ITMI992609A1

ITMI992609A1 - Dispositivo di interruzione e protezione di un circuito di alimentazione di un carico contro i guasti verso terra

Info

Publication number: ITMI992609A1
Application number: IT1999MI002609A
Authority: IT
Inventors: Renato Dosmo
Original assignee: Abb Ricerca Spa
Priority date: 1999-12-16
Filing date: 1999-12-16
Publication date: 2001-06-16
Also published as: DE60007557D1; DE60007557T2; EP1243012B1; ATE257275T1; IT1313953B1; ES2213630T3; AU1521301A; EP1243012A1; WO2001045128A1; ITMI992609A0

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione è relativa ad un dispositivo di interruzione e protezione di un circuito di alimentazione di un carico contro i guasti verso terra, particolarmente adatto per l'impiego in linee di alimentazione elettrica per impianti industriali di bassa tensione, e ad un quadro elettrico impiegante tale dispositivo.

Più in particolare, la presente invenzione è relativa ad un dispositivo di interruzione e protezione contro una corrente di guasto verso terra che si distingue, rispetto ai dispositivi di tipo noto, per la particolare disposizione e configurazione dei suoi componenti, secondo una soluzione che consente di migliorare il funzionamento del dispositivo stesso, di alimentarne la sicurezza e di ottimizzarne l'installazione.

Come noto, negli impianti di distribuzione dell'energia elettrica è di fondamentale importanza l'adozione di una adeguata protezione contro i guasti verso terra. Infatti, questo tipo di protezione ha lo scopo di garantire le persone contro i contatti diretti, cioè contatti accidentali con un conduttore di fase normalmente sotto tensione, e contro i contatti indiretti, cioè ad esempio con una massa metallica di norma isolata che per un guasto si trova a contatto con una fase; inoltre, essa permette di tenere sotto controllo lo stato degli isolamenti verso massa dell'impianto in cui è utilizzata.

In generale, per realizzare questo tipo di protezione, sono utilizzati dei dispositivi differenziali atti a determinare, direttamente o indirettamente, l'interruzione del flusso di corrente nel circuito elettrico in cui sono inseriti, al verificarsi di una corrente di guasto verso terra superiore ad un limite prefissato.

In particolare, negli impianti industriali di bassa tensione vengono utilizzati a tal scopo specifici relè, noti nella tecnica come "relè differenziali”, associati ad apparecchiature di interruzione, generalmente interruttori automatici. In figura 1 è illustrata una tipica configurazione di accoppiamento tra un interruttore automatico 1 ed un relè differenziale 2, secondo una forma realizzativa ampiamente nota nella tecnica. In particolare, l'interruttore automatico 1 comprende un blocco 10 su cui sono previsti morsetti 3 di collegamento con conduttori 4 di un circuito di alimentazione; all'interno del blocco 10 sono posizionati contatti fissi e mobili reciprocamente accoppiabili/disaccoppiabili tra loro. In uscita dal blocco 10, sono previsti ulteriori morsetti 5 a cui sono connessi conduttori 6 per la connessione elettrica con il relè 2; tali conduttori 6 possono essere costituiti ad esempio da cavi o sbarre in rame. A sua volta, il relè 2 comprende un sensore di corrente ed una unità di protezione differenziale, non visibili in figura; in uscita dal relè 2 e prevista una ulteriore morsettiera 7 per il collegamento di conduttori 8 di alimentazione di un carico, indicato schematicamente in figura 1 dal numero di riferimento 9.

In pratica, il sensore di corrente comprende, secondo forme realizzative ampiamente note nella tecnica, un nucleo magnetico entro cui vengono fatti passare i conduttori 6, ed un avvolgimento secondario ai cui capi si genera una tensione quando è presente la corrente di guasto verso terra. Tale tensione viene fornita all'unità di protezione che ne misura il valore e lo compara con un valore di soglia; qualora il valore misurato superi la soglia, l'unità di protezione determina, direttamente o indirettamente, l'apertura dell'interruttore.

Tale soluzione, pur soddisfacendo adeguatamente ai requisiti di protezione richiesti, non e del tutto soddisfacente per ciò che riguarda la sua struttura e configurazione realizzativa. Infatti, la necessità di adottare più serie di conduttori per portare la corrente dall'interruttore al relà e da questo al carico, impone una ridondante utilizzazione di morsettiere con conseguente svantaggio dal punto di vista produttivo. Inoltre, tale soluzione e particolarmente svantaggiosa in fase di montaggio delle apparecchiature a causa degli ingombri richiesti e delle connessioni da effettuare.

Da non trascurarsi è poi il fatto che la presenza di piu conduttori e morsettiere comporta da un lato un aumento della resistenza elettrica del circuito di alimentazione con un conseguente aumento della potenza dissipata, e dall'altro una diminuzione della sicurezza ed affidabilità del circuito stesso nel suo complesso.

Compito precipuo della presente invenzione è quello di realizzare un dispositivo di interruzione e protezione di un circuito di alimentazione di un carico contro i guasti verso terra, in cui la connessione tra i vari elementi avvenga in modo semplificato rispetto all'arte nota, facilitando di conseguenza le fasi di montaggio e installazione.

Nell'ambito di questo compito, uno scopo della presente invenzione è quello di realizzare un dispositivo di interruzione e protezione di un circuito di alimentazione di un carico contro i guasti verso terra, in cui vi sia una riduzione delle connessioni da effettuare con conseguente riduzione delle morsettiere richieste e vantaggio dal punto di vista produttivo.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare un dispositivo di interruzione e protezione di un circuito di alimentazione di un carico contro i guasti verso terra che permetta una riduzione della resistenza elettrica del circuito in cui è inserito e della corrispondente potenza dissipata.

Ancora un altro scopo della presente invenzione e quello di realizzare un dispositivo di interruzione e protezione di un circuito di alimentazione di un carico contro i guasti verso terra, in cui vi sia un aumento della sicurezza e affidabilità rispetto allo stato dell'arte.

Un altro scopo della presente invenzione e quello di realizzare un dispositivo di interruzione e protezione di un circuito di alimentazione di un carico contro i guasti verso terra, che sia ad ingombro ridotto rispetto ai dispositivi noti.

Non ultimo scopo della presente invenzione è quello di realizzare un dispositivo di interruzione e protezione di un circuito di alimentazione di un carico contro i guasti verso terra, che sia di elevata affidabilità, di relativamente facile realizzazione ed a costi competitivi.

Questo compito, nonché questi e altri scopi che meglio appariranno in seguito sono raggiunti da un dispositivo di interruzione e protezione di un circuito di alimentazione di un carico contro i guasti verso terra, comprendente:

una unità di interruzione avente morsetti di ingresso di collegamento con un circuito di alimentazione del carico, e almeno un contatto fisso ed un contatto mobile operativamente connessi a mezzi attuatori per l'apertura/chiusura di detto circuito di alimentazione;

- una unità di protezione differenziale, operativamente associata all'unità di interruzione e comprendente un sensore di corrente atto a rilevare la presenza di una corrente differenziale, ed una unità di controllo, operativamente associata al sensore e ai mezzi attuatori, atta a verificare se la corrente differenziale rilevata è superiore ad un limite prefissato e a determinare, in tal caso, l'intervento di detti mezzi attuatori; caratterizzato dal fatto che conduttori di alimentazione del carico sono direttamente connessi a morsetti di uscita dell’unità di interruzione e dal fatto che il sensore di corrente è posizionato direttamente su detti conduttori.

In questo modo, si ha il vantaggio di poter eliminare almeno un punto di giunzione, e quindi i relativi morsetti, nella catena di trasmissione dell'energia elettrica al carico.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del dispositivo secondo l’invenzione risulteranno maggiormente dalla descrizione di forme di realizzazione preferite, ma non esclusive, illustrate a titolo indicativo e non limitativo negli uniti disegni, in cui:

la figura 1 e una vista schematica illustrante un interruttore automatico accoppiato ad un relè differenziale secondo una configurazione nota nella tecnica;

la figura 2 è una vista di massima di uno schema elettrico illustrante il dispositivo di interruzione e protezione secondo l'invenzione; la figura 3 è una vista frontale illustrante il dispositivo di interruzione e protezione secondo l'invenzione.

Con la definizione di dispositivo di interruzione e protezione contro una corrente di guasto verso terra è da intendersi un qualsiasi dispositivo atto ad interrompere il flusso di corrente in un circuito di alimentazione di un carico, al verificarsi di una condizione di corrente di guasto verso terra superiore ad un limite prefissato. Tale dispositivo può essere ad esempio costituito da un interruttore automatico a cui viene associato un relà differenziale ed è a questa forma di realizzazione a cui si farà riferimento nella descrizione seguente, senza voler in alcun modo limitare l'ambito di applicazione dell'invenzione. Alternativamente, il dispositivo di interruzione e protezione potrebbe comprendere un interruttore associato ad un blocco differenziale, o una unità di interruzione che ingloba direttamente nella sua struttura dei componenti atti a svolgere una funzione di protezione da correnti differenziali.

Con riferimento alle figure 2 e 3, il dispositivo di interruzione e protezione secondo l'invenzione, indicato complessivamente dal numero di riferimento 100, comprende una unità di interruzione 11 avente morsetti di collegamento 12 in ingresso con i conduttori 13 di un circuito di alimentazione di un carico 14 che è disposto a valle; come schematicamente illustrato in figura 2, all'interno dell'unità di interruzione 11 è previsto l'impiego, per ogni fase del circuito di alimentazione, di un contatto fisso 15 e di un contatto mobile 16 operativamente connessi a mezzi attuatori 17 per l'apertura/chiusura del circuito di alimentazione. Il dispositivo 100 comprende inoltre una unità di protezione differenziale 20, operativamente associata all'unità di interruzione 11; tale unità 20 comprende un sensore di corrente 21 atto a rilevare la presenza di una corrente differenziale, ed una unità di controllo 22, operativamente associata al sensore 21 e ai mezzi attuatori 17, atta a verificare se la corrente differenziale rilevata dal sensore 21 è superiore ad un limite prefissato e a determinare, in tal caso, l'intervento dei mezzi attuatori 17.

Vantaggiosamente, nella forma di realizzazione del dispositivo secondo l’invenzione, i conduttori di alimentazione del carico 14, indicati nelle figure 2 e 3 dal numero di riferimento 19, sono direttamente connessi a morsetti 18 in uscita dall'unità di interruzione 11, con il sensore di corrente 21 posizionato direttamente sui conduttori 19 stessi che costituiscono gli avvolgimenti primari. Come illustrato in figura 3, in una forma preferita di realizzazione, il sensore di corrente 21 presenta un corpo anulare a configurazione sostanzialmente ellittica su cui sono posizionati gli avvolgimenti secondari 23; tale corpo anulare e posizionato trasversalmente rispetto ad un asse longitudinale diretto secondo la congiungente i morsetti di collegamento in ingresso 12 ed in uscita 18 dell'unità di interruzione 11, con riferimento ad una visione frontale dell'unità di interruzione 11 stessa. In questo modo, rispetto a detta visione frontale, il sensore di corrente 21 si trova posizionato inferiormente rispetto all'unità di interruzione 11, con l'unità di controllo 22 posizionata affiancata all'unità di interruzione stessa. Tale unità di controllo 22, in funzione delle varie applicazioni e/o specifiche necessità, può comprendere una unità elettronica digitale o una unità elettronica analogica, con vantaggio per ciò che riguarda la flessibilità di impiego. In pratica, in normali condizioni di funzionamento, la somma vettoriale delle correnti circolanti nei conduttori 19 è nulla; al verificarsi di una corrente verso terra, si ha che tale somma vettoriale non è più nulla e si induce una tensione sugli avvolgimenti secondari 23. Il valore della tensione è reso disponibile all'unità di controllo 22 che la misura e confronta con un valore di soglia predefinito. Se il valore misurato è superiore alla soglia, l'unità 22 lancia un segnale ai mezzi attuatori 17 in modo da determinare l'apertura dei contatti.

Vantaggiosamente, con tale soluzione realizzativa è possibile eliminare almeno un punto di giunzione nella catena di trasmissione dell'energia di alimentazione al carico 14, con conseguente eliminazione di una morsettiera e vantaggio sia dal punto di vista produttivo che da quello del montaggio; inoltre, l'eliminazione di un punto di giunzione permette di ridurre la resistenza elettrica del circuito di alimentazione e, proporzionalmente, della potenza elettrica dissipata.

Un ulteriore vantaggio del dispositivo secondo l'invenzione è dato dal fatto che, eliminando una serie di morsetti di collegamento, si ha un complessivo aumento dell'affidabilità e sicurezza del circuito di alimentazione nel suo complesso.

Ancora un altro vantaggio del dispositivo secondo 1'invenzione è dato dal fatto che, grazie al posizionamento del sensore 21 e dell'unità di protezione 22, si ha una riduzione degli ingombri richiesti dal dispositivo in fase di installazione. In particolare, con tale configurazione realizzativa, il dispositivo 100 può essere installato indifferentemente sia in quadri elettrici di sottodistribuzione, con montaggio su guide di supporto di tipo "DIN", sia su quadri di distribuzione generale, con montaggio sul retro portella. Costituisce pertanto un ulteriore oggetto della presente invenzione un quadro per la distribuzione di energia elettrica comprendente una pluralità di apparecchiature elettriche, ad esempio interruttori, collegate ad un circuito di alimentazione, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un dispositivo di interruzione e protezione secondo l'invenzione.

Si è in pratica constatato come il dispositivo secondo l'invenzione assolva pienamente il compito nonché gli scopi prefissati in quanto permette di avere una connessione tra i vari componenti semplice ed efficace al tempo stesso, secondo una soluzione che consente inoltre di ridurre la potenza dissipata, di aumentare la sicurezza ed affidabilità, e di ridurre gli ingombri necessari.

Da non trascurare è il fatto che tutte le funzioni innovative e gli aspetti inventivi del dispositivo sono ottenibili utilizzando elementi e materiali di comune reperibilità in commercio con costi estremamente contenuti.

Il dispositivo così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo; inoltre tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri 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

RIVENDICAZIONI I. Dispositivo di interruzione e protezione di un circuito di alimentazione di un carico contro i guasti verso terra, comprendente: una unità di interruzione avente morsetti di ingresso di collegamento con un circuito di alimentazione del carico e almeno un contatto fisso ed un contatto mobile operativamente connessi a mezzi attuatori per l'apertura/chiusura di detto circuito di alimentazione; - una unità di protezione differenziale, operativamente associata all'unità di interruzione e comprendente un sensore di corrente atto a rilevare la presenza di una corrente differenziale, ed una unità di controllo, operativamente associata al sensore e ai mezzi attuatori, atta a verificare se la corrente differenziale rilevata è superiore ad un limite prefissato e a determinare, in tal caso, l'intervento di detti mezzi attuatori; caratterizzato dal fatto che conduttori di alimentazione del carico sono direttamente connessi a morsetti di uscita dell’unità di interruzione e dal fatto che il sensore di corrente è posizionato direttamente su detti conduttori.
2. Dispositivo di interruzione e protezione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che, rispetto ad una vista frontale dell’unità di interruzione, il sensore di corrente è montato trasversalmente rispetto ad un asse longitudinale diretto secondo la congiungente i morsetti di collegamento in ingresso ed in uscita di detta unità di interruzione.
3. Dispositivo di interruzione e protezione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto sensore di corrente comprende un corpo anulare a configurazione sostanzialmente ellittica.
4· Dispositivo di interruzione e protezione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che, rispetto ad una vista frontale dell'unità di interruzione, il sensore di corrente è posizionato inferiormente a detta unità di interruzione.
5 . Dispositivo di interruzione e protezione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che, rispetto ad una vista frontale dell'unità di interruzione, l'unità di controllo è posizionata affiancata a detta unità di interruzione.
6. Dispositivo di interruzione e protezione secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta unità di controllo comprende un'unità elettronica digitale.
7. Dispositivo di interruzione e protezione secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto che detta unità di controllo comprende un'unità elettronica analogica.
8. Quadro per la distribuzione di energia elettrica comprendente una pluralità di apparecchiature elettriche collegate ad un circuito di alimentazione, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un dispositivo di interruzione e protezione secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 7.