ITMI20081683A1 - Apparecchio atto a rilevare una corrente di guasto - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

L'invenzione concerne un apparecchio atto a rilevare una corrente di guasto che si verifica in un sistema costituito da almeno due linee elettriche .

Abitualmente viene utilizzato in un tale apparecchio un convertitore di corrente somma . Questo presenta su un lato primario una coppia di connessioni per ciascuna linea elettrica. Il convertitore dì corrente somma può in tal modo essere messo in collegamento con la linea, così che la corrente che passa attraverso la linea passi tra le due connessioni della rispettiva coppia di connessione. Tra la coppia dì connessione viene collegato un avvolgimento primario del convertitore di corrente somma. Su un lato secondario il convertitore di corrente somma presenta un avvolgimento secondario, il quale è accoppiato con un'unità analizzatrice. Se l'apparecchio è ora inserito nel sistema di linee ed il circuito elettrico è chiuso, una corrente, che non è una corrente di guasto, passa allora attraverso una prima linea per arrivare fino ad un utilizzatore che si trova all'esterno dell'apparecchio e ritorna indietro attraverso l'altra linea. La corrente genera negli avvolgimenti primari di volta in volta un campo magnetico . Dato che la corrente contemporaneamente passa attraverso il primo avvolgimento primario e ritorna indietro attraverso l'altro avvolgimento primario, i campi magnetici generati dagli avvolgimenti primari si equivalgono precisamente. Diversa è la situazione quando si verifica una corrente di guasto: la corrente affluisce allora attraverso una prima linea, però al di là dell'altra linea. La corrente che affluisce genera nell'avvolgimento primario un campo magnetico, il quale non viene compensato da alcun altro campo magnetico. Questo campo magnetico induce una tensione nell'avvolgimento secondario e l'unità analizzatrice utilizza in maniera convenzionale questa tensione come dimensione per l'intensità della corrente di guasto.

Un apparecchio del genere descritto più sopra può abitualmente rilevare correnti di guasto le cui intensità si differenziano l'una dall'altra in ragione di un fattore che arriva fino a 100, vale a dire che copre due ordini di grandezza. Gli apparecchi del genere descritto rilevano tipicamente correnti di guasto comprese tra 10 mA ed 1 A. Un limite inferiore è predeterminato dalla sensibilità del sistema, il limite superiore dal fatto che il materiale, che trasmette il campo magnetico generato dall'avvolgimento primario, va in saturazione magnetica. Quanto più grande è la corrente di guasto tanto più ci si sposta lungo la curva di magnetizzazione di questo materiale e, a partire da un determinato intervallo, una corrente di guasto ancora più alta non provoca l'induzione di una tensione ancora più elevata. Sarebbe auspicabile poter superare questo limite naturale della rilevazione di correnti di guasto.

Dal documento EP 0 005 694 A2 è noto un interruttore di protezione contro correnti di guasto, nel quale un convertitore di corrente somma presenta sul lato del primario due linee elettriche e sul lato del secondario una prima bobina ed un ulteriore avvolgimento. Il passaggio della corrente, provocato da una corrente di guasto in un nucleo magnetico del convertitore di corrente somma, viene regolate su zero, laddove il passaggio in senso opposto della corrente, allo scopo necessario, viene prodotto tramite una corrente che passa attraverso l'ulteriore avvolgimento. Una disinserzione ha luogo sulla base di un'analisi della corrente. L'interruttore di protezione contro correnti di guasto può anche rilevare componenti di corrente continua della corrente di guasto. Allo scopo viene effettuata una pre-magnetizzazione con una tensione continua costante e con una tensione alternata costante. Un dispositivo di misurazione comprendente un circuito magnetico che serve a misurare una corrente continua, che parimenti lavora secondo il principio della compensazione, è noto dal documento DE 29 20 484 Al, In questo dispositivo, ai fini della compensazione, su un avvolgimento viene applicata una tensione continua che dipende dalla tensione in un circuito di integrazione.

Compito dell'invenzione è quello di mettere a disposizione un apparecchio atto a rilevare una corrente di guasto che si verifica in un sistema costituito da almeno due linee elettriche, il quale possa rilevare correnti di guasto aventi intensità della corrente pari ad oltre due ordini di grandezza, e più precisamente in special modo anche correnti continue in veste di correnti di guasto .

Il compito viene risolto per effetto di un apparecchio avente le caratteristiche di cui alla rivendicazione 1. Il convertitore di corrente somma dell'apparecchio conforme all'invenzione contempla perciò un primo, ulteriore avvolgimento. L'unità analizzatrice è concepita per generare una corrente che passa attraverso il primo, ulteriore avvolgimento e che ha un'intensità tale, per cui questa corrente bilancia (per quanto possibile completamente) gli effetti di una corrente di guasto effettiva su una tensione che cade sull'avvolgimento secondario. L'unità analizzatrice è inoltre concepita in modo da utilizzare come dimensione per la corrente di guasto l'intensità della corrente da essa generata .

Come dimensione per l'intensità della corrente di guasto non viene perciò utilizzata una tensione generata nell'avvolgimento secondario. Questa tensione viene anzi per quanto possibile perfettamente compensata mentre essa è rilevata nella fase dì formazione ed in seguito a ciò viene impedito che venga raggiunta la saturazione magnetica del materiale che trasmette il campo magnetico nel convertitore di corrente somma. Si lavora anzi permanentemente nel medesimo punto di lavoro della curva di magnetizzazione di questo materiale. L'unità analizzatrice regola, attraverso la generazione della corrente che passa nel primo, ulteriore avvolgimento, la tensione nell'avvolgimento secondario su un valore predeterminato - nel caso di un puro sistema a corrente alternata su zero -, il punto di lavoro nella curva di magnetizzazione per il convertitore di corrente somma non viene abbandonato e vengono evitati effetti non lineari, vale a dire specialmente quegli effetti che nello stato dell'arte si vengono ad avere a causa di un raggiungimento della saturazione.

L'apparecchio conforme all'invenzione può essere concepito per la rilevazione di correnti di guasto che sono correnti alternate, che sono correnti continue, oppure anche per correnti di guasto di entrambe le tipologie.

Un apparecchio atto a rilevare una corrente di guasto è nel caso in questione concepito conformemente all'invenzione anche per il caso che la corrente di guasto sia una corrente continua. In maniera nota, si veda per esempio il documento EP 0167079 Bl, ciò avviene con l'ausilio di un circuito transduttore. Per l'apparecchio conforme all'invenzione ciò significa che il convertitore di corrente somma contempla un secondo, ulteriore avvolgimento , nel quale permanentemente da un generatore viene generata una tensione alternata. IL secondo, ulteriore avvolgimento viene accoppiato con l'unità analizzatrice . Questa è concepita in modo da rilevare una dimensione per la tensione che diminuisce in corrispondenza del secondo, ulteriore avvolgimento (per esempio la tensione complessiva che diminuisce in questo avvolgimento e su una resistenza), sotto forma di segnale in ingresso. L'unità analizzatrice genera allora, in funzione di questo segnale in ingresso una corrente continua che passa attraverso il primo, ulteriore avvolgimento. Questa corrente continua bilancia esattamente la corrente di guasto quando l'unità analizzatrice lavora correttamente. La tensione che diminuisce nel secondo, ulteriore avvolgimento resta infatti costante quando una corrente di guasto è assente. Una corrente di guasto, che è una corrente continua, modifica il punto di lavoro nella curva di magnetizzazione che fa parte del convertitore di corrente somma ed in seguito a ciò si modificano l'induttanza del secondo, ulteriore avvolgimento e la tensione che diminuisce su questo. Se quindi si regola sulla tensione che diminuisce nel secondo, ulteriore avvolgimento, ciò significa che si regola, come desiderato, su un punto di lavoro costante nella curva di magnetizzazione. La tensione alternata nel secondo, ulteriore avvolgimento induce una tensione alternata nell'avvolgimento secondario. Anche questa tensione alternata può essere utilizzata per la regolazione, come segnale in ingresso, dall'unità analizzatrice. Si ha allora un'ampiezza di questa tensione alternata, generata nell'avvolgimento secondario, che sempre compare quando non sussiste alcuna corrente di guasto con quota parte di corrente continua, e non appena questa ampiezza si modifica una corrente di guasto deve essere compensata da una corrente continua che passa attraverso il primo, ulteriore avvolgimento .

Per rilevare una corrente di guasto che è una corrente alternata l'unità analizzatrice deve essere concepita in modo da rilevare, sotto forma di segnale in ingresso, la tensione che diminuisce nell'avvolgimento secondario e generare, in funzione di questo segnale in ingresso, una corrente alternata che passa attraverso l'ulteriore avvolgimento. Questa corrente alternata bilancia allora esattamente la corrente di guasto quando l'unità analizzatrice lavora correttamente .

L'apparecchio conforme all'invenzione può essere realizzato sotto forma di convenzionale apparecchio di misurazione. Una preferita applicazione delle idee di cui all'invenzione è tuttavia il settore degli interruttori di protezione contro correnti di guasto. Negli interruttori di protezione contro correnti di guasto tramite un interruttore è possibile interrompere il collegamento tra quantomeno una coppia delle connessioni. Quando si verifica una corrente di guasto avente un'intensità prestabilita deve allora essere aperto questo interruttore affinché abbia fine il flusso di corrente attraverso le linee elettriche che effettivamente passano per l'apparecchio. Mentre nei convenzionali interruttori di protezione contro correnti di guasto la grandezza della tensione generata nell'avvolgimento secondario è il criterio per l'apertura dell'interruttore, nel caso in questione viene semplicemente utilizzata l'intensità della corrente generata dall'unità analizzatrice . Se questa supera verso l'alto un predeterminato valore di soglia, l'interruttore viene aperto.

Il valore di soglia ammonta, nel caso di una corrente continua, al valore assoluto dell'intensità di questa corrente e, nel caso di una corrente alternata, al valore effettivo dell'intensità di questa. Se l'interruttore di protezione contro correnti di guasto deve aprire l'interruttore in presenza di entrambe le tipologie di correnti di guasto, devono eventualmente essere fissati due valori di soglia, uno per la corrente ed uno per la corrente continua .

Una preferita forma di realizzazione dell'invenzione viene in appresso descritta con riferimento al disegno, il quale rappresenta schematicamente la strutturazione di un interruttore di protezione contro correnti di guasto conforme all'invenzione.

Un interruttore dì protezione contro correnti di guasto, identificato nel complesso con 10, presenta una prima coppia di connessione 12, 12' ed una seconda coppia di connessione 14, 14'. Questo interruttore di protezione contro correnti di guasto 10 è pensato per l'utilizzo in un sistema costituito da due linee, fase e conduttore neutro. Estendendolo a quattro coppie di connessione l'interruttore di protezione contro correnti di guasto 10 può essere concepito anche, senza altre modifiche costruttive, per un sistema trifase.

L'interruttore di protezione contro correnti di guasto 10 deve poter interrompere il flusso della corrente in un sistema di conduttori e contempla allo scopo un interruttore 16. Nel caso rappresentato l'interruttore 16 interrompe, quando esso viene aperto, il collegamento tra le due coppie di connessione 12, 12' e 14, 14', fondamentalmente sarebbe però sufficiente l'apertura di uno dei due collegamenti. Nella via di collegamento tra le connessioni 12 e 12' si trova un avvolgimento primario 18 di un convertitore di corrente somma, e nella via di collegamento tra le connessioni 14 e 14' si trova un avvolgimento primario 20 del medesimo convertitore di corrente somma. Il convertitore di corrente somma presenta un avvolgimento secondario 22 che è collegato con un'unità analizzatrice 24. Se l'interruttore di protezione contro correnti di guasto 10 è montato nel sistema di conduttori, uno dei due conduttori è fatto passare per le connessioni 12 e 12' e l'altro dei due conduttori è fatto passare per le connessioni 14 e 14'. L'intera corrente che passa nel sistema arriva perciò, passando per il primo avvolgimento primario 18, ad un utilizzatore, rispettivamente agli utilizzatori, e la corrente, passando per 1'avvolgimento primario 20, ritorna indietro con uguale intensità. La corrente genera un campo magnetico nell'avvolgimento primario 18 e parimenti nell'avvolgimento primario 20, Questi due campi magnetici sono perfettamente bilanciati quando non si ha alcuna corrente di guasto. Nell'avvolgimento secondario 22 viene perciò generata una tensione avente un'ampiezza pari a zero.

Quando si verifica una corrente di guasto corrente passa solamente attraverso uno dei conduttori e perciò uno degli avvolgimenti primari 18, rispettivamente 20, non però attraverso il di volta in volta altro. Viene quindi generato un campo magnetico che nell'avvolgimento secondario 22, senza ulteriori accorgimenti, indurrebbe una tensione. Nei convenzionali interruttori di protezione contro correnti di guasto questa tensione serve come dimensione per l'ampiezza della corrente di guasto. Nel caso in questione il convertitore di corrente somma contempla un primo, ulteriore avvolgimento 26. L'unità analizzatrice 24 è concepita in modo da generare una corrente che viene amplificata tramite un amplificatore 28. L'unità analizzatrice 24 regola ora la tensione che diminuisce sull'avvolgimento secondario 22 sul valore che questa ha quando è assente una corrente di guasto, tenendo conto dei componenti del sisterna finora descritti, quindi ad una tensione alternata avente un'ampiezza zero. L'unità analizzatrice 24 genera una corrente tale, per cui essa, dopo l'amplificazione ad opera dell'amplificatore 28, quando passa attraverso il primo, ulteriore avvolgimento 26 bilancia esattamente il campo magnetico generato dalla corrente di guasto. Si può considerare i1 primo, ulteriore avvolgimento 26 come un terzo avvolgimento primario. L'unità analizzatrice 24 utilizza l'ampiezza della corrente da essa generata come dimensione per 1'intensità della corrente di guasto. Se questa ampiezza supera verso l'alto un valore predeterminato, il flusso della corrente deve allora essere complessivamente interrotto. L'unità analizzatrice 24 comanda un dispositivo di sgancio 30, il quale è collegato tramite un collegamento operativo 32 con il dispositivo di aggancio 34 e fa si che questo dispositivo di aggancio 34 apra l'interruttore 16. Le parti finora descritte del sistema sono sufficienti per un interruttore di protezione contro correnti di guasto che deve interrompere il flusso della corrente esclusivamente quando passa una corrente di guasto che è una corrente alternata. Per prendere in considerazione anche il caso che la corrente di guasto sia una corrente continua, l'interruttore di protezione contro correnti di guasto 10 può presentare i seguenti componenti facoltativi 2. Esiste un ulteriore ramo, accoppiato con l'unità analizzatrice 24, che contempla un secondo, ulteriore avvolgimento 36. Un generatore 38 genera una sequenza di impulsi che vengono amplificati tramite un amplificatore 40 e vengono addotti all'avvolgimento 36, così che sull'avvolgimento 36 si ha una tensione alternata fissata dagli impulsi. A valle dell'avvolgimento 36 è disposta una resistenza 42 e questa è da parte sua collegata con la massa attraverso un'impedenza complessa 44. Il dispositivo analizzatore preleva nel punto 48 (posto a massa) la tensione alternata che diminuisce sull'impedenza complessa 44 e che è una dimensione per la tensione che diminuisce sul secondo, ulteriore avvolgimento 36. In assenza di una corrente di guasto una tensione alternata avente ampiezza costante diminuisce sull'impedenza 44, laddove la corrente alternata a ciò legata nell'avvolgimento 36 genera un campo magnetico, il quale nell'avvolgimento secondario 22 genera una tensione alternata avente frequenza uguale. Affinché l'unità analizzatrice possa distinguere questo segnale generato nell'avvolgimento secondario 22 da un'effettiva di guasto alternata e non parifichi questo ad un segnale alimentato nel primo, ulteriore avvolgimento 26, è prevista una derivazione 46 che consente all'unità analizzatrice 24 di rilevare la posizione della fase e l'ampiezza del segnale generato dal generatore 38 e di annullare questo nella tensione generata dall'avvolgimento secondario 22. Se ora si verifica una corrente di guasto che è una corrente continua oppure possiede una quota parte di corrente continua, questa corrente continua fa allora sì che si modifichi la magnetizzazione del materiale del nucleo del convertitore di corrente somma. Sì modificano in seguito a ciò l'induttanza dell'avvolgimento 36 e quindi la caduta della tensione su questo avvolgimento . Si modificano perciò la tensione alternata, misurata nel punto 48, da un lato ed anche l'ampiezza della tensione che diminuisce sull'avvolgimento secondario 22. Una di queste due grandezze, oppure anche entrambe può, rispettivamente possono essere utilizzate come grandezza in ingresso per una regolazione tramite l'unità analizzatrice 24. L'unità analizzatrice 24 genera in aggiunta (oppure in alternativa) alla corrente alternata, che passa attraverso l'avvolgimento 26, anche una corrente continua che (dopo amplificazione tramite l'amplificatore 28) passa attraverso il primo, ulteriore avvolgimento 26. Questa corrente continua e, in caso di regolazione perfetta, esattamente tanto intensa da bilanciare l'effetto della corrente dì guasto, vale a dire che la tensione, misurata nel punto 48, ed anche la tensione alternata che diminuisce sull'avvolgimento 22 possiedono un'ampiezza che è grande quanto quella che si avrebbe se non ci fosse alcuna corrente di guasto. L'intensità della corrente continua, generata dall'unità analizzatrice 24 nell'ambito della regolazione, può essere utilizzata come dimensione per l'intensità della corrente di guasto. Quando viene superato verso l'alto un relativo valore di soglia, l'unità analizzatrice 24 può parimenti attivare il dispositivo di sgancio 30 che, attraverso il collegamento operativo 32, porta allora il dispositivo di aggancio 34 a far sì che l'interruttore 16 apra.

Nel caso della rappresentazione di cui alla figura l'interruttore di protezione contro correnti di guasto 10 possiede, per un conduttore di fase, due connessioni 12, 12' e per un conduttore neutro due connessioni 14, 14'. Nel caso di un sistema trifase ciò può essere esteso a rispettivamente una coppia di connessione per ciascun aggiuntivo conduttore di fase, che di volta in volta sono collegate l'una con l'altra attraverso un avvolgimento primario.

L'interruttore di protezione contro correnti dì guasto 10 conforme all'invenzione funziona su un gran numero di ordini di grandezza, ciò che concerne l'intensità della corrente di guasto. In special modo diventano accessibili per interruttori di protezione contro correnti di guasto quegli ordini di grandezza dell'intensità della corrente di guasto per i quali gli interruttori dì protezione contro correnti di guasto di cui allo stato dell'arte finora non lavoravano ed in special modo anche non potevano interrompere la corrente.

Legenda

10 Interruttore di protezione contro correnti di guasto

12, 12' Prima coppia di connessione

14, 14 Seconda coppia di connessione

16 Interruttore

18, 20 Avvolgimenti primari

22 Avvolgimento secondario

24 Unità analizzatrice

26 Primo, ulteriore avvolgimento

28 Amplificatore

30 Dispositivo di sgancio

32 Collegamento operativo

34 Dispositivo di aggancio

36 Secondo, ulteriore avvolgimento

Generatore

Amplificatore Resistenza Impedenza

, 48 Punti di derivazione

Claims (3)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparecchio (10) atto a rilevare una corrente di guasto che si verifica in un sistema costituito da almeno due conduttori elettrici, comprendente un convertitore di corrente somma che su un lato primario presenta, per ciascun conduttore elettrico, una coppia di connessioni (12, 12'; 14, 14') che sono collegate l'una con l'altra attraverso un avvolgimento primario (18, 20), laddove il convertitore di corrente somma presenta inoltre, su un lato secondario, un avvolgimento secondario (22) che è accoppiato con un'unità analizzatrice (24), laddove il convertitore di corrente somma presenta un primo, ulteriore avvolgimento (26) e l'unità analizzatrice (24) è concepita in modo da generare una corrente, che passa attraverso il primo ulteriore avvolgimento (26), avente un'intensità tale, per cui questa corrente bilancia gli effetti si un'effettiva corrente di guasto su una tensione che diminuisce sull'avvolgimento secondario (22), e laddove l'unità analizzatrice (24) è concepita in modo da utilizzare l'intensità della corrente da essa generata come dimensione per la corrente di guasto, caratterizzato dal fatto che il convertitore di corrente somma contempla un secondo, ulteriore avvolgimento (36), nel quale da un generatore (38) viene continuamente generata una tensione alternata, laddove il secondo, ulteriore avvolgimento (36) è accoppiato con l'unità analizzatrice (24), la quale è concepita in modo d rilevare, come segnale in ingresso, una dimensione per la tensione che diminuisce sul secondo, ulteriore avvolgimento (36) e generare, in funzione di questo segnale in entrata, una corrente continua che passa attraverso il primo, ulteriore avvolgimento (26).
2. 2. Apparecchio (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'unità analizzatrice (24) è concepita in modo da rilevare, come segnale in entrata, una tensione che diminuisce sull'avvolgimento secondario (22) e generare, in funzione di questo segnale in entrata, una corrente alternata che passa attraverso il primo, ulteriore avvolgimento (26).
3. 3. Apparecchio (10) secondo la rivendicazione 1, oppure 2, che è realizzato sotto forma di interruttore di protezione contro correnti di guasto e nel quale il collegamento tra quanto meno una coppia (12, 12'; 14, 14') delle connessioni può essere interrotto tramite un interruttore (16), e laddove l'unità anal izzatrice (24) è concepita in modo da provocare l'apertura dell'interruttore (16) quando l'intensità della corrente da essa generata supera verso l'alto un predeterminato valore dì soglia.