ITMI20130915A1

ITMI20130915A1 - OVERVOLTAGE DISCHARGE EQUIPPED WITH A SIGNALING DEVICE FOR ITS DESTINATION STATE.

Info

Publication number: ITMI20130915A1
Application number: IT000915A
Authority: IT
Inventors: Sergio Bertacchi; Ippolito Gianfranco D
Original assignee: Con Trade S R L
Priority date: 2013-06-04
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2014-12-05
Also published as: SI2811492T1; PL2811492T3; EP2811492A1; EP2811492B1; ES2580042T3

Description

SCARICATORE DI SOVRATENSIONI DOTATO DI UN DISPOSITIVO DI SE-GNALAZIONE DEL SUO STATO DI DEGRADO SURGE PROTECTION DEVICE EQUIPPED WITH A DEVICE FOR SE-GNALATION OF ITS DEGRADED STATE

CAMPO DELLâ€™INVENZIONE FIELD OF INVENTION

La presente invenzione ha per oggetto una struttura perfezionata di scaricatore di sovratensioni, definito anche limitatore di sovratensioni o piÃ¹ sinteticamente SPD (Surge Protective Device). Con questi termini si indicano quei dispositivi elettrici/elettronici che, interposti tra i conduttori attivi dellâ€™impianto elettrico e la terra, provvedono a scaricare verso terra i picchi di sovracorrente/sovratensione â€“ tipo quelli generati da fulmini atmosferici e da manovre di commutazione â€“ che potrebbero produrre altrimenti gravi danni allâ€™impianto elettrico ed ai suoi apparati. The present invention relates to an improved structure of a surge arrester, also defined as a surge arrester or, more briefly, SPD (Surge Protective Device). These terms indicate those electrical / electronic devices which, interposed between the active conductors of the electrical system and the earth, discharge overcurrent / overvoltage peaks to earth - such as those generated by atmospheric lightning and by switching - which could otherwise cause serious damage to the electrical system and its equipment.

STATO DELLA TECNICA ANTERIORE STATE OF THE PRIOR ART

I fenomeni di fulminazione diretta sono le sorgenti principali di devastanti effetti distruttivi sugli impianti elettrici; le scariche indirette e le sovratensioni di commutazione sono anch'esse sorgenti di numerosi danni, la cui origine non Ã ̈ di facile identificazione, ma i cui effetti sono altrettanto terribili per gli impianti sensibili e in cui la continuitÃ dâ€™esercizio Ã ̈ imprescindibile. La durata di questi fenomeni varia da pochi microsecondi fino a qualche centinaio di millisecondi, ma in questo tempo brevissimo racchiudono un contenuto energetico elevatissimo. Questi fenomeni devono essere opportunamente intercettati al fine di proteggere gli impianti collegati alla rete e garantirne cosÃ¬ lâ€™integritÃ e le sue funzioni. Nellâ€™era moderna, con il crescente impiego di apparecchiature elettriche ed elettroniche e con lâ€™incremento esponenziale del livello di integrazione dei semiconduttori, si Ã ̈ resa necessaria sempre maggiore attenzione a questa tematica, rispetto al passato. La consapevolezza che le sovratensioni transitorie costituiscono il fattore condizionante per il â€œtempo medio tra guastiâ€ (MTBF = mean time between failures in terminologia anglosassone) di un impianto o di un apparato, ha indotto lâ€™esigenza di adottare misure di sicurezza sempre maggiori e piÃ¹ efficaci. Direct lightning strikes are the main sources of devastating destructive effects on electrical systems; indirect discharges and switching overvoltages are also sources of numerous damages, the origin of which is not easy to identify, but the effects of which are equally terrible for sensitive systems and in which continuity of operation is essential . The duration of these phenomena varies from a few microseconds up to a few hundred milliseconds, but in this very short time they contain a very high energy content. These phenomena must be suitably intercepted in order to protect the plants connected to the network and thus guarantee their integrity and functions. In the modern era, with the increasing use of electrical and electronic equipment and with the exponential increase in the level of integration of semiconductors, it was necessary to pay more and more attention to this issue than in the past. The awareness that transient overvoltages are the conditioning factor for the â € œmean time between failuresâ € (MTBF = mean time between failures in Anglo-Saxon terminology) of a plant or apparatus, has led to the need to always adopt safety measures greater and more effective.

Tutto ciÃ² ha portato ad una crescente attenzione nel settore che ha indotto, da un lato, un impegno dei costruttori nello sviluppo di apparecchiature sempre piÃ¹ performanti e, dâ€™altro lato, un impegno degli Enti normatori nella definizione di norme nazionali ed internazionali sempre piÃ¹ accurate e rispondenti alle evoluzioni tecnologiche. All this has led to a growing attention in the sector which has led, on the one hand, a commitment by manufacturers in the development of increasingly performing equipment and, on the other hand, a commitment by regulatory bodies in defining national and international standards. more accurate and responsive to technological developments.

La presente invenzione riguarda la realizzazione di apparati di protezione dalle sovratensioni â€“ denominati nel seguito scaricatori â€“ la cui applicazione Ã ̈ regolamentata, ad esempio, dalle Norme CEI EN 62305-1/4 Ed. 2 (2011-02), IEC 60364-4-44-443 Ed.2 (2007) e CLC/TS 50539-12 (2010-03) per la protezione contro i fulmini e le sovratensioni di commutazione. I requisiti e i metodi di prova si rifanno alla Norma IEC 61643-11 Ed. 1 (2011-03) e alla Norma CEI EN 50539-11 ( 2013-02) The present invention relates to the construction of overvoltage protection devices - hereinafter referred to as arresters - whose application is regulated, for example, by the Standards CEI EN 62305-1 / 4 Ed. 2 (2011-02), IEC 60364-4-44-443 Ed.2 (2007) and CLC / TS 50539-12 (2010-03) for protection against lightning and switching overvoltages. The requirements and test methods refer to IEC 61643-11 Ed. 1 (2011-03) and to CEI EN 50539-11 (2013-02)

In particolare, in questo contesto ci si occuperÃ degli scaricatori della tecnica nota piÃ¹ recente, comprendenti un elemento di protezione in forma di varistore e destinati in particolare ad impianti BT (bassa tensione, ovvero tensione nominale fino a 1000 V c.a. e 1500 V c.c.) e a impianti fotovoltaici (lato c.a. e lato c.c.). In particular, in this context we will deal with the arresters of the most recent prior art, including a protection element in the form of a varistor and intended in particular for LV systems (low voltage, i.e. rated voltage up to 1000 V AC and 1500 V DC). and photovoltaic systems (AC side and DC side).

Il varistore impiegato negli scaricatori Ã ̈ un componente giÃ largamente noto; il suo comportamento equivale a quello di una resistenza variabile (non lineare) nel rapporto tensione/corrente. Superata la tensione di riferimento, ad esempio quando si verifica un picco di sovratensione/sovracorrente di breve durata, il varistore abbassa bruscamente la sua resistenza, cosÃ¬ che il picco puÃ² essere scaricato facilmente attraverso di esso, verso terra, e non prosegua verso altre parti dellâ€™ impianto con resistenza piÃ¹ elevata. Un varistore Ã ̈ tipicamente costituito da una massa di materiale semiconduttore (per esempio , ZnO) racchiusa a sandwich tra due superfici metalliche contrapposte, che costituiscono gli elettrodi a cui sono uniti elettricamente i contatti dei morsetti di collegamento dello scaricatore. Tipicamente, in questi dispositivi, i due morsetti sono poi collegati rispettivamente ad un conduttore di fase ed al conduttore di protezione e/o conduttore di neutro. The varistor used in the arresters is a component already widely known; its behavior is equivalent to that of a variable (non-linear) resistor in the voltage / current ratio. Once the reference voltage is exceeded, for example when a short duration overvoltage / overcurrent spike occurs, the varistor abruptly lowers its resistance, so that the peak can be discharged easily through it, to ground, and does not continue to others. parts of the system with higher resistance. A varistor is typically made up of a mass of semiconductor material (for example, ZnO) sandwiched between two opposite metal surfaces, which constitute the electrodes to which the contacts of the connection terminals of the arrester are electrically joined. Typically, in these devices, the two terminals are then connected respectively to a phase conductor and to the protective conductor and / or neutral conductor.

Nel circuito interno dello scaricatore, in serie allâ€™elemento di protezione in forma di varistore, Ã ̈ tipicamente previsto un â€œdisconnettoreâ€ , ossia un complesso dispositivo di distacco, con funzioni di protezione in caso di avaria dellâ€™elemento di protezione. In the internal circuit of the SPD, in series with the protection element in the form of a varistor, there is typically a â € œdisconnectorâ €, that is a complex disconnection device, with protection functions in case of failure of the protection element .

Un disconnettere particolarmente efficace Ã ̈ ad esempio descritto nella domanda italiana MI2013A000538 a nome della stessa Richiedente, il cui contenuto si considera qui integralmente richiamato. A particularly effective disconnection is for example described in the Italian application MI2013A000538 in the name of the same Applicant, the content of which is considered to be fully referred to here.

In condizioni normali, cioÃ ̈ in assenza di sovratensioni/sovracorrenti lâ€™elemento di protezione ha unâ€™impedenza cosÃ¬ elevata da rappresentare una interruzione del circuito verso terra e la corrente circolante all'interno dello scaricatore non Ã ̈ significativa. Conseguentemente non circola verso terra una corrente che puÃ² generare condizioni di pericolositÃ per la sicurezza delle persone. Questo sistema, largamente noto, opera in modo assolutamente efficace fintanto che lâ€™elemento di protezione (ad esempio il varistore) Ã ̈ pienamente integro e funzionante. Under normal conditions, ie in the absence of overvoltages / overcurrents, the protection element has such a high impedance as to represent an interruption in the circuit to earth and the current circulating inside the SPD is not significant. Consequently, a current does not circulate towards the ground which can generate dangerous conditions for the safety of people. This widely known system operates in an absolutely effective way as long as the protection element (for example the varistor) is fully intact and functional.

In seguito a vari sovraccarichi dovuti ad ampiezze elevate delle correnti transitorie addotte (scaricate) a terra, a un numero eccessivo di operazioni o a condizioni anomale della rete di alimentazione, lâ€™elemento di protezione (tipicamente il varistore) subisce un processo di invecchiamento e degrado tale per cui incomincia gradualmente a ridurre la sua impedenza e quindi a scaricare verso terra, anche in assenza di sovratensioni/sovracorrenti, valori di corrente crescenti e sempre piÃ¹ significative. Fintanto che la riduzione di impedenza Ã ̈ modesta, e con essa Ã ̈ modesto il valore della corrente verso terra, il funzionamento dello scaricatore Ã ̈ ancora accettabile, ma oltre certi valori lo scaricatore diventa inservibile e pericoloso per gli utenti. A questo punto esso deve necessariamente essere disinserito (disconnesso) dallâ€™impianto. Following various overloads due to high amplitudes of transient currents brought (discharged) to earth, an excessive number of operations or abnormal conditions of the power supply network, the protection element (typically the varistor) undergoes an aging process and degradation such that it gradually begins to reduce its impedance and therefore to discharge towards ground, even in the absence of overvoltages / overcurrents, increasing and increasingly significant current values. As long as the impedance reduction is modest, and with it the value of the current to earth is modest, the operation of the SPD is still acceptable, but beyond certain values the SPD becomes useless and dangerous for users. At this point it must necessarily be disconnected (disconnected) from the system.

PoichÃ© il degrado dello scaricatore non presenta andamento lineare, Ã ̈ necessario prevedere un accorgimento per disinserirlo rapidamente dallâ€™impianto, quando i valori di corrente scaricata verso terra diventano improvvisamente elevati. Un tale accorgimento Ã ̈ appunto il disconnettere a cui si Ã ̈ accennato piÃ¹ sopra. Since the degradation of the arrester does not show a linear trend, it is necessary to provide for a measure to quickly disconnect it from the system, when the current values discharged to earth suddenly become high. One such device is precisely the disconnection mentioned above.

Questo tipo di accorgimento, prescinde tuttavia dalla capacitÃ di individuare in modo preventivo lo stato di degrado effettivo dello scaricatore. Va comunque considerato che una segnalazione preventiva dellâ€™avanzamento del degrado risulterebbe invece vantaggiosa e desiderata per poter predisporre tempestivamente la sostituzione dello scaricatore ancora operante, prima che la sua operativitÃ venga definitivamente compromessa. Questa attivitÃ preventiva, come logico, Ã ̈ senzâ€™altro auspicabile per poter avere sempre lâ€™impianto in massima efficienza. This type of expedient, however, does not depend on the ability to identify in a preventive manner the actual state of deterioration of the arrester. However, it should be considered that a prior notification of the progress of the deterioration would instead be advantageous and desired in order to promptly arrange for the replacement of the still operating trap, before its operation is definitively compromised. This preventive activity, as is logical, is certainly desirable in order to always have the system in maximum efficiency.

Non va dimenticato che uno scaricatore operante in condizioni degradate non puÃ² svolgere efficacemente la sua funzione di protezione quando venga sollecitato dalle correnti impulsive massime per le quali Ã ̈ progettato ed installato. Questa Ã ̈ una condizione particolarmente insidiosa perchÃ© le norme di prodotto oggi vigenti prevedono tutta una serie di specifiche a tutela della sicurezza di installazione, ma nulla dicono sulla delicata materia della capacitÃ di assicurare la funzione di protezione dalle sovratensioni in presenza di situazioni di efficienza ridotta. In altre parole, se la funzione di protezione non viene svolta efficacemente, la norma prevede, a posteri, lâ€™obbligo di sostituire il componente, ma in via preventiva nulla Ã ̈ prescritto. It should not be forgotten that a SPD operating in degraded conditions cannot effectively carry out its protection function when it is stressed by the maximum impulse currents for which it is designed and installed. This is a particularly insidious condition because the product standards in force today provide for a whole series of specifications to protect installation safety, but they say nothing about the delicate matter of the ability to ensure the overvoltage protection function in the presence of efficiency situations. reduced. In other words, if the protection function is not carried out effectively, the standard foresees, for posterity, the obligation to replace the component, but nothing is prescribed in advance.

Dâ€™atra parte, non vi Ã ̈ dubbio che la vita di uno scaricatore non possa essere determinata a priori, in quanto Ã ̈ influenzata da molteplici fattori, primariamente dal numero e dall'intensitÃ delle scariche di corrente che lo attraversano e che progressivamente fanno decadere l'impedenza interna: Ã ̈ infatti noto che il degrado di uno scaricatore Ã ̈ sempre associato ad un riscaldamento per effetto Joule , crescente nel tempo , causato da piccole correnti di dispersione che lo attraversano (da nuovo sono inferiori ad 1 mA, in condizioni degradate lâ€™ordine di grandezza diventa di qualche mA). On the other hand, there is no doubt that the life of an SPD cannot be determined a priori, as it is influenced by multiple factors, primarily by the number and intensity of the current discharges that pass through it and which progressively cause the internal impedance to decay: it is in fact known that the degradation of a surge arrester is always associated with a heating due to the Joule effect, increasing over time, caused by small leakage currents that pass through it (when new they are less than 1 mA, in degraded conditions the order of magnitude becomes a few mA).

Per una verifica puntuale, a livello teorico si potrebbe quindi misurare tale corrente, ma ciÃ² Ã ̈ praticamente difficile da realizzare in termini tecnici ed economici nell'applicazione e negli spazi consentiti. Anche la rilevazione della temperatura, quale indice dello stato di degrado, sarebbe una soluzione percorribile e piÃ¹ diretta, ma occorrerebbe misurare la grandezza complessa â€œtemperatura nel tempoâ€ . Infatti, nei processi di scarica impulsiva la temperatura del varistore si alza bruscamente, ma inizia subito il susseguente processo di raffreddamento: si configura dunque una forte sollecitazione termica per un breve periodo; allâ€™opposto, un processo di degrado deriva da sollecitazione termica meno intensa, che perÃ² si protrae indefinitamente nel tempo. Il monitoraggio di una tale grandezza nel tempo risulta un compito tecnicamente piÃ¹ difficile e costoso. For a precise verification, on a theoretical level this current could therefore be measured, but this is practically difficult to achieve in technical and economic terms in the application and in the allowed spaces. The measurement of the temperature, as an index of the state of degradation, would also be a viable and more direct solution, but it would be necessary to measure the complex quantity â € œtemperature over timeâ €. In fact, in the impulse discharge processes the temperature of the varistor rises abruptly, but the subsequent cooling process begins immediately: therefore a strong thermal stress occurs for a short period; on the other hand, a process of degradation derives from less intense thermal stress, which however continues indefinitely over time. Monitoring such a magnitude over time is a technically more difficult and costly task.

In alcune installazioni si Ã ̈ proposto di contare il numero di scariche impulsive, quale indice approssimato del potenziale degrado dello scaricatore, ma il risultato non Ã ̈ del tutto affidabile e dunque occorre prevedere delle sostituzioni molto anticipate rispetto alla operativitÃ che lo scaricatore potrebbe invece assicurare. In some installations it has been proposed to count the number of impulsive discharges, as an approximate index of the potential degradation of the arrester, but the result is not entirely reliable and therefore it is necessary to provide for much earlier replacements compared to the operation that the arrester could instead ensure. .

La Richiedente ha affrontato questo tema, considerando che il corretto indicatore del degrado di uno scaricatore non puÃ² che essere la corrente di dispersione ed il correlato riscaldamento protratto nel tempo, ignorando il numero dei ripetuti fenomeni impulsivi che innescano il degrado. The Applicant has addressed this issue, considering that the correct indicator of the degradation of an SPD can only be the leakage current and the correlated heating over time, ignoring the number of repeated impulsive phenomena that trigger the degradation.

PROBLEMA E SOLUZIONE PROBLEM AND SOLUTION

Problema alla base dellâ€™invenzione Ã ̈ pertanto di proporre una struttura di scaricatore che superi le difficoltÃ menzionate sopra e che consenta di fornire una indicazione affidabile e realistica, in tempo reale dellâ€™effettivo stato di degrado dello scaricatore. Questi scopi vengono conseguiti attraverso le caratteristiche enunciate in termini essenziali nelle rivendicazioni allegate. The problem underlying the invention is therefore to propose a trap structure that overcomes the difficulties mentioned above and that allows to provide a reliable and realistic indication, in real time, of the actual state of degradation of the trap. These objects are achieved through the characteristics set out in essential terms in the attached claims.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dellâ€™invenzione risultano comunque meglio evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di una forma di esecuzione preferita, data a puro titolo esemplificativo e non limitativo ed illustrata nei disegni allegati, nei quali: Further characteristics and advantages of the invention are however better evident from the following detailed description of a preferred embodiment, given purely by way of non-limiting example and illustrated in the attached drawings, in which:

fig. 1 Ã ̈ una vista schematica in alzato laterale, con parti asportate, della struttura di uno scaricatore dotato di un dispositivo di segnalazione del degrado secondo l'invenzione; lo scaricatore Ã ̈ illustrato in uno stato integro e con segnalatore di degrado nuovo; fig. 1 is a schematic side elevation view, with parts removed, of the structure of an arrester equipped with a degradation signaling device according to the invention; the discharger is shown in an intact state and with a new deterioration indicator;

fig. 2 Ã ̈ una vista analoga a quella di fig. 1, ma con segnalatore di degrado in uno stato medio; e fig. 2 is a view similar to that of fig. 1, but with a deterioration indicator in an average state; And

fig. 3 Ã ̈ una vista analoga a quella di fig. 1, ma con segnalatore di degrado in uno stato finale (dispositivo da sostituire). fig. 3 is a view similar to that of fig. 1, but with a deterioration indicator in a final state (device to be replaced).

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DI UNA PREFERITA FORMA DI ESECUZIONE DETAILED DESCRIPTION OF A PREFERRED FORM OF IMPLEMENTATION

Le differenti viste laterali dei disegni qui allegati rappresentano uno scaricatore che, nella sua configurazione generale, corrisponde a quello descritto nella sopracitata domanda MI2013A000538. Esso comprende un corpo scatolare o modulo C, con dimensioni tali da trovare alloggiamento in un singolo modulo standard e cablato allâ€™interno di un quadro elettrico per impianti elettrici in BT. The different side views of the drawings attached hereto represent a discharger which, in its general configuration, corresponds to that described in the aforementioned application MI2013A000538. It includes a box-like body or module C, with dimensions such as to be housed in a single standard module and wired inside an electrical panel for LV electrical systems.

In questo modulo C sono alloggiati due morsetti contrapposti - un primo morsetto 1 per la connessione del conduttore di fase ed un secondo morsetto 2 per la connessione del conduttore di protezione o di neutro - tra i quali Ã ̈ disposto un elemento di protezione (tipicamente un varistore), schematizzato da una piastra 3, sulle cui superfici contrapposte sono predisposti i rispettivi elettrodi conduttori (nelle figure Ã ̈ illustrato unicamente un elettrodo 4, l'altro essendo sul lato opposto non Ã ̈ visibile nel disegno). This module C houses two opposite terminals - a first terminal 1 for the connection of the phase conductor and a second terminal 2 for the connection of the protective or neutral conductor - between which there is a protection element (typically a varistor), schematized by a plate 3, on the opposite surfaces of which the respective conducting electrodes are arranged (in the figures only one electrode 4 is shown, the other being on the opposite side not visible in the drawing).

Lâ€™elettrodo 4 Ã ̈ connesso elettricamente al morsetto di fase 1, mentre l'elettrodo contrapposto Ã ̈ collegato al morsetto di messa a terra o di neutro 2. La connessione tra l'elettrodo 4 ed il morsetto di fase 1 viene realizzata mediante un conduttore costituente un elemento del disconnettore. Electrode 4 is electrically connected to phase terminal 1, while the opposite electrode is connected to earth or neutral terminal 2. The connection between electrode 4 and phase terminal 1 is made by a conductor constituting an element of the disconnector.

In particolare, tale conduttore del disconnettore Ã ̈ in forma di una lamina flessibile 5, che Ã ̈ precaricata elasticamente ed unita all'elettrodo 4 mediante opportuna saldatura basso-fondente nel punto contrassegnato con 5d. In particular, this conductor of the disconnector is in the form of a flexible foil 5, which is elastically preloaded and joined to the electrode 4 by means of suitable low-melting welding at the point marked 5d.

Il materiale utilizzato per eseguire la saldatura basso-fondente Ã ̈ tipicamente appartenente al gruppo delle leghe a base di stagno, piombo, bismuto, indio in formulazioni binarie o ternarie, eutettiche e non-eutettiche, con intervalli di fusione compresi fra i 120 ed 180 C°. The material used to perform the low-melt soldering is typically belonging to the group of alloys based on tin, lead, bismuth, indium in binary or ternary, eutectic and non-eutectic formulations, with melting ranges between 120 and 180 C °.

Nella configurazione esemplificativa illustrata nei disegni, la lamina 5 del disconnettore Ã ̈ piegata genericamente ad S o ad U. In the exemplary configuration illustrated in the drawings, the lamina 5 of the disconnector is bent generically in an S or U shape.

Durante il normale funzionamento (condizione di riposo del disconnettore), questa configurazione assicura continuitÃ elettrica tra il morsetto di collegamento 1 e l'elettrodo 4 del varistore, attraverso la lamina 5. During normal operation (disconnector rest condition), this configuration ensures electrical continuity between the connection terminal 1 and the electrode 4 of the varistor, through the plate 5.

Nella scatola C Ã ̈ inoltre formata una guida 6 lungo la quale si puÃ² muovere longitudinalmente un cursore, sollecitato e sospinto da mezzi elastici precaricati, per esempio una molla precompressa, per la funzione di interruzione del circuito elettrico meglio descritta nella citata domanda MI2013A000538. In the box C there is also formed a guide 6 along which a slider can be moved longitudinally, stressed and pushed by preloaded elastic means, for example a pre-compressed spring, for the function of interrupting the electrical circuit better described in the aforementioned application MI2013A000538.

Con questa costruzione, nello stato di riposo del disconnettore, quando il piedino 5d Ã ̈ saldato all'elettrodo 4, il cursore Ã ̈ trattenuto nella sua posizione di riposo, contro la sollecitazione di precompressione della molla. Questa Ã ̈ la condizione di integritÃ dello scaricatore (rappresentata anche in fig. 1). With this construction, in the rest state of the disconnector, when the pin 5d is welded to the electrode 4, the slider is held in its rest position, against the prestressing stress of the spring. This is the integrity condition of the arrester (also represented in fig. 1).

Quando, a causa del degrado lento dellâ€™elemento di protezione in forma di varistore, attraverso la lamina 5 del disconnettore inizia a passare della corrente (anche di bassa intensitÃ , ma in modo continuativo), essa finisce per riscaldare il punto di saldatura tra l'elettrodo 4 e il piedino 5d, sino a far fondere il materiale di saldatura ed interrompere quindi il vincolo. CiÃ² decreta lâ€™intervento del disconnettore, secondo le modalitÃ ampiamente descritte nella domanda MI2013A000538. When, due to the slow degradation of the protection element in the form of a varistor, current begins to pass through the plate 5 of the disconnector (even of low intensity, but continuously), it ends up heating the welding point between the electrode 4 and the foot 5d, until the welding material melts and then the constraint is interrupted. This decrees the intervention of the disconnector, according to the methods widely described in the application MI2013A000538.

Secondo lâ€™invenzione, accanto alla disposizione del disconnettere, Ã ̈ previsto un indicatore di degrado, basato su materiali a viscositÃ variabile in base alla temperatura. According to the invention, next to the disconnect arrangement, there is a degradation indicator, based on materials with variable viscosity according to the temperature.

In particolare, lâ€™indicatore di degrado secondo lâ€™invenzione Ã ̈ costituito da un cursore di segnalazione che Ã ̈ sollecitato da mezzi elastici contro un cuscino di resina, a viscositÃ variabile in funzione della temperatura, in particolare una resina della famiglia denominata â€œresine hot meltâ€ . In particular, the degradation indicator according to the invention consists of a signaling cursor which is pressed by elastic means against a resin cushion, with variable viscosity according to the temperature, in particular a resin of the family called â € œHot melt resinsâ €.

Queste resine, giÃ note ed utilizzate (in specifiche formulazioni) nei processi di incollaggio a caldo, sono solide a temperatura ambiente, ma assumono un comportamento progressivamente meno viscoso al crescere della temperatura, sino a fluidificare completamente. These resins, already known and used (in specific formulations) in hot gluing processes, are solid at room temperature, but take on a progressively less viscous behavior as the temperature increases, until they become completely fluid.

Le resine hot melt adatte sono polimeri termoplastici che si compongo di una base polimerica oltre ad una varietÃ di additivi (pigmenti, stabilizzanti, plastificati, ..). La base polimerica Ã ̈ tipicamente costituita da polimeri quali copolimeri di etil vinil-acetato (EVA), etilen-acrilato, poliolefine (PO) e poliolefine amorfe (APO, APAO), polietilene (LDPE, HDPE), polipropilene (PP, APP), polibutene-1 e sui copolimeri, poliammidi, poliesteri, poliuretano (PUR), poliuretano termoplastico (TPU), copolimeri a base di stirene (SBC, SBS, SIS, SEBS, SEP), policarbonati e fluoropolimeri. The suitable hot melt resins are thermoplastic polymers which are composed of a polymeric base as well as a variety of additives (pigments, stabilizers, plasticized, ..). The polymer base is typically made up of polymers such as copolymers of ethyl vinyl acetate (EVA), ethylene-acrylate, polyolefins (PO) and amorphous polyolefins (APO, APAO), polyethylene (LDPE, HDPE), polypropylene (PP, APP) , polybutene-1 and on copolymers, polyamides, polyesters, polyurethane (PUR), thermoplastic polyurethane (TPU), styrene-based copolymers (SBC, SBS, SIS, SEBS, SEP), polycarbonates and fluoropolymers.

Normalmente i legami termoplastici all'interno di queste resine sono reversibili, salvo che non vengano sottoposte a processi di reticolazione: dunque, sottoposte ad un carico termico sufficiente, tendono a rammollire e liquefare, perdendo coesione e riducendo fortemente la loro viscositÃ , anche dopo una prima solidificazione. Normally the thermoplastic bonds inside these resins are reversible, unless they are subjected to cross-linking processes: therefore, subjected to a sufficient thermal load, they tend to soften and liquefy, losing cohesion and strongly reducing their viscosity, even after a first solidification.

Le temperature di applicazione delle resine hot melt sono tipicamente nell'intervallo da 160 C° a 220 C°, in cui la corrispondente viscositÃ decade rapidamente da 3000 mPas a meno di 2000 mPas . Una caratteristica fondamentale di questi materiali, specie con riferimento al contesto della presente domanda, Ã ̈ la temperatura di rammollimento (softnening point), alla quale la viscositÃ del materiale comincia a decadere significativamente. The application temperatures of hot melt resins are typically in the range from 160 ° C to 220 ° C, where the corresponding viscosity rapidly decays from 3000 mPas to less than 2000 mPas. A fundamental characteristic of these materials, especially with reference to the context of the present application, is the softening point, at which the viscosity of the material begins to decay significantly.

Gli scaricatori di tensione sono destinati a lavorare a temperature esterne massime non superiori a 120 C° ma, al contempo, devono poter essere mantenuti alla temperatura di circa 80 C° senza subire alterazioni: pertanto, secondo l'invenzione, i materiali a viscositÃ variabile (resine hot melt) sono scelti in modo che la temperatura di rammollimento (ossia la temperatura sopra alla quale la viscositÃ decade sotto valori predeterminati, stabiliti convenzionalmente) sia nell'intervallo 90-140C°. The surge arresters are intended to work at maximum external temperatures not exceeding 120 C ° but, at the same time, they must be able to be kept at a temperature of about 80 C ° without undergoing alterations: therefore, according to the invention, materials with variable viscosity (hot melt resins) are chosen so that the softening temperature (ie the temperature above which the viscosity decays below predetermined, conventionally established values) is in the range of 90-140C °.

Tornando alla configurazione specifica di interesse per l'invenzione, va notato che la resistenza alla penetrazione, che un cuscino di resina hot melt offre ad un cursore sollecitato elasticamente, Ã ̈ dunque inversamente proporzionale alla temperatura a cui Ã ̈ sottoposto tale cuscino: il cursore affonda progressivamente nel cuscino, tanto piÃ¹ quanto Ã ̈ minore la viscositÃ del cuscino e maggiore il tempo trascorso, eseguendo dunque una corsa proporzionale alla temperatura ed al tempo di esposizione a tale temperatura. Returning to the specific configuration of interest for the invention, it should be noted that the resistance to penetration, which a hot melt resin cushion offers to an elastically stressed slider, is therefore inversely proportional to the temperature to which this cushion is subjected: the slider it sinks progressively into the cushion, the more the lower the viscosity of the cushion and the greater the time elapsed, thus performing a stroke proportional to the temperature and time of exposure to that temperature.

Utilizzando questo principio, la soluzione proposta dalla presente invenzione Ã ̈ quella di interporre un cuscino di resina â€œhot meltâ€ tra una parte del circuito elettrico soggetta ad essere riscaldata dalle correnti di dispersione ed un equipaggio mobile soggetto allâ€™azione di mezzi a molla che lo premono contro detto cuscino di resina. Using this principle, the solution proposed by the present invention is to interpose a resin cushion â € œhot meltâ € between a part of the electrical circuit subject to being heated by the leakage currents and a mobile unit subject to the action of spring which press it against said resin cushion.

Facendo ora riferimento ai disegni allegati, viene illustrata una preferita forma di esecuzione, in cui il dispositivo di segnalazione di degrado Ã ̈ costituito da un cursore 30, scorrevole in un anello di guida 31 a sua volta solidale ad un terminale conduttore 32 dello scaricatore. A tal fine, il terminale 32 presenta un foro entro al quale passa il cursore 30, preferibilmente in forma di unâ€™asta a sezione circolare. With reference now to the attached drawings, a preferred embodiment is illustrated, in which the deterioration signaling device is constituted by a cursor 30, sliding in a guide ring 31 which is in turn integral with a conducting terminal 32 of the arrester. To this end, the terminal 32 has a hole through which the cursor 30 passes, preferably in the form of a rod with a circular section.

Sul cursore 30 Ã ̈ fissata una ghiera 34 o altro elemento di arresto, contro la quale fa riscontro una prima estremitÃ di una molla a spirale 35, la cui altra estremitÃ si appoggia contro lâ€™anello 31 ovvero il terminale 32 che funge da elemento fisso di riscontro. Per effetto di questo montaggio della molla 35, il cursore 30 Ã ̈ sollecitato elasticamente in direzione della sua estremitÃ libera 33, ossia dall'alto al basso nel disegno di fig. 1. On the slider 30 there is fixed a ring nut 34 or other stop element, against which a first end of a spiral spring 35 abuts, the other end of which rests against the ring 31 or the terminal 32 which acts as an element fixed feedback. As a result of this assembly of the spring 35, the slider 30 is elastically stressed in the direction of its free end 33, ie from top to bottom in the drawing of fig. 1.

Secondo l'invenzione, tra un elemento di pressione 30a solidale al cursore 30 ed una parte di riscontro fissa, per esempio lo stesso conduttore 32, , Ã ̈ disposto un cuscinetto H di resina a viscositÃ variabile con la temperatura, tipicamente resina â€œhot meltâ€ . Il cuscinetto H mantiene lâ€™elemento di pressione 33a del cursore 30 distanziato dal riscontro fisso 32, in contrasto con la sollecitazione promossa dalla molla 35. Questa funzione di distanziale, in contrasto con la molla 35, viene svolta fintanto che il cuscinetto di resina hot melt presenta una soliditÃ o viscositÃ sufficiente ad impedire la penetrazione dell'elemento 30a nella resina. According to the invention, between a pressure element 30a integral with the slider 30 and a fixed abutment part, for example the same conductor 32, there is a resin bearing H of variable viscosity with the temperature, typically â € œhot resin. meltâ €. The bearing H keeps the pressure element 33a of the slider 30 spaced from the fixed stop 32, in contrast to the stress promoted by the spring 35. This function of spacer, in contrast to the spring 35, is carried out as long as the resin bearing hot melt has a solidity or viscosity sufficient to prevent the penetration of the element 30a into the resin.

L'elemento di pressione 30a, per esempio, Ã ̈ in forma di un breve braccetto che sporge trasversalmente dal cursore 30. The pressure element 30a, for example, is in the form of a short arm which projects transversely from the slider 30.

La massa del cuscinetto H si estende preferibilmente su un volume di almeno 400 mm3, cosÃ¬ da determinare una corsa di intervento del cursore di almeno 6 mm. The mass of the bearing H preferably extends over a volume of at least 400 mm3, so as to determine an intervention stroke of the slider of at least 6 mm.

Il cuscinetto H puÃ² essere prodotto a parte e poi installato a bordo del corpo C in fase solida, dopo aver portato in precarico la molla 35. In alternativa, il cuscinetto H puÃ² essere realizzato in situ: preliminarmente si fa arretrare l'elemento di pressione 30a del cursore 30, portando in compressione la molla 35 e poi si inietta direttamente in sede, per esempio mediante una pistola a caldo, una massa di resina hot melt fusa. Una volta iniettata la massa del cuscinetto H, si attende che la resina si raffreddi e si solidifichi e poi si puÃ² rilasciare la molla 35 affinchÃ ̈ porti lâ€™elemento di pressione 30a in battuta sul cuscinetto solidificato. The bearing H can be produced separately and then installed on the body C in solid phase, after having brought the spring 35 to preload. Alternatively, the bearing H can be made in situ: first the pressure element is retracted 30a of the slider 30, bringing the spring 35 into compression and then a mass of molten hot melt resin is injected directly into its seat, for example by means of a hot gun. Once the mass of the bearing H has been injected, the resin is expected to cool and solidify and then the spring 35 can be released so that the pressure element 30a abuts against the solidified bearing.

La massa del cuscinetto H puÃ² anche avvolgere parte del cursore 30, che comunque Ã ̈ libero di scorrervi attraverso. The mass of the bearing H can also wrap around part of the slider 30, which however is free to slide through it.

Secondo un'altra forma di esecuzione, si puÃ² prevedere che la massa di resina H sia racchiusa in un apposito involucro il cui volume venga fatto variare dal movimento dell'elemento di pressione 30a, che funge quindi da stantuffo. In tal caso, l'involucro presenta inoltre un'apertura calibrata di deflusso, da cui far fuoriuscire la massa viscosa di resina H: in questo modo si puÃ² ulteriormente controllare lo spostamento del cursore 30 agendo sia sulla composizione della resina, che sulla dimensione e conformazione dell'apertura di deflusso. According to another embodiment, the mass of resin H can be provided to be enclosed in a suitable casing whose volume is made to vary by the movement of the pressure element 30a, which therefore acts as a piston. In this case, the casing also has a calibrated outflow opening, from which the viscous mass of resin H can escape: in this way it is possible to further control the movement of the cursor 30 by acting both on the composition of the resin and on the size and conformation of the outflow opening.

Preferibilmente, in posizione contrapposta all'estremitÃ distale 33 del cursore 30 Ã ̈ previsto un riscontro fisso di fondo corsa 33a: vantaggiosamente sul fondo corsa 33a puÃ² essere previsto un microinterruttore, per la funzione che si illustrerÃ in dettaglio piÃ¹ avanti. Preferably, a fixed limit stop 33a is provided opposite the distal end 33 of the slider 30: advantageously, a microswitch can be provided on the end stop 33a, for the function that will be illustrated in detail below.

Alla estremitÃ prossimale del cursore 30, opposta all'estremitÃ distale, Ã ̈ agganciato un nastro di segnalazione 36, costituito per esempio da una sottile lamina flessibile, la quale si snoda lungo un primo tratto, orientato sostanzialmente secondo lâ€™asse del cursore 30, e quindi lungo un secondo tratto, perpendicolare al primo, fino in corrispondenza ad una finestra di segnalazione 37. A signaling tape 36 is attached to the proximal end of the cursor 30, opposite the distal end, consisting for example of a thin flexible sheet, which winds along a first section, substantially oriented according to the axis of the cursor 30 , and then along a second stretch, perpendicular to the first, up to a signaling window 37.

Il nastro di segnalazione 36 Ã ̈ preferibilmente in forma di una lamina di policarbonato, per esempio colorata di verde. The signaling tape 36 is preferably in the form of a polycarbonate foil, for example colored green.

La finestra di segnalazione 37 Ã ̈ sostanzialmente unâ€™apertura o una zona trasparente nellâ€™involucro del corpo C, tale da rendere visibile dallâ€™esterno la porzione sottostante del dispositivo. The signaling window 37 is essentially an opening or a transparent area in the casing of the body C, such as to make the underlying portion of the device visible from the outside.

La parte terminale del nastro di segnalazione 36 Ã ̈ collocata al di sotto della finestra 37 e nasconde una sottostante piastrina o nastro di contrasto 38 di colorazione arancio o aspetto molto diverso da quella del nastro di segnalazione 36. In condizioni di normale funzionamento, attraverso la finestra 37 Ã ̈ visibile unicamente il nastro di segnalazione 36, per ipotesti di colore verde, che copre completamente il sottostante nastro di contrasto 38. Quando, a seguito dello spostamento del cursore 30, anche lâ€™estremitÃ del nastro di segnalazione 36 viene trascinata e spostata rispetto alla finestra 37, si libera alla vista almeno una parte del nastro/piastrina di contrasto 38, in ipotesi di colore arancio. The terminal part of the signaling tape 36 is located below the window 37 and hides an underlying plate or contrast tape 38 of orange color or very different aspect from that of the signaling tape 36. In normal operating conditions, through the window 37 only the signaling tape 36 is visible, for green hypotests, which completely covers the underlying contrasting tape 38. When, following the movement of the cursor 30, the end of the signaling tape 36 is also dragged and displaced with respect to the window 37, at least a part of the contrast tape / plate 38, in the hypothesis of orange color, is free from view.

Lâ€™estensione del nastro/piastrina di contrasto 38 che risulta visibile allâ€™esterno, attraverso la finestra 37, fornisce unâ€™indicazione dellâ€™entitÃ di spostamento eseguito dal cursore 30 e, in ultima analisi, del degrado che puÃ² aver subito il dispositivo. The extension of the contrast tape / plate 38 which is visible from the outside, through the window 37, provides an indication of the amount of movement performed by the cursor 30 and, ultimately, of the degradation that may have the device immediately.

Nel funzionamento, il dispositivo di segnalazione secondo lâ€™invenzione presenta la seguente modalitÃ operativa: In operation, the signaling device according to the invention has the following operating mode:

Ogni qualvolta il dispositivo scaricatore sperimenta un surriscaldamento, specialmente se di durata significativa nel tempo, la massa di resina hot melt del cuscinetto H riduce la sua viscositÃ e produce una certa penetrazione dellâ€™elemento di pressione 30a del cursore, che si riflette in una corrispondente corsa del cursore 30 e quindi di scorrimento del nastro di segnalazione 36. Ripetuti cicli di riscaldamento di questo tipo, producono una corsa del nastro di segnalazione 36 sufficiente a rendere visibile il fenomeno allâ€™esterno, mediante lâ€™apparizione del nastro/piastrina di contrasto 38 attraverso la finestra 37, in maniera tanto piÃ¹ marcata quanto piÃ¹ il riscaldamento ha prodotto rammollimento del cuscinetto H (e quindi il degrado del dispositivo). Whenever the discharge device experiences overheating, especially if of significant duration over time, the hot melt resin mass of the bearing H reduces its viscosity and produces a certain penetration of the pressure element 30a of the slider, which is reflected in a corresponding stroke of the cursor 30 and therefore the sliding of the signaling tape 36. Repeated heating cycles of this type produce a stroke of the signaling tape 36 sufficient to make the phenomenon visible to the outside, by means of the appearance of the tape / contrast plate 38 through window 37, the more markedly the more the heating has produced the softening of the bearing H (and therefore the degradation of the device).

In una fase iniziale del degrado, questo scorrimento Ã ̈ moderato e dunque la parte verde del nastro 36 Ã ̈ ancora, almeno parzialmente visibile attraverso la finestra 37. Tuttavia Ã ̈ giÃ visibile, almeno in parte, la colorazione arancione della piastrina 38. CiÃ² Ã ̈ chiaramente rappresentato in fig. 2 e sta ad indicare appunto che il degrado ha avuto inizio. In an initial phase of the degradation, this sliding is moderate and therefore the green part of the tape 36 is still, at least partially visible through the window 37. However, the orange coloring of the plate 38 is already visible, at least in part. It is clearly represented in fig. 2 and indicates precisely that the degradation has begun.

Eâ€™ evidente che lâ€™utilizzatore del sistema Ã ̈ in grado di intervenire alla sostituzione dellâ€™apparato non appena la parte colorata in arancione assume rilevanza dominante attraverso la finestra 37. It is evident that the user of the system is able to intervene to replace the device as soon as the part colored in orange assumes dominant importance through window 37.

La fig. 3 mostra infine la disposizione finale del dispositivo di segnalazione, cioÃ ̈ quando il nastro di segnalazione 36 si Ã ̈ interamente spostato ed ha reso completamente visibile il solo nastro di contrasto arancio 38. In questa condizione Ã ̈ dâ€™obbligo la sostituzione dellâ€™apparato. Fig. 3 finally shows the final arrangement of the signaling device, that is when the signaling tape 36 has completely moved and has made only the orange contrast tape 38 completely visible. In this condition it is mandatory to replace the ™ apparatus.

In questa fase terminale del processo di segnalazione, lâ€™estremitÃ 33 del cursore 30 finisce la sua corsa contro il riscontro fisso di fondo corsa 33a. Qualora il riscontro 33a sia provvisto di un microinterruttore, Ã ̈ anche possibile generare un segnale elettrico che puÃ² pilotare un allarme remoto di completo degrado (oltre allâ€™evidenza ottenuta localmente sulla finestrella 37 del dispositivo scaricatore). In this terminal phase of the signaling process, the end 33 of the slider 30 ends its run against the fixed end stop 33a. If the striker 33a is equipped with a microswitch, it is also possible to generate an electrical signal that can drive a remote alarm of complete degradation (in addition to the evidence obtained locally on the window 37 of the discharging device).

Come appare evidente, il vantaggio della disposizione descritta Ã ̈ dato dal fatto che la dislocazione del nastro di segnalazione 36 risulta progressiva in funzione della quantitÃ di calore sviluppata dal sistema nel tempo quindi, in altre parole non soltanto in funzione della temperatura raggiunta o del riscaldamento subito in valore assoluto, ma anche in funzione del tempo trascorso nelle varie condizioni di riscaldamento. As appears evident, the advantage of the arrangement described is given by the fact that the dislocation of the signaling tape 36 is progressive according to the quantity of heat developed by the system over time, therefore, in other words not only according to the temperature reached or the heating. immediately in absolute value, but also as a function of the time elapsed in the various heating conditions.

Questa dislocazione viene inoltre collegata a mezzi di segnalazione visiva, che indicano, secondo varie modalitÃ , il degrado raggiunto e quindi la necessitÃ di sostituzione dello scaricatore preventivamente al suo naturale distacco. Questa segnalazione si interpone temporalmente fra le due segnalazioni previste dalla norma, cioÃ ̈ quella di funzionamento regolare e quella di guasto. This dislocation is also connected to visual signaling means, which indicate, according to various modalities, the degradation achieved and therefore the need to replace the trap prior to its natural detachment. This signal is temporally interposed between the two signals envisaged by the standard, that is, that of regular operation and that of failure.

Sâ€™intende comunque che lâ€™invenzione non deve considerarsi limitata alla particolare disposizione illustrata sopra, che costituisce soltanto una forma di esecuzione esemplificativa di essa, ma che diverse varianti sono possibili, siano esse interne che esterne allâ€™SPD, tutte alla portata di un tecnico del ramo, senza per questo uscire dallâ€™ambito di protezione dellâ€™invenzione stessa, come definito dalle rivendicazioni che seguono. However, it is understood that the invention must not be considered limited to the particular arrangement illustrated above, which constitutes only an exemplary embodiment of it, but that various variants are possible, both internal and external to the SPD, all of which reach of a person skilled in the art, without thereby departing from the scope of protection of the invention itself, as defined by the following claims.

Claims

CLAIMS 1) Surge arrester comprising a first and a second connection terminal (1, 2) to the active conductors of an electrical system, including a protection element (3) equipped with a pair of electrodes (4) electrically connected to said connection terminals, said protection element (3) being degradable to temperature as a function of time, and between said first terminal (1) and an electrode (4) of the protection element (3) a disconnector being provided, characterized hence it also comprises a device (30-39) indicating the state of deterioration of said protection element (3), comprising at least one movable slider (30, 30a, 33) urged by elastic means (35) against a bearing (H ) of material with a viscosity that varies with the temperature, signaling means (36) being integral with said cursor which make evident the level of degradation as a function of their displacement caused by the sinking of a portion (30a ) of said slider (30) in said bearing (H).

2) Surge arrester as in claim 1, in which, in which said slider is in the form of a rigid rod (30), sliding along its longitudinal axis under the preload of a spring (35), and said means of are in the form of a signaling tape (36) visible on the outside of a casing (C) of the arrester through a window (37).

3) Discharger as in claim 2, in which there is also a contrast plate (38) hidden from view, through said window (37), from the end of said signaling tape (36) and made visible progressively following the displacement of said signaling tape (36).

4) Discharger as in claims 1, 2 or 3, wherein said signaling means comprise a microswitch adapted to trigger an alarm signal and which is activated when said slider (30) has performed a predetermined stroke.

5) Unloader as in any one of the preceding claims, in which said bearing (H) is interposed between said portion (30a) of the slider (30) and a fixed abutment (32) integral with a casing (C) of the unloader.

6) Unloader as in any one of the preceding claims, in which said bearing is formed of a hot melt resin.

7) Unloader as in claim 6, wherein said hot melt resin has a softening temperature in the range from 90C ° to 140C °.

8) Unloader as in claims 5 or 6, in which said bearing (H) is obtained in situ by injection of a mass of hot melt resin in the fluid state and made to solidify while maintaining the elastic means (35) in preload.