ITTO20130164A1 - Dispositivo di protezione contro le sovratensioni e segnalazione - Google Patents

Description

Dispositivo di protezione contro le sovratensioni e segnalazione

Settore della Tecnica

La presente invenzione si riferisce, in generale, ad un dispositivo di protezione contro le sovratensioni e segnalazione da utilizzare per la protezione di un impianto elettrico, e dei dispositivi ad esso collegati, da sovratensioni.

In particolare, la presente invenzione si riferisce ad un dispositivo di protezione contro le sovratensioni dotato di ingresso e uscita in grado di segnalare il fine vita del dispositivo grazie ad un alimentatore incorporato che, eccitando un relà ̈ elettromeccanico, à ̈ in grado di gestire anche bassi valori di corrente tipici degli ingressi di elaboratori o controllori (PLC), che permettano di gestire automaticamente l’assistenza o, eventualmente, scollegare il dispositivo non più protetto dalla rete elettrica.

Arte Nota

È noto che i dispositivi di protezione contro le sovratensioni, noti come SPD (Surge Protection Device), comprendono dei componenti limitatori della sovratensione, come i varistori, che sono soggetti a degrado progressivo, per invecchiamento o a causa di una sovratensione eccessiva.

Il processo di degrado può portare nel tempo al mancato intervento del dispositivo, con conseguente mancanza di protezione dell’impianto e dei dispositivi ad esso collegati.

Ad esempio i varistori utilizzati negli SPD cosiddetti a limitazione, nei quali la tensione ai morsetti à ̈ mantenuta costante durante l’assorbimento della sovratensione, quando sono sottoposti ad una tensione sono sempre attraversati da una piccola corrente di fuga.

Quando l'SPD, ed in particolare il varistore, Ã ̈ a fine vita, la sua corrente di fuga caratteristica assume un valore elevato mentre la sua resistenza in "stato non conduttivo" diminuisce.

In questo stato l'SPD non à ̈ più in grado di proteggere l'impianto da una sovratensione, e va perciò sostituito.

Una esigenza comune a tutti i dispositivi di protezione contro le sovratensioni (SPD) à ̈ che, in caso di degrado del dispositivo, si rende necessario segnalarne lo stato di “fuori servizio†per poterlo sostituire.

Una soluzione nota al problema à ̈ quella di prevedere la presenza di un disgiuntore termico in serie al varistore, avente la funzione di scollegare l’SPD dalla rete elettrica quando quest’ultimo à ̈ giunto a fine vita.

Infatti, quando la corrente di fuga del varistore assume un valore troppo elevato a seguito dell’invecchiamento del componente o in seguito ad una sovratensione eccessiva, si verifica un riscaldamento del varistore tale da far intervenire il disgiuntore termico.

In accordo a tale soluzione nota, à ̈ previsto che l’intervento della protezione termica sia segnalato a livello locale da una finestrella a funzionamento meccanico, che cambia di colore.

Un'ulteriore soluzione nota prevede che l’intervento della protezione termica sia segnalato da un segnale luminoso o sonoro incorporato nell'SPD; alcuni modelli prevedono un microswitch meccanico non idoneo alla gestione di bassi carichi di corrente caratteristici degli ingressi di un PLC, e vengono utilizzati per comandare segnali luminosi come lampade. La segnalazione ad un elaboratore o controllore tipicamente non viene realizzata per la complessità circuitale esterna richiesta, che in particolare à ̈ costituita da un relà ̈ di appoggio e da un alimentatore dedicato che deve essere sempre connesso alla rete ed esposto quindi alle sovratensioni, con rischio di guasto.

La soluzione nota permette di eliminare il problema della segnalazione ad un utente dello stato di fuori servizio dell’SPD, ma lascia irrisolto il problema dell’utilizzazione di tale segnalazione in elaboratori o controllori (PLC), che permettano di spegnere un intero dispositivo elettronico per metterlo in sicurezza oltre a gestire automaticamente l’intervento.

In generale, la Richiedente ha osservato che l'arte nota non presenta soluzioni in grado di risolvere in modo efficace il problema di gestire la segnalazione automatizzata per l'intervento di sostituzione e/o di distacco dalla rete del dispositivo non più protetto con componenti integrati nel dispositivo di protezione contro le sovratensioni.

Descrizione dell’invenzione

Scopo della presente invenzione à ̈ quello di risolvere i problemi sopra esposti dell'arte nota.

Raggiunge lo scopo il dispositivo di protezione contro le sovratensioni come rivendicato.

Le rivendicazioni costituiscono parte integrante dell’insegnamento tecnico qui fornito in merito all’invenzione.

In accordo ad una caratteristica di una forma preferita di realizzazione il dispositivo di protezione contro le sovratensioni comprende:

- un componente limitatore della sovratensione, collegabile ad un impianto elettrico;

- un disgiuntore, comprendente a sua volta un contatto in scambio, detto disgiuntore essendo collegato al componente limitatore della sovratensione ed atto a scollegare il componente limitatore della sovratensione da una rete elettrica;

il dispositivo comprende inoltre un alimentatore collegato al contatto in scambio, e mezzi di segnalazione collegati all’alimentatore, detto contatto in scambio essendo attivato dal disgiuntore quando il disgiuntore scollega il componente limitatore della sovratensione dalla rete elettrica.

In accordo ad una forma di realizzazione i mezzi di segnalazione sono costituiti da un relà ̈ di segnalazione.

In accordo ad una seconda forma di realizzazione i mezzi di segnalazione sono costituiti da un optoisolatore.

In accordo ad un’altra caratteristica della presente invenzione, il dispositivo comprende un ulteriore componente limitatore della sovratensione collegato in serie al componente limitatore della sovratensione.

In accordo ad un'ulteriore caratteristica della presente invenzione, l’alimentatore à ̈ un alimentatore per caduta capacitiva, ed à ̈ collegato con un ponte raddrizzatore.

Descrizione Sintetica delle Figure

Queste ed altre caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiare dalla seguente descrizione di forme preferite di realizzazione fatta a titolo esemplificativo e non limitativo con l'ausilio delle annesse figure, in cui elementi indicati con uno stesso o un simile riferimento numerico indicano elementi che hanno simile funzionalità e costruzione ed in cui:

Fig. 1 rappresenta schematicamente un dispositivo secondo l’invenzione.

Forme Preferite di Realizzazione

Con riferimento alla Fig. 1 un dispositivo di protezione contro le sovratensioni o SPD 10 in accordo alla forma preferita di realizzazione dell’invenzione, à ̈ collegato in modo noto ad un impianto elettrico e comprende un componente limitatore della sovratensione 11.

In particolare il dispositivo di protezione contro le sovratensioni 10 à ̈ un SPD con un ingresso (morsetti di ingresso: F, N, PE) e un’uscita (F', N').

Preferibilmente il componente limitatore della sovratensione 11 Ã ̈ un varistore.

Il componente limitatore della sovratensione 11 Ã ̈ collegato in serie ad un disgiuntore 12, ad esempio un disgiuntore termico, atto a scollegare il componente limitatore della sovratensione 11 dalla rete elettrica quando il dispositivo 10, ed in particolare il componente 11, Ã ̈ giunto a fine vita.

Il disgiuntore 12, oltre ad essere atto a scollegare il dispositivo di protezione contro le sovratensioni dalla rete elettrica, comprende un contatto in scambio 13, collegato ad un alimentatore 20, ad esempio un alimentatore per caduta capacitiva, a sua volta collegato a mezzi di segnalazione 15, che possono essere ad esempio un relà ̈ di segnalazione 15.

Preferibilmente il disgiuntore 12 svolge la funzione di contatto in scambio.

In un’ulteriore forma di realizzazione, i mezzi di segnalazione 15 sono costituiti da un optoisolatore.

Preferibilmente l’alimentatore 20 à ̈ un alimentatore a bassa tensione, ed à ̈ atto ad alimentare i mezzi di segnalazione o il relà ̈ 15 con una tensione inferiore a 50 V.

Ad esempio l’alimentatore 20 può alimentare i mezzi di segnalazione 15 con una tensione di 12 V.

Nella forma di realizzazione in cui i mezzi di segnalazione 15 sono un relà ̈ elettromeccanico, l’alimentatore 20 à ̈ atto ad alimentare una bobina 16 del relà ̈ 15; il relà ̈ 15, di tipo noto, comprende inoltre un contatto 18, che ad esempio à ̈ chiuso quando la bobina à ̈ attivata; preferibilmente il relà ̈ 15 comprende una pluralità di contatti 18 collegati in parallelo.

Preferibilmente l’ alimentatore 20 à ̈ collegato con un ponte raddrizzatore 21, collegato a sua volta alla bobina 16 del relà ̈ 15 o all’optoisolatore.

L’optoisolatore o il relà ̈ 15, ed in particolare il suo contatto 18, à ̈ collegato ad un elaboratore o ad un controllore programmabile (PLC) 25, che permette di gestire il segnale proveniente dal relà ̈.

In alternativa i mezzi di segnalazione 15 possono essere associati o in particolare collegati ad un relà ̈ di potenza esterno, atto a scollegare dalla rete il carico non più protetto.

Preferibilmente il disgiuntore termico 12 à ̈ collegato al componente limitatore della sovratensione 11 ed à ̈ atto a scollegarlo da una rete elettrica e ad alimentare, una volta scollegato il varistore 11, uno stadio di alimentazione comprendente un alimentatore per caduta capacitiva 20 collegato con un ponte raddrizzatore 21 per una segnalazione luminosa locale a LED e per il relà ̈ di segnalazione remota 15.

Preferibilmente il relà ̈ di segnalazione remota 15 à ̈ un relà ̈ di tipo noto con contatto comune 22, contatto normalmente chiuso 23 e contatto normalmente aperto 24, ed ha contatti dorati, collegati in parallelo, per garantire la gestione di carichi bassissimi come le correnti tipiche di un ingresso PLC; preferibilmente i contatti 18 del relà ̈ 15 sono contatti in scambio.

In una forma di realizzazione alternativa, il relà ̈ 15 può essere sostituito da un optoisolatore collegato al ponte raddrizzatore 21 e all’elaboratore o al controllore programmabile (PLC) 25.

In accordo ad una variante realizzativa il dispositivo 10 comprende un ulteriore componente limitatore della sovratensione 14, ad esempio uno spinterometro a gas (GDT) atto a garantire l'isolamento galvanico verso terra, collegato in serie al componente limitatore della sovratensione 11.

In accordo ad un’ulteriore variante realizzativa, il componente limitatore della sovratensione 11 singolo o in configurazione a Y con un GDT, può essere collegato in parallelo, opportunamente disaccoppiato da induttanze o resistenze, ad un altro varistore collegato ad un disgiuntore termico. In un’altra variante, il varistore, collegato con il disgiuntore termico, può essere preceduto da uno spinterometro a gas (GDT) collegato in parallelo opportunamente disaccoppiato in modo noto.

Il funzionamento del dispositivo di protezione contro le sovratensioni 10 fin qui descritto à ̈ il seguente.

Nel caso il dispositivo di protezione contro le sovratensioni 10 si trovi in condizioni di normale operatività, il componente limitatore 11 à ̈ mantenuto collegato alla rete elettrica ed il disgiuntore 12 non interviene.

Quando il dispositivo di protezione contro le sovratensioni 10 à ̈ a fine vita, in seguito all’invecchiamento del componente limitatore della sovratensione 11 o a causa di una sovratensione eccessiva, il disgiuntore 12 interviene, ed il contatto in scambio 13 scollega il componente limitatore della sovratensione 11 dalla rete elettrica e collega alla rete l’alimentatore per caduta capacitiva 20 e la bobina 16 del relà ̈ 15 o l’optoisolatore.

Preferibilmente il contatto in scambio 13 collega alla rete l’alimentatore per caduta capacitiva 20, il ponte raddrizzatore 21 ed il relà ̈ 15 o l’optoisolatore.

In questa situazione di fine vita, il dispositivo di protezione contro le sovratensioni 10 rimane connesso alla rete e all'alimentazione ed alimenta il carico, ma cessa la sua funzione di protezione.

Nell’invenzione in accordo alla forma preferita di realizzazione il componente limitatore della sovratensione à ̈ un varistore; quando il varistore 11 à ̈ a fine vita, la sua corrente di fuga assume un valore elevato, che causa un riscaldamento del varistore tale da far intervenire il disgiuntore 12, che scollega dalla rete elettrica il varistore 11.

In particolare il disgiuntore 12 interviene e sconnette il varistore 11 dalla rete se la corrente di fuga caratteristica del varistore assume un valore superiore a pochi mA.

Preferibilmente il disgiuntore 12 interviene e sconnette il varistore 11 dalla rete se la corrente di fuga caratteristica del varistore assume un valore superiore a 2 mA.

Oltre all’intervento di sconnessione dalla rete del varistore, il disgiuntore, posizionandosi sul suo contatto NO, porta tensione all’alimentatore a caduta capacitiva 20, che raddrizzando e stabilizzando in bassissima tensione, alimenta la bobina 16 del relà ̈ 15. Inoltre l'alimentatore à ̈ collegato per alimentare un diodo LED per la segnalazione locale del guasto. In particolare, nella forma preferita di realizzazione dell’invenzione, il contatto in scambio 13 collega alla rete elettrica uno stadio alimentatore, comprendente l’alimentatore per caduta capacitiva 20 ed il ponte raddrizzatore 21, che a sua volta alimenta in bassissima tensione la bobina 16 che fa chiudere il contatto 18. In questo modo il relà ̈ 15 può essere utilizzato per scollegare il carico non più protetto dalla rete elettrica, oppure può essere utilizzato per inviare una segnalazione all'elaboratore o al controllore programmabile (PLC) 25.

Vantaggiosamente il relà ̈ 15 del dispositivo di protezione contro le sovratensioni 10 se associato ad un relà ̈ esterno, può scollegare dalla rete il carico non più protetto, oppure à ̈ atto a segnalare il guasto del dispositivo 10; il segnale viene inviato ad un elaboratore o ad un controllore programmabile (PLC) 25, che utilizza il segnale per gestire in modo automatizzato l’assistenza del dispositivo di protezione contro le sovratensioni 10 giunto a fine vita, ad esempio attivando un intervento di sostituzione o riparazione del dispositivo stesso.

L’invenzione in accordo alla forma preferita di realizzazione permette di risolvere il problema dell’utilizzazione del segnale dello stato di fuori servizio del dispositivo di protezione contro le sovratensioni (SPD) in elaboratori o controllori (PLC), che permettono di gestire automaticamente l’intervento.

Claims (13)

1. Rivendicazioni 1. Dispositivo di protezione contro le sovratensioni (10) comprendente: - un componente limitatore della sovratensione (11), collegabile ad un impianto elettrico; - un disgiuntore (12), comprendente un contatto in scambio (13), detto disgiuntore (12) essendo collegato a detto componente limitatore della sovratensione (11) ed atto a scollegare detto componente limitatore della sovratensione (11) da una rete elettrica; caratterizzato dal fatto che detto dispositivo (10) comprende inoltre un alimentatore (20) collegato a detto contatto in scambio (13) e mezzi di segnalazione (15) collegati a detto alimentatore (20), detto contatto in scambio (13) essendo attivato dal disgiuntore (12) quando detto disgiuntore (12) scollega detto componente limitatore della sovratensione (11) dalla rete elettrica.
2. 2. Dispositivo di protezione contro le sovratensioni (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di segnalazione (15) sono costituiti da un relà ̈ di segnalazione.
3. 3. Dispositivo di protezione contro le sovratensioni (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di segnalazione (15) sono costituiti da un optoisolatore.
4. 4. Dispositivo di protezione contro le sovratensioni (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di protezione (10) comprende un ponte raddrizzatore (21) collegato a detto alimentatore (20).
5. 5. Dispositivo di protezione contro le sovratensioni (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di protezione (10) comprende un ulteriore componente limitatore della sovratensione (14) collegato a detto componente limitatore della sovratensione (11).
6. 6. Dispositivo di protezione contro le sovratensioni (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto componente limitatore della sovratensione (11) Ã ̈ un varistore.
7. 7. Dispositivo di protezione contro le sovratensioni (10) secondo la rivendicazione 5 o 6, caratterizzato dal fatto che detto ulteriore componente limitatore della sovratensione (14) Ã ̈ uno spinterometro a gas.
8. 8. Dispositivo di protezione contro le sovratensioni (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto disgiuntore (12) à ̈ un disgiuntore termico e dal fatto che detto alimentatore à ̈ un alimentatore per caduta capacitiva (20).
9. 9. Dispositivo di protezione contro le sovratensioni (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di segnalazione (15) sono collegati ad un elaboratore o controllore (25).
10. 10. Dispositivo di protezione contro le sovratensioni (10) secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di segnalazione (15) sono associati ad un relà ̈ di potenza esterno, per scollegare dalla rete il carico.
11. 11. Dispositivo di protezione contro le sovratensioni (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto relà ̈ di segnalazione (15) comprende una bobina (16) collegata a detto contatto in scambio (13).
12. 12. Dispositivo di protezione contro le sovratensioni (10) secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che detto relà ̈ di segnalazione (15) comprende un contatto (18) comandato da detta bobina (16).
13. 13. Dispositivo di protezione contro le sovratensioni (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l'alimentatore (20) Ã ̈ collegato ad un diodo LED per la segnalazione del guasto.