ITMI20090310A1 - Apparato e metodo di rilevazione di guasto in una linea di distribuzione polifase - Google Patents

Description

Descrizione

“APPARATO E METODO DI RILEVAZIONE DI GUASTO IN UNA LINEA DI DISTRIBUZIONE POLIFASE"

Campo dell’invenzione

La presente invenzione si riferisce ad un apparato e Metodo di rilevazione di guasto in una linea di distribuzione polifase.

Stato della tecnica

Le linee trifase, specialmente in ambito industriale, comprendono delle protezioni quali fusibili per interrompere sovracorrenti di guasto. Quando un fusibile interviene, esso risulta inutilizzabile successivamente, così il circuito rimane aperto sino alla sostituzione del fusibile danneggiato. In taluni casi, utilizzatori trifasi possono funzionare anche in presenza di sue sole fasi di alimentazione, ma tale situazione, può ingenerare il deterioramento o il danneggiamento di tali utilizzatori. Un metodo di rilevazione della rottura di un fusibile prevede una ispezione dello stesso. Purtroppo, però ciò comporta di dover prevedere almeno una superficie trasparente della cassetta porta-fusibili e gli stessi fusibili devono avere la superficie perimetrale trasparente per mantenere a vista il filamento. Inoltre, un addetto è costretto ciclicamente ad ispezionare i fusibili.

Un altro metodo prevede il collegamento di una lampadina ai capi del fusibile, così che quando il fusibile si rompesse, la differenza di potenziale sarebbe tale da accendere la lampadina. Questo metodo, però non risulta funzionare quando la rottura del fusibile è dovuta ad un corto circuito del tipo fase-fase che abbia anche interrotto il carico: In tal caso la lampadina non si illumina.

Un altro metodo noto si basa sull'iniezione di segnali attraverso i fusibili stessi in modo che quando il fusibile si interrompe non risulta possibile rilevare detti segnali.

Tale metodo risulta molto costoso nella realizzazione di un dispositivo di rilevazione di guasto per via della complessa circuiteria. Inoltre si richiede di installare trasformatori di misura complicandosi il processo di iniezione dei segnali.

Per cui il problema fondamentale è quello di realizzare un dispositivo semplice, economico e di facile installazione per la rilevazione della rottura di un fusibile di protezione in una linea di distribuzione trifase.

Sommario dell’invenzione

Scopo della presente invenzione è quello di fornire un apparato di rilevazione di guasto in una linea di distribuzione polifase atto a risolvere il suddetto problema. E’ oggetto della presente invenzione un apparato di rilevazione di guasto in una linea di distribuzione polifase, in particolare per linee protette da un fusibile per ciascuna fase che, conformemente alla rivendicazione 1, comprende un numero di prime impedenze uguale al numero delle fasi, formando un carico simmetrico collegato a stella a valle di detti fusibili, e mezzi di misurazione di una caduta di tensione su ciascuna impedenza e mezzi di segnalazione atti ad attivarsi quando almeno una di dette cadute di tensione risulta inferiore ad una prefissata soglia. Un ulteriore scopo dell'invenzione è quello di fornire un metodo di rilevazione di guasto in una linea di distribuzione trifase, atto a risolvere il suddetto problema. Dunque, è pure oggetto della presente invenzione un metodo di rilevazione di guasto in una linea di distribuzione polifase, conformemente alla rivendicazione 9. Secondo un altro aspetto dell’invenzione detto dispositivo trova migliore applicazione quando un sistema di protezione comprende fusibili, risultando particolarmente efficiente.

Esso può trovare applicazione anche per segnalare l’apertura di interruttori di varia natura in sistemi monofasi e polifasi in generale.

Vantaggiosamente, il dispositivo consente di rilevare l'interruzione di uno o più fusibili posti ciascuno a protezione di una fase di una linea trifase, in varie condizioni di carico, incluso il caso dell'assenza di carico ed il caso di corto circuito tra due fasi a valle degli stessi fusibili.

Vantaggiosamente, inoltre, grazie alla presente invenzione è possibile rilevare condizioni di forte asimmetria della linea di distribuzione trifase e segnalare tale condizione come condizione anomala della linea stessa.

Le rivendicazioni dipendenti descrivono realizzazioni preferite dell’invenzione, formando parte integrante della presente descrizione.

Breve descrizione delle Figure

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di forme di realizzazione preferite, ma non esclusive, di un apparato e metodo di rilevazione di guasto in una linea di distribuzione polifase, illustrato a titolo esemplificativo e non limitativo, con l’ausilio delle unite tavole di disegno in cui:

la Fig. 1 rappresenta uno schema di collegamento a stella;

la Fig. 2 rappresenta uno schema di inserzione del precedente collegamento in una linea di distribuzione trifase;

la Fig. 3 rappresenta una variante dello schema di collegamento di figura 1;

la Fig. 4 raffigura uno schema di misurazione della cdt su un ramo del collegamento a stella di figura 1 ;

la Fig. 5 raffigura uno schema completo delle tre fasi di un dispositivo secondo lo schema di figura 4.

Gli stessi numeri e le stesse lettere di riferimento nelle figure identificano gli stessi elementi o componenti.

Descrizione in dettaglio di una forma di realizzazione preferita dell’invenzione

Il metodo oggetto del presente trovato prevede che si realizzi un centro-stella A a valle della cassetta porta-fusibili rispetto alla sorgente di alimentazione a mezzo di una connessione elettrica, per esempio in un sistema trifase, di 3 impedenze Z uguali tra loro e che si misuri la caduta di tensione cdt su ciascuna di dette impedenze Z. Allora quando almeno una delle cdt misurate risulta essere inferiore di una certa soglia si segnala la presenza di un guasto.

In particolare, si verifica che i moduli delle tensioni di fase della linea di distribuzione influiscono sul modulo delle cdt su dette impedenze Z.

Infatti, si osserva che quando avviene l'interruzione di uno o più fusibili, dette 3 cdt non risultano più simmetriche ed, in particolare, le tre tensioni sinusoidali non sono più uguali in modulo e sfasate di 120 gradi l'una rispetto all'altra: ciò dimostra che una misura delle cdt su dette impedenze collegate alla linea di distribuzione trifase a valle dei fusibili è sufficiente per rilevare lo stato di interruzione di uno o più fusibili.

Una misura accurata di modulo e fase delle tre tensioni sarebbe maggiormente affidabile, ma al momento risulta complessa e costosa da realizzare.

Tale misura risulta funzionare anche in presenza di un corto circuito fase-fase, che generalmente determina la rottura del fusibile di una delle due fasi coinvolte nel guasto. Infatti, risulta che il modulo delle tensioni di fase su entrambe le linee coinvolte nel guasto risulta essere ridotto a circa 1/3 della tensione nominale, configurandosi il circuito equivalente della linea di distribuzione, in queste condizioni, come un partitore di tensione.

Dunque, ripetendo tale misura su ciascuna delle tre cdt si ottiene la rilevazione dello stato di interruzione dei fusibili, in quando si è in grado di rilevare la diminuzione di una o più di queste cdt.

Quando la linea di distribuzione alimenta un carico pressoché simmetrico, cosa che avviene in generale, in occasione della interruzione di un fusibile, la cdt misurata sull’impedenza Z derivata da tale fase risulta essere nulla.

In assenza di carico, quando uno o più fusibili risultano interrotti, la o le cdt misurate sulle impedenze Z derivata da tale/i linee risulta pressoché zero. Questa situazione è comune nella realtà, quando, dopo aver verificato che un apparecchio non funziona, o funziona male lo si scollega dalla sorgente di alimentazione G. In fine, quando risultano essere interrotti due o più fusibili, tutte e 3 le cdt misurate sulle impedenze Z risultano nulle, indicando anche in questo caso una condizione di guasto/anomalia.

Nelle figure, le tre fasi sono indicate con le consuete lettere dell’alfabeto R, S e T e

le rispettive cdt sulle impedenze derivate a stella sono indicate con i simboli

Un carico a stella 1 definito da dette impedenze è rappresentata in figura 1. Nelle figure seguenti è rappresentata l’implementazione del metodo sopra esposto, con l'inserimento di un tale collegamento (shunt) 1 tra i fusibili Fr, Fs, FTed il generico carico di utenza L.

Tali impedenze possono essere, in una realizzazione preferita, tre resistenze, ovvero il carico a stella definente parte del dispositivo oggetto della presente invenzione è formato da tre resistori.

In figura 3 viene mostrata una variante preferita del dispositivo 1, con in evidenza i rami 2, 2' e 2" definenti il collegamento a stella di centro-stella A.

In particolare si preferisce che la misura della cdt su ciascun ramo sia realizzata attraverso un partitore di tensione, per esempio realizzato a mezzo della serie delle due resistenze Z1e Z2, cioè una impedenza Z è definita dalla serie di due o più impedenze, avendo cura che il carico resti simmetrico e che Z1 (o Z2) sia uguale in valore per tutte le fasi.

Un dispositivo conforme con la presente invenzione, comprende dunque un carico

a stella 1 derivato a valle di detti fusibili e mezzi di misurazione delle cdt

sulle impedenze Z definenti il carico a stella 1.

In figura 4 viene rappresentato uno schema di misurazione della cdt di tensione su un ramo 2 del collegamento a stella 1 , conforme con l’esempio rappresentato in figura 3.

In particolare, il partitore di tensione è realizzato a mezzo di due resistenze Ri ed R2. Dal punto di connessione C delle due resistenze in serie Ri ed R2si deriva un collegamento al circuito di misura 3. In particolare, il diodo Di di tipo Zener atto a definire una soglia di conduzione. Esso è collegato, per esempio, alla base di un transistor Q-i, il quale ha l’emettitore collegato col centro stella A, che nella figura assume il significato di potenziale di riferimento o livello logico basso, ed il collettore collegato con un secondo potenziale di riferimento Vcc che rappresenta un livello logico alto.

Fin quando la cdt su R2 è maggiore di una certa prefissata soglia pari al valore del diodo Zener D2, questo risulta in conduzione, per cui risulta in conduzione anche il transistor Q1 ed il morsetto B derivato dal collettore del transistor risulta ad un livello logico basso cioè coincidente col potenziale del centro-stella A. Quando la cdt su R2è minore di detta soglia la conduzione su D2si arresta ed il transistor si porta in condizione di interdizione, per cui il morsetto B si porta a livello logico alto pari a Vcc.

Le altre resistenze rappresentate nella figura occorrono a tarare il funzionamento del transistor. Il diodo D1 polarizzato direttamente tra il punto di connessione C ed il diodo Zener D2occorre a filtrare la semionda negativa della cdt sul ramo 2.

Inoltre, il diodo Zener D2 può essere scelto per avere un potenziale di attivazione pari o proporzionale ad una tensione di fase nominale tenuto conto di una specifica banda di tolleranza della tensione di fase.

In figura 5 viene riproposto uno schema trifase dello schema rappresentato in figura 4 in cui in cui il blocco 5 prevede il collegamento dei morsetti B dei 3 circuiti di misura a realizzare un morsetto E che determina un OR logico dei tre morsetti B. Inoltre, viene rappresentato uno schema elettrico in cui il morsetto E è collegato al gate o base di un transistor Q4, anch’esso collegato come Qi tra Vcc e A, in modo che quando una situazione di anomalia si verifica, questo entra in conduzione ed il morsetto H si trova a livello logico basso, realizzandosi dunque un NOR logico tra i morsetti B.

Tale segnale prelevabile dal morsetto H può essere utilizzato, ad esempio, per comandare un circuito che faccia accendere o lampeggiare un led per indicare la condizione di guasto/anomala, oppure faccia suonare un cicalio.

Tali tre segnali possono eventualmente essere elaborati in maniera più complessa per avere indicazioni più accurate sul tipo di anomalia.

Sempre in figura 5 viene riportato un esempio di sezione di alimentazione 6, realizzato raddrizzando opportunamente le tensioni di alimentazione prelevate a monte dei fusibili nella linea di distribuzione trifase.

In un’altra realizzazione preferita, l’alimentazione del dispositivo è prelevata a valle dei fusibili, ed è eventualmente prevista una batteria tampone, in modo che il dispositivo possa funzionare anche nel caso dell’interruzione di due fasi.

Il metodo e dispositivo illustrato, può essere vantaggiosamente impiegato anche in sistemi monofasi, bifasi ed anche in sistemi polifasi.

Inoltre, può essere impiegato, qualunque che sia la tensione di fase della linea di distribuzione.

Nei sistemi monofasi, infatti, può essere presente sia un fusibile sulla linea di fase, sia sul conduttore di neutro derivato da un centro-stella.

Sono chiari i vantaggi derivanti dall’applicazione della presente invenzione:

- si rende possibile rilevare un guasto/anomalia con pochi ed economici componenti circuitali;

- la rilevazione del guasto risulta più sicura dell’impiego delle lampade per i motivi sopra esposti;

- si rende possibile realizzare un semplice dispositivo che possa essere semplicemente inserito in una presa di alimentazione senza particolari competenze e senza particolari accorgimenti manutentivi.

Gli elementi e le caratteristiche illustrate nelle diverse forme di realizzazione preferite possono essere combinate senza peraltro uscire dal’ambito di protezione della presente domanda.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparato di rilevazione di guasto in una linea di distribuzione polifase, in particolare per linee protette da un fusibile per ciascuna fase, comprendente un numero di prime impedenze (Z) uguale al numero delle fasi, formando un carico simmetrico collegato a stella a valle di detti fusibili, e mezzi di misurazione di una caduta di tensione su ciascuna impedenza e mezzi di segnalazione atti ad attivarsi quando almeno una di dette cadute di tensione risulta inferiore ad una prefissata soglia.
2. 2. Apparato secondo la rivendicazione 1, in cui detta prefissata soglia è proporzionale ad una tensione di fase della linea di distribuzione polifase.
3. 3. Apparato secondo le rivendicazioni precedenti, in cui detti mezzi di misurazione della caduta di tensione sono atti a realizzare detta misura a mezzo di un partitore di tensione.
4. 4. Apparato secondo la rivendicazione 3, in cui detto partitore di tensione è realizzato da due o più seconde impedenze (Z1 e Z2) in serie definenti detta prima impedenza (Z).
5. 5. Apparato secondo le rivendicazioni precedenti, in cui il valore di detta predefinita soglia è proporzionale alla tensione di fase della linea di distribuzione polifase secondo detto partitore di tensione.
6. 6. Apparato secondo le rivendicazioni precedenti, in cui detti mezzi di misurazione di una caduta di tensione comprendono un diodo Zener (D2) polarizzato inversamente per pilotare il gate o base di un transistor (Q1); essendo un primo degli altri due piedini del transistor collegato con il centro-stella (A), definito dal suddetto collegamento a stella, ed essendo un secondo piedino (B) del transistor (Q-i) collegato con un potenziale di riferimento (Vcc), in modo che quando la tensione di una fase della linea di distribuzione scende al di sotto di detta prefissata soglia, il diodo Zener è in interdizione e detto secondo piedino (B) si trova al potenziale di riferimento (Vcc).
7. 7. Apparato secondo la rivendicazione 6, in cui i secondi piedini (B) di detti mezzi di misurazione relativi a ciascuna impedenza sono collegati tra loro ed atti a pilotare un ulteriore transistor (Q4) in modo da definire un NOR logico dello stato di guasto delle fasi definenti detta linea polifase.
8. 8. Apparato secondo le rivendicazioni precedenti, in cui dette impedenze sono ohmiche.
9. 9. Metodo di rilevazione di guasto, in particolare per linee polifasi protette da un fusibile per ciascuna fase, il metodo comprendendo la procedura di collegare alla linea un carico simmetrico a stella a valle dei fusibili, e di misurare la caduta di tensione su ciascun ramo definente la stella e di segnalare un guasto quando detta caduta di tensione è inferiore ad una predefinita soglia proporzionale ad una tensione di fase di riferimento.