ITTV20070103A1 - Circuito di protezione per i pericoli di folgorazione - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione industriale

dal titolo: “Circuito di protezione per i pericoli di folgorazione"

L'invenzione si riferisce ad un circuito di protezione per i pericoli di folgorazione.

Sono noti numerosi dispositivi di protezione elettrica associati a conduttori di alimentazione (di solito la fase P e il neutro N della rete pubblica) che ne interrompono il collegamento elettrico qualora una persona accidentalmente venga a contatto col conduttore a tensione pericolosa, v. ad esempio WO 2005/101605. Poiché il corpo umano può venir attraversato da una corrente che dalla fase o dal neutro si richiude verso terra, i dispositivi di protezione sono dotati di un misuratore di corrente differenziale che scollega la fase e il neutro dalla rete pubblica quando la corrente differenziale supera una certa soglia. Maggiori dettagli sono comunque dati in WO 2005/101605, qui bastando ricordare il concetto generale.

Questi dispositivi possono intervenire solo se le correnti che passano nei due conduttori P e N risultano diverse, cosa che avviene, ad esempio, se si forma un percorso alternativo per la corrente fra il conduttore P e la terra.

Per i dispositivi elettrici in classe 2 (D.E.C.2), per esempio, la legge italiana vieta il collegamento di terra. Dato che i D.E.C.2 non possono avere parti metalliche a rischio di contatto con l'utente che siano separate dalla rete elettrica con un semplice isolamento, le normative li ritengono sicuri. Ma se cadono in un contenitore d'acqua isolato da terra, non possono far scattare un interruttore differenziale di protezione, perché manca proprio la corrente di dispersione che si richiude attraverso la terra. Le correnti attraverso un trasformatore differenziale di misura risulterebbero in questo caso bilanciate con segnale di uscita nullo.

La protezione differenziale potrebbe attivarsi solo se l'utente mettesse le mani nell'acqua per recuperare il D.E.C.2, formando con il suo corpo la via di dispersione per la corrente. Ma così per tutto il tempo di intervento dell'interruttore differenziale l'utente subisce una scarica elettrica limitata solo dall'impedenza del suo corpo e dalla resistenza di contatto con la terra.

Questa condizione si verifica abbastanza spesso, dato l'uso di tubazioni in materiale plastico che rende frequentissimo l'isolamento da terra di lavelli, lavabi e vasche da bagno.

Anche gli interruttori differenziali mobili non risolvono questo problema, per lo stesso motivo: fino a che l'utente non la generi mettendo le mani in acqua (gesto istintivo e quindi molto probabile) manca la corrente di fuga verso terra necessaria a far scattare l'interruttore differenziale.

In un utensile che contenga un motore la condizione normale è che vi sia un isolamento funzionale fra le parti in tensione e la carcassa del motore, e anche un ulteriore isolamento fra la carcassa del motore e l'esterno, realizzando così un doppio isolamento. Un cedimento successivo dell'isolamento funzionale, con conseguente messa in tensione della carcassa del motore, elimina uno dei gradi di isolamento senza che vi sia però nessuna indicazione esterna e senza che i circuiti di protezione possano intervenire.

Una soluzione potrebbe essere dotare l'utensile di una connessione di terra, ma questo non è possibile per i D.E.C.2. E non sempre la terra, anche se obbligatoria per legge, è presente neirimpianto.

Scopo dell'invenzione è realizzare una protezione che ovvi a questi problemi.

Tale scopo è ottenuto con un circuito di protezione applicabile ad un rivelatore della corrente differenziale che scorre in conduttori di alimentazione connessi ad un carico avente una parte interna conduttrice elettricamente soggetta ad accidentale contatto elettrico con i conduttori di alimentazione, caratterizzato dal fatto di comprendere un nodo ausiliario a tensione diversa da quella dei conduttori di alimentazione cui detta parte interna è collegata tramite un conduttore ausiliario disposto per indurre nel rivelatore un segnale di corrente differenziale in seguito all'accidentale contatto elettrico con i conduttori di alimentazione.

Preferibilmente, il nodo ausiliario è il morsetto di un circuito generatore di tensione.

Preferibilmente, il circuito generatore di tensione ha un morsetto connesso ad uno dei conduttori di alimentazione in modo da riferire la tensione del nodo ausiliario a questo conduttore.

Come forma realizzativa molto semplice ed efficace il circuito generatore di tensione può comprendere un partitore di tensione della tensione ai capi dei conduttori di alimentazione e il nodo ausiliario corrisponde all'uscita del partitore.

I vantaggi dell'invenzione saranno meglio chianti dalla seguente descrizione di una preferita forma di esecuzione, illustrata nel disegno allegato dove:

fig. 1 mostra una protezione elettrica secondo l'invenzione;

fig. 2 mostra una variante della protezione elettrica.

In fig. 1 è mostrato lo schema funzionale di un dispositivo di protezione elettrica 10 secondo l'invenzione (rappresentato in un riquadro) che viene alimentato dal conduttore di fase P e quello di neutro N della rete pubblica e a sua volta alimenta un carico 20, ad esempio un D.E.C.2, avente una parte interna metallica 22 non accessibile all'esterno (ad esempio la carcassa di un motore o una gabbia di protezione).

Sui conduttori P e N è interposto un noto interruttore automatico di sicurezza 34 per isolare o connettere il carico 20 alla linea P, N. L'interruttore 34 è pilotato da un noto circuito di comando CC collegato ad un sensore di corrente differenziale 12, preferibilmente un trasformatore differenziale.

Secondo l'invenzione si aggiunge ai componenti sopra descritti un circuito di protezione addizionale composto da:

- un partitore di tensione resistivo R1 , R2 collegato all'uscita del trasformatore differenziale 12 e in derivazione tra le linee P e N; e

- un conduttore o cavetto W che collega il centro (o anche uscita) del partitore R1 , R2 alla parte metallica 22.

II cavetto W fa una o più spire 16 sul nucleo del trasformatore differenziale 12 per permettere a quest'ultimo di rilevare una corrente che passi attraverso il cavetto W. Se il carico 20 cade in acqua o si verifica un cedimento dell'isolamento funzionale si crea un passaggio di corrente fra la parte metallica 22 collegata al cavo W e le altre parti messe in tensione dalle linee P, N. Questa corrente scorre nel cavetto W e viene rilevata dal trasformatore differenziale 12 e dal circuito CC, che può quindi azionare l'interruttore 34 senza necessità di una corrente di fuga verso terra, ossia prima che l'utente possa correre rischi. Il circuito CC può anche o solamente avvisare con emissione luminosa o sonora.

Come si vede il circuito aumenta il livello di protezione degli interruttori differenziali in caso di mancanza di circuito di terra, e raggiunge lo scopo prefissato.

Il sensore 12 può anche essere un noto interruttore differenziale mobile sulla spina di alimentazione del carico 20 o un noto interruttore differenziale fisso (ad es. a muro). In questo caso l'interruttore 34, il circuito CC e il trasformatore 12 sono già inclusi nell'interruttore differenziale noto, e basta aggiungervi il circuito di protezione addizionale descritto. E' evidente come l'invenzione permetta quindi di dotare facilmente, e senza sconvolgerne l'architettura circuitale, un noto dispositivo di protezione con un'ulteriore sistema di protezione.

Il partitore di tensione può essere realizzato con due condensatori per ridurre la dissipazione, e il trasformatore differenziale 12 si può disporre prima o dopo l'interruttore 34 senza alterare la funzionalità del sistema.

Il cavo aggiunto W è preferibilmente accoppiato al trasformatore differenziale 12 con più spire 16, per aumentare la sensibilità del sistema e ridurre la dissipazione delle resistenze R1 , R2 o i valori delle capacità.

Il partitore in derivazione tra P e N è un modo semplice per creare un generatore virtuale di tensione avente un nodo con tensione diversa da quella di P e N da collegare al cavetto W. In tal modo si può indurre una corrente nel cavetto W.

Il partitore si può sostituire con un qualsiasi circuito o elemento che generi un nodo a tensione simile. Tale tensione deve essere alternata per indurre una corrente di uscita sul trasformatore differenziale senza saturarlo, ma è possibile accettarne la saturazione temporanea anche con una tensione continua.

Ad esempio si può usare un generatore di tensione alternata Vg (dato dalla modulazione di una batteria) con un morsetto collegato a P o N e l'altro al cavetto W. Si veda fig. 2, che riporta questa variante, i riferimenti ivi indicati valendo per componenti uguali a quelli già descritti.

Se il generatore Vg è posto a monte del trasformatore 12, non è più necessario ottenere spire 16 sul trasformatore 12, giacché si induce una corrente differenziale direttamente su P e N tramite il cavetto W, che in sostanza deriva della corrente da un avvolgimento del trasformatore 12.

Si noti che se i conduttori di alimentazione sono in tensione continua, l'invenzione è ugualmente applicabile, bastando sostituire (per maggior efficacia) il trasformatore 12 con un rilevatore di corrente differenziale in continua, o combinando circuitalmente dei rilevatori di corrente non differenziale, ad esempio usando trasduttori LEM.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Circuito (10) di protezione applicabile ad un rivelatore (12) della corrente differenziale che scorre in conduttori di alimentazione (P, N) connessi ad un carico (20) avente una parte interna (22) conduttrice elettricamente soggetta ad accidentale contatto elettrico con i conduttori di alimentazione, caratterizzato dal fatto di comprendere un nodo ausiliario a tensione diversa da quella dei conduttori di alimentazione cui detta parte interna è collegata tramite un conduttore ausiliario (W) disposto per indurre nel rivelatore un segnale di corrente differenziale in seguito all'accidentale contatto elettrico con i conduttori di alimentazione.
2. 2. Circuito secondo la rivendicazione 1 , in cui detto nodo ausiliario è il morsetto di un circuito generatore di tensione (R1 , R2).
3. 3. Circuito secondo la rivendicazione 2, in cui il circuito generatore di tensione ha un morsetto connesso ad uno dei conduttori di alimentazione in modo da riferire la tensione del nodo ausiliario a questo conduttore.
4. 4. Circuito secondo la rivendicazione 3, in cui il circuito generatore di tensione comprende un partitore di tensione (R1 , R2)della tensione ai capi dei conduttori di alimentazione e il nodo ausiliario corrisponde all'uscita del partitore.
5. 5. Circuito secondo la rivendicazione 4, in cui il partitore di tensione è un partitore resistivo o capacitivo.
6. 6. Circuito secondo la rivendicazione 3, in cui il circuito generatore di tensione è un generatore di tensione alternata ottenuta dalla modulazione di una batteria.
7. 7. Circuito secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 6, in cui il circuito generatore (R1 , R2; Vg) è posto a valle del rivelatore di corrente differenziale.
8. 8. Circuito secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui il rivelatore di corrente differenziale comprende un trasformatore differenziale (12), sul quale il conduttore ausiliario si avvolge con almeno una spira (16).
9. 9. Circuito di protezione comprendente - un rivelatore (12) di corrente differenziale che scorre in conduttori (P, N) di alimentazione connessi ad un carico (20) avente una parte interna (22) conduttrice soggetta ad accidentale contatto elettrico con i conduttori di alimentazione; - un circuito di controllo (CC) del rivelatore di corrente differenziale che pilota un interruttore (34) per scollegare il carico dai conduttori di alimentazione, caratterizzato dal fatto di comprendere un ulteriore circuito di protezione (R1 , R2) atto a realizzare un nodo ausiliario a tensione diversa da quella dei conduttori di alimentazione cui detta parte interna è collegata tramite un conduttore ausiliario disposto per indurre nel rivelatore un segnale di corrente differenziale in seguito all'accidentale contatto elettrico con i conduttori di alimentazione.
10. 10. Circuito secondo la rivendicazione 9, in cui detto ulteriore circuito di protezione è realizzato secondo le rivendicazioni da 1 a 8.