6 dell'unità di rilevamento 5. Ciò può avvenire mediante l'ausilio di viti od altri elementi meccanici di connessione. Preferibilmente, però, la prima sezione 6 e la seconda sezione 20 sono ricavate integralmente da un unico corpo di contenimento in materia plastica isolante. Vantaggiosamente (figura 2), il sensore di corrente 7 ed i terminali elettrici di uscita 21 possono essere inglobati nel corpo di contenimento in materia plastica dell'unità di rilevamento 5. Ciò può essere ottenuto ricorrendo, ad esempio, ad un processo di co-stampaggio. Questa soluzione è particolarmente vantaggiosa dato che permette di realizzare un'unità di rilevamento 5 dotata di notevole solidità, in particolare in corrispondenza della seconda sezione 20. Ciò permette di ottenere con relativa facilità un robusto accoppiamento meccanico tra la sezione di ingresso dell'unità di protezione 14 e la seconda sezione 20 e, conseguentemente, una connessione elettrica diretta, tra i terminali elettrici 21 ed i terminali elettrici di ingresso della sezione d'ingresso 14, particolarmente solida e resistente.

Il sensore di corrente 7 può essere realizzato secondo tecniche note dello stato dell'arte. Preferibilmente, il sensore di corrente 7 comprende un nucleo magnetico 30 ed un avvolgimento primario (non illustrato in figura 2) elettricamente connesso al contatto fisso 2. Il sensore di corrente 7 è vantaggiosamente dotato anche di un avvolgimento secondario 31 che comprende una o più spire avvolte sul nucleo magnetico 30. L'avvolgimento secondario 31 è elettricamente connesso ai terminali elettrici 21 della seconda sezione 20. Preferibilmente (figure 3 e 4), l'avvolgimento primario del sensore di corrente 7 comprende un elemento conduttore 40 elettricamente connesso al conduttore di fase 4 e al contatto fisso 2. In una forma di realizzazione preferita (figura 3), l'elemento conduttore 40 è sostanzialmente rigido e risulta passante attraverso la prima sezione 6. Inoltre, esso è posizionato in modo da essere racchiuso dal nucleo magnetico 30 del trasformatore amperometrico (primario mono-spira del sensore di corrente). L'elemento conduttore 40 può essere connesso al contatto fisso 2 ed al conduttore di fase 4, rispettivamente mediante le connessioni 51 e 52 e preferibilmente può essere inserito/disinserito dalla prima sezione S mediante un opportuno foro passante.

Alternativamente (figura 4), l'elemento conduttore 40 comprende una prima porzione 41 sostanzialmente rigida che fuoriesce dalla prima sezione 6 ed è elettricamente connessa al conduttore di fase 4 {non illustrato in figura 4), mediante un primo morsetto di connessione 42. L'elemento conduttore 40 racchiude anche una seconda porzione flessibile (non illustrata), la quale è preferibilmente racchiusa dalla prima sezione 6 e comprende una o più spire avvolte sul nucleo magnetico 30 (primario multi-spira del sensore di corrente). Infine, l'elemento conduttore 40 comprende una terza porzione 43 sostanzialmente rigida. La terza porzióne 43 fuoriesce dalla prima sezione 6 e può essere elettricamente connessa al contatto fisso 2, mediante un secondo morsetto di connessione 44. Anche in questo caso, almeno una porzione dell'elemento conduttore 40, in particolare la menzionata seconda porzione flessibile, può essere facilmente inglobata nel corpo di contenimento dell'unità di rilevamento 5, mediante un procedimento di co-stampaggio .

Il polo elettrico 1, secondo la presente invenzione, può essere facilmente utilizzato per la realizzazione di interruttori unipolari o multipolari. La figura 5 illustra, con riferimento ad un interruttore tripolare, la connessione tra l'unità di rilevamento 5 e l'unità di protezione 10, per l'insieme dei poli elettrici dell'interruttore. In questo caso, l'unità di protezione 10 comprende più secondi elementi connettori 141 sulla sezione d'ingresso 14. Vantaggiosamente, la sezione d'ingresso 14 può anche ospitare elementi connettori aggiuntivi predisposti per il collegamento con primi elementi connettori relativi a unità di rilevamento applicate ad eventuali fasi non interrotte dai poli dell'interruttore. La sezione di ingresso 14 può venire facilmente accoppiata meccanicamente {freccia 70) con ciascuna seconda sezione 20 dell'unità di rilevamento 5, relativa a ciascun polo elettrico. In questo modo si ottiene una connessione meccanica ed elettronica particolarmente semplice e robusta. La robustezza dell'assieme può essere ulteriormente aumentata realizzando un unico corpo di contenimento che inglobi le tre diverse unità di rilevamento 5.

Si è in pratica verificato che il polo elettrico secondo la presente invenzione permette di raggiungere completamente il compito e gli scopi prefissati.

L'utilizzo dei mezzi di connessione 22 permette di ridurre il numero di giunzioni e saldature elettriche necessario per collegare elettricamente l'unità di rilevamento 5 alla unità di protezione 10, con notevoli benefici in termini di affidabilità e robustezza. Inoltre, grazie all'utilizzo dei mezzi di connessione 22 è possibile ottenere una riduzione drastica del numero di componenti, la quale comporta una notevole semplificazione del cablaggio e delle operazioni di assemblaggio ed installazione del polo elettrico. Questo fatto ovviamente comporta una riduzione dei costi operativi dell'interruttore in cui il polo elettrico, secondo la presente invenzione, è inserito.

La pratica ha inoltre dimostrato che il polo elettrico secondo la presente invenzione può essere realizzato con metodi di relativamente facile implementazione ed a costi contenuti.

Il polo elettrico per interruttori di bassa tensione 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 impiegati, purché compatibili con l'uso specifico, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi secondo le esigenze e lo stato della tecnica.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Polo elettrico per un interruttore automatico di potenza di bassa tensione comprendente: un contatto fisso ed un contatto mobile reciprocamente accoppiabili/disaccoppiabili tra loro, detto contatto fisso essendo elettricamente connesso ad un conduttore di fase; e una unità di rilevamento comprendente una prima sezione atta ad ospitare un sensore di corrente associato a detto conduttore di fase, detto sensore di corrente generando segnali di rilevamento indicativi del valore di intensità della corrente elettrica passante attraverso detto conduttore di fase, detta unità di rilevamento essendo elettricamente connessa ad un'unità di protezione di detto interruttore automatico di potenza, detta unità di protezione essendo atta a ricevere detti segnali di rilevamento ed a generare segnali di comando per mezzi attuatori, operativamente connessi a detto contatto mobile, detta unità di protezione comprendendo almeno una sezione di ingresso provvista di uno o più terminali elettrici di ingresso; caratterizzato dal fatto che detta unità di rilevamento comprende una seconda sezione, solidalmente connessa a detta prima sezione e provvista di uno o più terminali elettrici di uscita elettricamente connessi a detto sensore di corrente, detta seconda sezione comprendendo mezzi di connessione, atti ad accoppiare meccanicamente detta seconda sezione alla sezione di ingresso dell'unità di protezione, in modo da realizzare una connessione elettrica diretta tra i terminali elettrici di uscita di detta seconda sezione e i terminali elettrici di ingresso di detta sezione di ingresso.
2. 2. Polo elettrico per un interruttore automatico di potenza di bassa tensione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di connessione comprendono un primo elemento connettore che comprende una o più pareti di guida e una parete di fondo da cui fuoriescono i terminali elettrici di uscita di detta seconda sezione, dette pareti di guida e detta parete di fondo definendo un primo alloggiamento atto ad ospitare un secondo elemento connettore di detta sezione di ingresso, in modo da realizzare una connessione elettrica diretta tra i terminali elettrici di uscita di detta seconda sezione e i terminali elettrici di ingresso di detta sezione di ingresso, secondo una modalità del tipo presa-spina.
3. 3. Polo elettrico per un interruttore automatico di potenza di bassa tensione secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di connessione comprendono uno o più elementi connettori ausiliari atti ad essere ospitati in alloggiamenti ricavati su detta sezione di ingresso, in modo da realizzare una connessione elettrica diretta tra i terminali elettrici di uscita di detta seconda sezione e i terminali elettrici di ingresso di detta sezione di ingresso, secondo una modalità del tipo presa-spina.
4. 4. Polo elettrico per un interruttore automatico di potenza di bassa tensione secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta sezione di ingresso ospita elementi connettori aggiuntivi predisposti per il collegamento con uno o più primi elementi connettori, relativi a unità di rilevamento applicate ad eventuali fasi non interrotte dai poli di detto interruttore.
5. 5. Polo elettrico per un interruttore automatico di potenza di bassa tensione secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta prima sezione e detta seconda sezione sono inglobate in un unico corpo di contenimento.
6. 6. Polo elettrico per un interruttore automatico di potenza di bassa tensione secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto sensore di corrente comprende: un nucleo magnetico; un avvolgimento primario; e un avvolgimento secondario, comprendente una o più spire avvolte su detto nucleo magnetico, detto avvolgimento secondario essendo elettricamente connesso ai terminali elettrici di uscita di detta seconda sezione.
7. 7. Polo elettrico per un interruttore automatico di potenza di bassa tensione secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto avvolgimento primario comprende un primo elemento conduttore elettricamente connesso a detto conduttore di fase e a detto contatto fisso.
8. 8. Polo elettrico per un interruttore automatico di potenza di bassa tensione secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detto elemento conduttore è sostanzialmente rigido e passa attraverso la prima sezione di detta unità di rilevamento, detto elemento conduttore essendo posizionato in modo da essere racchiuso dal nucleo magnetico di detto trasformatore .
9. 9. Polo elettrico per un interruttore automatico di potenza di bassa tensione secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detto elemento conduttore comprende: una prima porzione sostanzialmente rigida che fuoriesce da detta prima sezione di detta unità di rilevamento ed è elettricamente connessa a detto conduttore di fase mediante un primo morsetto di connessione; una seconda porzione flessibile, almeno parzialmente racchiusa da detta prima sezione di detta unità di rilevamento, che comprende una o più spire avvolte su detto nucleo magnetico; e una terza porzione, sostanzialmente rigida, che fuoriesce dalla prima sezione di detta unità di rilevamento ed è elettricamente connessa a detto contatto fisso mediante un secondo morsetto di connessione .
10. 10. Interruttore automatico di potenza di bassa tensione, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un polo elettrico secondo una o più delle rivendicazioni precedenti.