ITMI992114A1 - Polo elettrico per interruttore di potenza di bassa tensione - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

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

Più precisamente, con la definizione d’interruttore di potenza di bassa tensione s'intende un interruttore impiegato generalmente in impianti elettrici industriali caratterizzati da tensioni d'esercizio inferiori ai 1000 Volt e da correnti elettriche (tipicamente alternate) di valore nominale relativamente elevato {da gualche centinaio a diverse migliaia di Ampere) che danno quindi origine a potenze di valore relativamente elevato.

E' noto che gli interruttori di potenza (comprendenti uno o più poli elettrici) sono deputati normalmente ad assicurare la corrente elettrica richiesta dalle varie utenze svolgendo, nel contempo, funzioni di inserimento e distacco del carico e/o funzioni di protezione del carico da eventi anomali, dovuti per esempio a sovraccarichi od a corto circuito, tramite apertura automatica del circuito e/o funzioni di sezionamento del circuito protetto attraverso l'apertura di appositi contatti elettrici per ottenere il completo isolamento del carico rispetto alla rete di alimentazione.

Attualmente esistono numerose soluzioni realizzative di interruttori di potenza di bassa tensione in dipendenza dalla corrente nominale considerata.

In generale però, per ogni polo elettrico, la funzione di interruzione della corrente, sia essa nominale, di sovraccarico o di corto circuito, avviene tramite la separazione di un contatto mobile e di un contatto fisso.

Con riferimento alla figura 1, è schematicamente rappresentata la struttura tipica di un polo elettrico per un interruttore di potenza di bassa tensione. Esso comprende un contatto fisso 1 ed un contatto mobile 2 reciprocamente accoppiabili/disaccoppiabili tra loro. Il contatto mobile 2 e connesso posizionato su un albero porta-contatti 4, realizzato generalmente in materiale isolante, ed avente funzioni di supporto meccanico e/o trasmissione del moto al contatto mobile. Per mantenere la continuità galvanica, permettendo comunque il moto del contatto mobile 2, viene impiegato generalmente un conduttore flessibile 3, cui è demandata la sola funzione di assicurare la connessione elettrica tra il contatto mobile 2 ed una rete di alimentazione (non illustrata in figura 1).

Il contatto mobile 2, il conduttore flessibile 3 e l'albero portacontatti 4 sono illustrati con maggior dettaglio in figura 2. In questo caso il conduttore flessibile 3 è costituito da due trecce metalliche flessibili alloggiate contiguamente in una cavità dell’albero portacontatti. Alle estremità delle trecce metalliche è possibile individuare una flangia 7 ed un perno 8 utilizzati rispettivamente per la connessione con la rete di alimentazione ed il contatto mobile.

Nella condizione operativa di apertura alla corrente nominale, in seguito ad un comando di apertura, il contatto mobile 2 viene movimentato, a velocità definita, dall'albero porta-contatti 4, il quale, a sua volta, è azionato da un meccanismo di attuazione (non illustrato in figure 1 e 2).

Nella condizione operativa di apertura alla corrente di corto circuito, tipicamente prima dell'intervento di apertura ad opera del meccanismo di attuazione, la separazione dei contatti elettrici avviene a causa delle forze elettrodinamiche di repulsione che si instaurano tra il contatto mobile ed il contatto fisso. Per alte correnti di corto circuito, come quelle che interessano gli interruttori di potenza di bassa tensione (decine di Kilo-Ampere), queste forze elettrodinamiche di repulsione raggiungono valori tali da imprimere al contatto mobile una velocità di fine corsa molto elevata.

A causa della velocità di fine corsa molto elevata, è necessario predisporre, per l'arresto del contatto mobile 2, opportuni dispositivi di arresto (ad esempio una piastrina di battuta 5, come illustrato in figura 1) e dimensionare, in maniera sufficientemente robusta, l’intero cinematismo di apertura (contatto mobile 2 ed albero porta-contatti 4), in modo da poter sostenere le forti sollecitazioni dovute all'urto di fine corsa del contatto mobile 2. Per evitare quest'evenienza è necessario predisporre l'intero cinematismo d'apertura, in modo che l'intervento avvenga in tempi relativamente brevi, in particolare prima che il contatto mobile giunga a fine corsa.

Questi vincoli progettuali comportano naturalmente un notevole incremento dei tempi e costi di lavorazione dell'interruttore.

Inoltre, sempre a causa dell'elevata velocità di fine corsa, potrebbe accadere che il contatto mobile non si arresti in corrispondenza della piastrina di battuta 5, ma rimbalzi su di essa tornando ad accoppiarsi nuovamente con il contatto fisso. Quest'evenienza sarebbe critica dato che comporterebbe una chiusura indesiderata dei contatti, in presenza di condizioni di guasto.

Compito precipuo della presente invenzione è realizzare un polo elettrico, per interruttori di potenza di bassa tensione, in cui la velocità di fine corsa del contatto mobile, durante la manovra di apertura in condizioni operative di corto circuito, risulti essere limitata entro valori relativamente contenuti.

Nell'ambito di questo compito, un altro scopo del presente trovato è quello di realizzare un polo elettrico, per interruttori di potenza di bassa tensione, in cui sia possibile assicurare l'arresto del contatto mobile, durante la manovra di apertura in condizioni operative di corto circuito, senza l’adozione di particolari dispositivi di arresto.

Un ulteriore scopo del presente trovato è quello di realizzare un polo elettrico, per interruttori di potenza di bassa tensione, che assicuri la possibilità di evitare richiusure indesiderate dei contatti elettrici, a seguito di una manovra d'apertura in condizioni operative di corto circuito.

Un ulteriore scopo del presente trovato è quello di realizzare un polo elettrico, per interruttori di potenza di bassa tensione, che assicuri la possibilità di limitare la velocità di intervento richiesta al cinematismo d'apertura.

Non ultimo scopo del presente trovato à quello di realizzare un polo elettrico, per interruttori di potenza di bassa tensione, che sia di elevata affidabilità, di semplice realizzazione ed a costi contenuti.

Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da un polo elettrico per interruttori di potenza di bassa tensione comprendente:

- un contatto fisso ed un contatto mobile reciprocamente accoppiabili/disaccoppiabili;

- due o più elementi conduttori flessibili atti a connettere elettricamente detto contatto mobile con una rete di alimentazione, detti elementi conduttori essendo posizionati in modo da essere attraversati da correnti elettriche equiverse; e

- mezzi atti a supportare meccanicamente e/o trasmettere il moto a detto contatto mobile.

Il polo elettrico secondo l'invenzione è caratterizzato dal fatto che i mezzi, atti a supportare meccanicamente e/o trasmettere il moto al contatto mobile, comprendono uno o più elementi isolanti interposti tra gli elementi conduttori ed atti a contrastare, mediante attrito con gli elementi conduttori, le forze elettrodinamiche di repulsione che si sviluppano tra il contatto fisso e il contatto mobile, durante la manovra di apertura in condizioni operative di corto circuito.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno maggiormente dalla descrizione di alcune forme realìzzative, preferite ma non limitative, di un polo elettrico per interruttori di potenza di bassa tensione secondo 1'invenzione, illustrate a titolo indicativo e non limitativo con l'ausilio degli uniti disegni in cui:

la figura 1 illustra schematicamente un polo elettrico per interruttori di potenza di bassa tensione, avente struttura nota;

la figura 2 illustra, in vista prospettica, un particolare costruttivo del polo elettrico rappresentato in figura 1;

la figura 3 illustra schematicamente la struttura di una prima forma realizzativa del polo elettrico secondo l'invenzione;

le figure 4a e 4b illustrano, in vista prospettica, due viste differenti di un particolare costruttivo della forma realizzativa del polo elettrico secondo l'invenzione illustrata in figura 3.

Con riferimento a figura 3, il polo elettrico secondo l'invenzione presenta un contatto fisso (non illustrato in figura 3) ed un contatto mobile 10, reciprocamente accoppiabili/disaccoppiabili, e due o più elementi conduttori 11 per connettere elettricamente il contatto mobile 10 con una rete di alimentazione (non illustrata in figura 3). Caratteristica peculiare degli elementi conduttori 11 è il fatto che essi sono posizionati in modo da essere attraversati da correnti elettriche equiverse. Ad esempio, secondo una forma realizzativa preferita illustrata in figura 3, gli elementi conduttori 11 sono costituiti da una coppia di trecce metalliche flessibili, connesse in parallelo tra loro. Questa soluzione assicura che il fluire della corrente elettrica avvenga in modo equiverso in entrambi gli elementi conduttori 11, ad esempio nel verso indicato dalla freccia 16.

Ovviamente, sono possibili altre forme realizzative comprendenti ad esempio un numero maggiore di elementi conduttori sempre disposti in modo da essere attraversati da correnti equiverse. Vantaggiosamente le trecce metalliche flessibili 11 di figura 3 comprendono, a ciascuna estremità, mezzi 14 per realizzare la connessione rispettivamente con il contatto mobile 10 e la rete di alimentazione. Nella forma realizzativa di figura 3, i mezzi 14 sono costituiti da una flangia di collegamento.

Il polo elettrico secondo l'invenzione comprende inoltre mezzi 12 atti a supportare meccanicamente e/o trasmettere il moto al contatto mobile 10.

Preferibilmente i mezzi 12 comprendono un albero portacontatti realizzato in materiale isolante.

Il polo elettrico secondo il trovato è caratterizzato dal fatto che i mezzi 12 comprendono uno o più elementi isolanti, indicati in figura 3 dal riferimento 13.

Gli elementi isolanti 13 sono interposti tra gli elementi conduttori 11. Ad esempio nella forma realizzativa di figura 3, si ha un solo elemento isolante 13 che risulta posizionato tra le due trecce parallele II.

La funzione essenziale degli elementi isolanti 13 è quella di contrastare, mediante attrito con gli elementi conduttori 11, le forze elettrodinamiche di repulsione che si sviluppano tra il contatto fisso e il contatto mobile, durante la manovra di apertura in condizioni operative di corto circuito.

Infatti, dato che gli elementi conduttori 11 sono attraversati da correnti equiverse, si manifesta tra loro una forza attrattiva di natura elettrodinamica (frecce 17 di figura 3). In condizioni operative di corto circuito, quando le correnti che attraversano i conduttori 11 raggiungono valori elevati, gli elementi conduttori 11 vengono attirati contro l'elemento isolante 13 tra di essi interposto. La forza d'attrito che si manifesta tra i conduttori 11 e l'elemento 13 si oppone al movimento dei mezzi 12 (albero portacontatti), solidale con il contatto mobile 10. In questo modo la forza di attrito assorbe parte dell'energia con cui il contatto mobile 2 si distacca dal contatto fisso. La velocità di fine corsa del contatto mobile 10 si riduce quindi entro limiti relativamente contenuti. Come già accennato, la forza di attrito tra l'elemento isolante 13 ed i conduttori 11 è direttamente proporzionale alla corrente che attraversa i conduttori. La forza che si oppone al moto del contatto mobile diventa perciò rilevante per valori elevati di corrente, come nelle condizioni operative d'apertura alla corrente di corto circuito. Nelle condizioni operative d'apertura alla corrente nominale, dati i valori molto ridotti di corrente, la forza d'attrito non assume valori significativi da influenzare la manovra di apertura.

Con riferimento alle figure 4a e 4b sono presentate due viste schematiche 20 e 21 dei mezzi 12 (albero portacontatti) e degli elementi isolanti 13. In particolare, è previsto che gli elementi isolanti 13 siano ricavati direttamente, ad esempio mediante un procedimento di stampaggi a ad iniezione, dall’albero portacontatti 14. La forma realizzativa, illustrata nelle viste 20 e 21, risulta particolarmente adatta per l'utilizzo in interruttori di tipo tripolare. Infatti l'albero portacontatti 14 presenta tre elementi isolanti 13, ciascuno dei quali corrisponde ad un contatto mobile (non illustrato in figura) compreso nel corrispettivo polo.

Si è in pratica verificato che il polo elettrico secondo l'invenzione soddisfa pienamente gli scopi prefissati.

In particolare, dimensionando opportunamente gli elementi isolanti e gli elementi conduttori è possibile determinare, con ragionevole approssimazione, la velocità di fine corsa del contatto mobile anche durante le condizioni operative di apertura alla corrente di corto circuito. Si può quindi dimensionare il polo elettrico secondo l'invenzione in modo la velocità di fine corsa risulti essere limitata entro un range di valori relativamente contenuti, riducendo l’energia dell'urto di fine corsa ed impedendo il verificarsi di richiusure indesiderate dei contatti stessi.

Risulta inoltre possibile eliminare i dispositivi di arresto del contatto mobile, adottati comunemente negli interruttori di tipo noto.

La diminuita velocità di fine corsa del contatto mobile consente di ridurre la velocità di intervento richiesta al cinematisrao di apertura, rilassando quindi i vincoli di progetto.

Si è infine verificato che l'adozione degli elementi isolanti, potendo essi essere ricavati direttamente dall'albero portacontatti, non comporta in alcun modo un significativo aumento dei costi di lavorazione. Al contrario, la possibilità di eliminare i dispositivi di arresto del contatto mobile e la possibilità di semplificare il cinematismo di apertura dell'interruttore hanno comportato una semplificazione nella fabbricazione dell'interruttore, unitamente ad una maggiore affidabilità operativa.

Il polo elettrico per interruttori di potenza di bassa tensione così concepito à suscettibile di modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; inoltre tutti i dettagli potranno essere sostituiti da elementi tecnicamente equivalenti. In pratica, i materiali impiegati, purché compatibili con l'uso specifico, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi secondo le esigenze e lo stato della tecnica.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Polo elettrico per interruttori di potenza di bassa tensione comprendente : - un contatto fisso ed un contatto mobile reciprocamente accoppiabili/disaccoppiabili; - due o più elementi conduttori atti a connettere elettricamente detto contatto mobile con una rete di alimentazione, detti elementi conduttori essendo posizionati in modo da essere attraversati da correnti elettriche equiverse; e - mezzi atti a supportare meccanicamente e/o trasmettere il moto a detto contatto mobile; caratterizzato dal fatto che detti mezzi atti a supportare meccanicamente e/o trasmettere il moto a detto contatto mobile, comprendono uno o più elementi isolanti, detti elementi isolanti essendo interposti tra detti elementi conduttori ed essendo atti a contrastare, mediante attrito con detti elementi conduttori, forze elettrodinamiche di repulsione che si sviluppano tra detto contatto fisso e detto contatto mobile, durante la manovra di apertura in condizioni operative di corto circuito.
2. 2 . Polo elettrico per interruttori di potenza di bassa tensione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi atti a supportare meccanicamente e/o trasmettere il moto a detto contatto mobile comprendono un albero porta-contatti in materiale isolante.
3. 3. Polo elettrico per interruttori di potenza di bassa tensione secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detti uno o più elementi isolanti sono ricavati direttamente da detto albero porta-contatti in materiale isolante, in modo da costituire un pezzo unico.
4. 4 . Polo elettrico per interruttori di potenza di bassa tensione secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che ciascuno di detti elementi isolanti è costituito da una guida in materia plastica.
5. 5 . Polo elettrico per interruttori di potenza di bassa tensione secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti elementi conduttori sono costituiti da una coppia di trecce metalliche flessibili, connesse in parallelo tra loro.
6. 6 . Polo elettrico per interruttori di potenza di bassa tensione secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che dette trecce metalliche flessibili comprendono, a ciascuna estremità, mezzi di connessione rispettivamente con detto contatto mobile e detta rete di alimentazione.
7. 7. Interruttore di potenza di bassa tensione, caratterizzato dal fatto di comprendere uno o più poli elettrici secondo una o più delle rivendicazioni precedenti.