ITMI940688A1 - Metodo e dispositivo elettronico di protezione per apparecchiature elettriche, in particolare per vasche idromassagio, saune, docce e minipiscina - Google Patents
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Description
"Metodo e dispositivo elettronico di protezione per apparecchiature elettriche, in particolare per vasche idromassaggio,saune,docce e minipiscine"
La presente invenzione si riferisce a un dispositivo elettronico di protezione, il quale fra l'altro emette segnalazioni e disinserisce l'alimentazione elettrica di una apparecchiatura asservita,quando la sicurezza elettrica in tale apparecchiatura decresce sotto limiti prefissati.Un tale dispositivo è particolarmente studiato per l'utilizzo con apparecchiature idrosanitarie quali vasche idromassaggio, saune,cabine doccia, minipiscine,ecc.
Nella tecnica nota sono ben conosciuti i rischi potenziali connessi all'utilizzo di apparecchiature elettriche nelle quali il corpo umano viene in contatto con acqua.Sebbene siano prese notevoli precauzioni passive, quali particolare cura negli isolamenti elettrici e nella sigillatura contro le infiltrazioni di acqua nelle parti elettriche, cedimenti di parti elettriche o idrauliche possono portare a condizioni di pericolo per l'utilizzatore.E' quindi essenziale prevedere dispositivi di sicurezza attivi, i quali possano rilevare condizioni ritenute di potenziale pericolo, fornendo adatte contromisure quando tali condizioni si verificano.
Un noto dispositivo,essenziale ai fini della sicurezza, è l’interruttore differenziale, il quale interrompe l'alimentazione elettrica all'apparecchiatura asservita quando rileva una dissimmetria fra le correnti che scorrono nei due conduttori di alimentazione, disinmetria indicativa 'di un cedimento dell'isolamento elettrico dell'apparecchiatura con conseguente dispersione di corrente verso terra.Gli interruttori differenziali noti hanno solitamente una soglia di intervento la quale è prestabilita essere la massima dispersione ammissibile senza rischi eccessivi per 1'utilizzatore.
Tali dispositivi noti soffrono però di svariati inconvenienti, che possono ridurne o annullarne l'efficacia in condizioni critiche.
AD esempio, i contatti del teleruttore asservito all'interruttore differenziale rimangono solitamente chiusi per lunghi periodi e sono percorsi da correnti relativamente elevate. Si possono quindi generare fenomeni di "incollaggio" o saldatura fra i contatti che rimangono inavvertiti e che impediscono all'interruttore differenziale la pronta disconnessione dell'apparecchiatura sotto controllo al rilevamento di una dispersione potenzialmente pericolosa.
Sebbene solitamente le perdite di isolamento siano graduali nel tempo, il superamento della soglia di intervento dell'interruttore differenziale può avvenire al cedimento definitivo e completo di un isolamento deterioratosi con il tempo.La corrente di dispersione può quindi subire un improvviso e violento picco massimo, situazione di estremo pericolo a causa delle inevitabili ed ineliminabili inerzie di intervento, dell'interruttore differenziale.
Infine,un qualsiasi guasto nell'interruttore differenziale che ne impedisce il funzionamento,passa totalmente inosservato e la mancata attivazione dell'interruttore fa presumere all'utilizzatore, erroneamente, che l'apparecchiatura sotto controllo sia sicura.
Per porre un rimedio a quest'ultimo problema e,almeno parzialmente, al problema dell'incollaggio dei contatti, alcuni interruttori differenziali sono dotati di un pulsante di prova, il quale produce una condizione fittizia di dispersione. Alla pressione del tasto di prova, il differenziale, se efficiente, deve quindi interrompere la alimentazione alla apparecchiatura asservita come se si fosse verificata una effettiva dispersione in quest'ultima.
Purtroppo, è raro che 1'utilizzatore effettui periodicamente la prova dell'interruttore differenziale, essendo facile dimenticarsi completamente dell'esistenza del pulsante apposito.
Scopo generale della presente invenzione è ovviare agli inconvenienti sopra menzionati fornendo un metodo e un dispositivo elettronico di protezione, che permettano di rilevare tempestivamente svariate condizioni operative anomale,assicurando il sempre pronto e sicuro intervento della protezione in caso di condizioni di potenziale pericolo.
In vista di tale scopo si è pensato di realizzare, secondo l’invenzione,un metodo di protezione elettrica contro le dispersioni di corrente in un apparecchio alimentato da una rete elettrica, in particolare una apparecchiatura idrosanitaria,comprendente le fasi di:
-rilevare il valore differenziale delle correnti assorbite su due conduttori di alimentazione dell'apparecchio;
-confrontare il valore differenziale con un predefinito primo valore di soglia che è prefissato essere il massimo valore di dispersione accettabile;
-disconnettere l'apparecchiatura dalla rete elettrica quando il valore differenziale supera il primo valore di soglia;
il metodo comprendendo le ulteriori fasi di:
-indurre un valore differenza superiore a detto primo valore di soglia per provare il corretto verificarsi della disconnessione;
-avviare un contatempo alla induzione del valore differenza, il contatempo emettendo un segnale di tempo scaduto al trascorrere di un intervallo di tempo prefissato dal suo avvio.
Secondo tale metodo, si è anche pensato di realizzare un dispositivo di protezione elettrica contro le dispersioni di corrente in un apparecchio alimentato da una rete elettrica, in particolare un apparecchio idrosanitario, comprendente un rilevatore differenziale delle correnti assorbite su due conduttori di-alimentazione dell'apparecchio, il rivelatore differenziale avendo uscita rappresentante un valore differenza delle dette correnti assorbite,un comparatore confrontando il detto valore differenza con un primo valore di soglia che è prefissato essere il massimo valore di dispersione accettabile ed emettendo un primo segnale di allarme quando il valore differenza supera detto valore di soglia, il segnale di allarme comandando un dispositivo di disconnessione dell'apparecchiatura dalla rete elettrica,un elemento di prova avendo comando di azionamento per indurre il rivelatore differenziale ad emettere un valore differenza superiore a detto primo valore di soglia,caratterizzato dal fatto che l'azionamento dell'elemento di prova produce un segnale di avvio di un contatempo, il contatempo emettendo un segnale di tempo scaduto al trascorrere di un tempo prefissato dal suo avvio, nel senso di fornire indicazione della necessità di eseguire un ulteriore azionamento dell'elemento di prova dopo che è trascorso il tempo prefissato.
Per rendere più chiara la spiegazione dei principi innovativi della presente invenzione ed i suoi vantaggi rispetto alla tecnica nota si descriverà di seguito,con l'aiuto dell'unico disegno allegato,una possibile realizzazione esemplificativa applicante tali principi.
Nella figura è mostrato un disegno schematico di un dispositivo di protezione 10 secondo l'invenzione. In base allo schema mostrato e alla descrizione che seguirà, il tecnico esperto nell'arte potrà facilmente immaginare realizzazioni pratiche del dispositivo, i singoli componenti di esso essendo di tecnica sostanzialmente nota.
Il dispositivo'10 comprende morsetti di ingresso 11 per la connessione ad una rete elettrica di alimentazione e morsetti di uscita 12 per la connessione ad una apparecchiatura elettrica 13 da alimentare. L’apparecchiatura 13 può, in particolare, essere una apparecchiatura idrosanitaria, quale una sauna, una doccia, una vasca idromassaggio, una minipiscina, ecc.. Tale apparecchiatura non è mostrata nei dettagli essendo comunque facilmente immaginabile dal tecnico. Lungo i conduttori di alimentazione disposti fra morsetti di ingresso e morsetti di uscita, il dispositivo 10 comprende in serie contatti 14 di un teleruttore 15 e un noto rilevatore differenziale di corrente 16 il quale genera un segnale elettrico 18 funzione dello squilibrio fra le correnti che percorrono i conduttori di alimentazione.
Il rilevatore 16 può essere di tipo magnetico, conposto da due avvolgimenti 20, 21 percorsi ciascuno dalla corrente diretta ad uno dei morsetti di uscita 12.I due avvolgimenti scalo fra loro magneticamente concatenati per mezzo di un circuito magnetico chiuso ad anello 17. Lungo il circuito magnetico 17 è disposto un avvolgimento di rilevazione 19 che si concatena a sua volta con il campo magnetico prodotto, COTIopposta polarità,dai due avvolgimenti 20 e 21.Nell’avvolgimento di rilevazione 19 è così indotta una tensione proporzionale alla differenza delle correnti scorrenti nei due e conduttori disposti fra i morsetti di ingresso e di uscita. Tale tensione, opportunamente amplificata e privata del segno da un amplificatore 22, costituisce il segnale 18.
Tale segnale è inviato ad un comparatore 23, il quale lo compara con un valore di soglia 24, rappresentante il valore massimo di dispersione accettabile prima dell'intervento dell'interruttore differenziale. Tale valore di soglia può essere prefissato per mezzo di un regolatore 25, ad esempio tarato in fabbrica per la particolare applicazione.Un valore tipico di massima dispersione ammissibile può essere ad esempio 30 mA.
Il comparatore 23 emette un segnale di pericolo 26 quando la rilevata dispersione di corrente supera la soglia prestabilita dal regolatore 25. Tale segnale di pericolo è inviato ad un monostabile 27,la cui uscita 28 comanda il teleruttore 15. Quando il circuito differenziale rileva una corrente di dispersione superiore alla soglia prefissata con il regolatore 25, il teleruttore viene così comandato ad aprire i contatti 14 per disalimentare l'apparecchiatura 13. La condizione di pericolo può essere visivamente segnalata per mezzo di una spia luminosa 29, attivata dal segnale di comando del teleruttore. Una volta rimossa la causa della dispersione, il teleruttore può essere riarmato premendo un pulsante di ripristino 55 che riazzera il monostabile 27.
Il rilevatore differenziale 16 comprende inoltre un pulsante di prova 30 che simula le condizioni elettriche per le quali il dispositivo di protezione deve intervenire, producendo nel rivelatore uno squilibrio fittizio di entità sufficiente ad attivare l'interruttore differenziale.Ad esempio, lo squilibrio può essere realizzato alimentando un avvolgimento ausiliario 31 che produce un appropriato flusso magnetico concatenato all'avvolgimento di rivelazione 19,oppure può essere prevista l'inserzione di un carico che fornisca un assorbimento squilibrato attraverso i due avvolgimenti 20,21.
Fino a qui si è descritto un interruttore differenziale sostanzialmente di tecnica nota.
Secondo i principi innovativi della presente invenzione, il dispositivo 10 comprende un temporizzatore o contatempo 56 il quale riceve segnale di azzeramento ed avvio 32 alla pressione del tasto di prova 30 per emettere un segnale di avviso 33 dopo • un tempo prefissato essere il tempo massimo ritenuto accettabile fra due prove di funzionamento.
Il segnale di avviso 33 può comandare un segnalatore ottico 34 e un avvisatore acustico 35. In tale modo, dopo un tempo prefissato (ad esempio,un mese)dall'ultima prova di funzionamento,è lo stesso dispositivo che avverte l'utilizzatore della opportunità di eseguire una nuova prova.
Il dispositivo 10 conprende inoltre un rilevatore della effettiva apertura dei contatti 14 al verificarsi di una anomala condizione di assorbimento di corrente da parte del carico 13, il rilevatore di apertura avvertendo il dispositivo di controllo nel caso che al comando di apertura impresso al teleruttore non corrisponda l'effettiva apertura dei contatti 14.
Ad esempio, il rilevatore di apertura può essere realizzato per mezzo di un rilevatore di tensione 36 (di tipo in sè noto e perciò non mostrato nei particolari),disposto a valle degli interruttori 14 e avente una uscita 37 che emette un segnale quando sulla linea a valle dei contatti 14 è presente una tensione.Un comparatore logico 38 emette un segnale di allarme 39 nel caso vi sia contemporanemente la presenza del segnale 37 di segnalazione di una tensione sulla linea e del segnale 28 di comando del teleruttore 15 alla apertura dei contatti 14. Tale contemporaneità di segnali,che in condizioni normali non deve mai verificarsi,è infatti indice che i contatti del teleruttore non si sono aperti nonostante il comando del dispositivo, sia a causa di un guasto del solenoide o del suo circuito di comando, sia a causa di un "incollaggio dei contatti".
Il segnale di allarme 39 così generato comanda un segnalatore ottico 40 e il segnalatore acustico 35, per avvertire 1'utilizzatore della situazione di potenziale pericolo.
Può anche essere prevista la possibilità (indicata a tratteggio nella figura) di connettere il segnale di avviso 33 direttamente al circuito di prova 31,così che la funzione di prova diventa completamente automatica, allo scadere del tempo prefissato il temporizzatore facendo scattare il differenziale cerne se fosse stato premuto il tasto di prova. Il fatto che il differenziale è scattato in seguito ad una prova e non per malfunzionamento è indicata dai dispositivi di segnalazione 34 e 35.Nel caso di porva automatica, un ulteriore comparatore logico 41 può essere previsto per emettere un segnale di allarme 42,nel caso esso rilevi la presenza contemporanea del segnale 37 di presenza della tensione di linea e il segnale 33 di avviso della esecuzione della prova.Tale contemporaneità di segnali indica infatti che la prova automatica non ha funzionato, i contatti 14 essendo rimasti chiusi nonostante l’azionamento dell'avvolgimento di prova.
Il segnale di allarme 42 di mancato superamento della prova può comandare un visualizzatore ottico 43 e l'avvisatore acustico 35.
I visualizzatori ottici 34, 40, 43 realizzano in sostanza un efficace sistema di avviso preventivo di potenziali condizioni di pericolo, segnalando, rispettivamente, la condizione di necessità di eseguire la prova di funzionamento,la condizione di mancata apertura dei contatti di disalimentazione della apparecchiatura sotto controllo, la condizione di fallimento della prova (in particolare nel caso di prova automatica).
II dispositivo 10 può prevedere anche un ulteriore segnalatore di avviso preventivo di una potenziale situazione di pericolo, realizzato con un secondo comparatore 44,il quale compara il segnale 18 in uscita dal rilevatore di dispersione 16 con un valore di soglia 45,rappresentante un valore di dispersione di preallarme, cioè ritenuto ancora non pericoloso, ma già discosto dalla normalità.Tale valore di soglia di preallarme può essere prefissato per mezzo di un regolatore 46,ad esempio tarato in fabbrica per la particolare applicazione.Un valore tipico può essere ad esempio 10 mA. Il segnale di preallarme 47 emesso dal comparatore 44 attiva un segnalatore ottico 48 e il segnalatore acustico 35.
In questo modo, 1*utilizzatore è avvertito del manifestarsi di un principio di dispersione di corrente che, pur non richiedendo 1'irrmediato disinserimento della apparecchiatura, rende consigliabile l'adozione di opportuni provvedimenti,quali la chiamata di un tecnico per la riparazione del difetto, prima che la situazione peggiori ulteriormente e raggiunga la soglia di pericolo che comporta il disinserimento automatico della tensione di alimentazione.
Una ulteriore protezione, facilmente inseribile nel dispositivo 10 è una protezione contro il sovraccarico,un segnale 49, proveniente da un noto sensore 50 della corrente assorbita dal carico 13,essendo inviato ad un terzo comparatore 51, il quale compara il segnale 49 (funzione della corrente assorbita dal carico) con un valore di soglia 52 preimpostato per mezzo di un regolatore 53. Il comparatore 51 invia segnale 54 al monostabile 27,così da comandare l'apertura del teleruttore in maniera simile al comparatore 23.
Il regolatore 53 è regolato preventivamente per il valore di massima corrente che il carico 13 assorbe in condizioni di normale funzionamento.Ogni assorbimento anomalo del carico,ad esempio a causa di cortocircuiti in qualche componente dell'apparecchio 13, fa così scattare il teleruttore per disalimentare l'apparecchio.
A questo punto è chiaro come si siano raggiunti gli scopi prefissati, fornendo un dispositivo di protezione che non solo disinserisce l'alimentazione al verificarsi di dispersioni di corrente,ma fornisce importanti funzioni di prevenzione atte a scongiurare condizioni di reale pericolo,solitamente ignorate dai noti dispositivi di protezione elettrica.
Naturalmente, la descrizione sopra fatta di una realizzazione applicante i principi innovativi della presente invenzione è riportata a titolo esemplificativo di tali principi innovativi e non deve perciò essere presa a limitazione dell'ambito di privativa qui rivendicato.
Ad esempio, il dispositivo può essere realizzato con logica cablata o con un microprocessore opportunamente programmato, cane facilmente immaginabile dal tecnico.Nel caso di un microprocessore esso può essere lo stesso governante le normali funzioni dell'apparecchio 13. I tasti di prova 30 e di riarmo 55, nonché gli indicatori ottici 29, 34, 40,43, 48 possono trovare posto su un pannello di cariando dell'apparecchiatura 13.
In particolare,gli indicatori ottici possono essere di svariati tipi noti,quali lampadine, LED,o anche un visualizzatore grafico e/o alfanumerico, mostrante icone esplicative o messaggi scritti riguardanti le varie funzioni.
L'indicatore sonoro, oltre che essere realizzato con una suoneria o ronzatore, può anche comprendere un generatore vocale per l'emissione di messaggi parlati.
Claims (1)
- RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di protezione elettrica contro le dispersioni di corrente in un apparecchio (13)alimentato da una rete elettri-* ca (11, 11), in particolare un apparecchio idrosanitario, comprendente un rilevatore differenziale (16) delle correnti assorbite su due conduttori di alimentazione dell’apparecchio, il rivelatore differenziale (16) avendo uscita (18) rappresentante un valore differenza delle dette correnti assorbite,un comparatore (23) confrontando il detto valore differenza con un primo valore di soglia (25) che è prefissato essere il massimo valore di dispersione accettabile ed emettendo un primo segnale di allarme (26, 28)quando il valore differenza supera detto valore di soglia, il segnale di allarme (26) comandando un dispositivo (14, 15,27)di disconnessione dell'apparecchiatura dalla rete elettrica,un elemento di prova (30, 31) avendo comando di azionamento per indurre il rivelatore differenziale (16) ad emettere un valore differenza (18) superiore a detto primo valore di soglia (24), caratterizzato dal fatto che l'azionamento dell'elemento di prova (30, 31) produce un segnale (32)di avvio di un contatempo (56), il contatempo emettendo un segnale (33) di tempo scaduto al trascorrere di un tempo prefissato dal suo avvio,nel senso di fornire indicazione della necessità di eseguire un ulteriore azionamento dell'elemento di prova (30, 31) dopo che è trascorso il tempo prefissato. 2.Dispositivo secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il segnale di tempo scaduto (33) è inviato ad un dispositivo di segnalazione ottica/acustica (34r35). 3.Dispositivo secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il segnale di tempo scaduto (33) è inviato all'elemento di prova (30, 31)per produrre il suo azionamento. 4. Dispositivo secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere un rivelatore (36) emettente un segnale (37) di presenza di una tensione di alimentazione dell'apparecchio (13) a valle del dispositivo di disconnessione (14) dell'apparecchio (13),un elemento comparatore (38) «nettendo, un secondo segnale di allarme (39) alla contemporanea presenza del primo segnale di allarme (28) e del segnale di presenza (37), nel senso di segnalare la mancata disconnessione dell'apparecchio elettrico. 5. Dispositivo secondo rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto di comprendere un rivelatore (36) emettente un segnale (37) di presenza di una tensione di alimentazione dell'apparecchio (13) a valle del dispositivo di disconnessione dell'apparecchio (13),un elemento comparatore (41)emettendo un terzo segnale di allarme (42) alla contemporanea presenza del segnale di tarpo scaduto (33) e del segnale di presenza (37), nel senso di segnalare la mancata disconnessione dell'apparecchio elettrico dopo l'azionamento dell'elemento di prova. 6. Dispositivo secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'uscita (18)del rivelatore differenziale (16) è connessa ad un secondo comparatore (44)confrontante il detto valore differenza con un predefinito secondo valore di soglia (45),minore del primo valore di soglia (24),ed emettente un segnale di preallarme (47)quando il valore differenza supera detto secondo valore di soglia. 7. Dispositivo secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di conprendere un misuratore (50)di corrente assorbita dall'apparecchiatura (13), il quale emette un segnale (49)rappresentante il valore di detta corrente assorbita,un comparatore (51) confrontando detto segnale (49) con un valore di soglia (52) di corrente massima, ed emettendo un segnale di aliarne (54)quando il valore di corrente supera detto valore di soglia, il segnale di allarme (54) comandando il dispositivo (14, 15, 27)di disconnessione dell'apparecchiatura (13) dalla rete elettrica. 8. Dispositivo secondo rivendicazione 1,4, 5 e 6, caratterizzato dal fatto di comprendere un dispositivo di segnalazione (29,34, 35, 40, 43, 48),emettente segnalazioni ottico/acustiche alla rilevazione di segnali di allarme scelti fra detti primo,secondo, terzo segnali di allarme e detto segnale di preallarme. 9. Metodo di protezione elettrica contro le dispersioni di corrente in un apparecchio alimentato da una rete elettrica, in particolare una apparecchiatura idrosanitaria,comprendente le fasi di: -rilevare il valore differenziale delle correnti assorbite su due conduttori di alimentazione dell1apparecchio; -confrontare il valore differenziale con un predefinito primo valore di soglia che è prefissato essere il massimo valore di dispersione accettabile; -disconnettere l'apparecchiatura dalla rete elettrica quando il valore differenziale supera il primo valore di soglia; il metodo comprendendo le ulteriori fasi di: -indurre un valore differenza superiore a detto primo valore di soglia per provare il corretto verificarsi della disconnessione; -avviare un contatempo alla induzione del valore differenza, il contatempo emettendo un segnale di ternpo scaduto al trascorrere di un intervallo di tempo prefissato dal suo avvio. 10.Metodo secondo rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto di comprendere ulteriormente la fase di indurre nuovamente un valore differenza superiore a detto primo valore di soglia per provare il corretto verificarsi della disconnessione alla segnalazione da parte del contatempo che è trascorso il periodo di tempo prefissato dal suo avvio. 11.Metodo secondo rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto di comprendere ulteriormente la fase di confrontare il valore differenziale con un predefinito secondo valore di soglia, minore del primo valore di soglia ed emettere un segnale di preallarme quando il valore differenziale supera detto secondo valore di soglia. 12. Metodo secondo rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto di comprendere ulteriormente la fase di controllare la avvenuta disconnessione della apparecchiatura dalla rete elettrica ed emettere segnale di allarme se 11apparecchiatura è ancora connessa alla rete elettrica.
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