IT8922830A1 - Dispositivo elettronico di sicurezza per collegamenti a prese di terra - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del Brevetto per Invenzione Industriale dal titolo: "Dispositivo elettronico di sicurezza per collegamenti a prese di terra"

RIASSUNTO

Un dispositivo di sicurezza (10) comprende mezzi interruttori (23, 24) di sconnessione automatica di un apparecchio elettrico (11) dalla linea (12, 13) di alimentazione di esso. Un generatore (19) di segnale elettrico ed un rivelatore (21) di tale segnale elettrico sono connessi in serie con interposizione di trasformatori di accoppiamento (17 e 18). La serie ? connessa, con condensatori (15, 16), fra i conduttori (12, 13) della linea di alimentazione e la presa di terra (14) dell'apparecchio (11), cos? che il percorso del segnale fra generatore (19) e rilevatore (21) ? sostanzialmente chiuso attraverso l'impedenza elettrica presente fra presa di terra (14) e riferimento di terra (26) della sorgente di alimentazione (25).

Quando il segnale in ingresso al rilevatore ? di ampiezza minore d? un valore predefinito, il rilevatore di segnale (21) comanda i mezzi interruttori (23, 24) per disconnettere l'apparecchio (11) dalla linea di alimentazione (12, 13).

Una delle principali forme di salvaguardia della incolumit? di utilizzatori di apparecchiature elettriche alimentate da una rete elettrica di distribuzione ? quella di connettere le parti metalliche di tali apparecchiature ad una presa di terra. Tale soluzione ? efficace solo se la presa di terra ? correttamente realizzata in modo da assicurare la fuga a terra di eventuali correnti disperse sulle strutture metalliche dell'apparecchio protetto. Si presenta quindi il problema della perdita di sicurezza nel caso che, per qualsiasi motivo, il collegamento di terra divenga in qualche misura innefficiente o addirittura venga a mancare, ad esempio per l'interruzione del conduttore di collegamento. La pericolosit? di tale situazione ? insita anche nel fatto che l'interruzione o l 'inneficacia ?, in tecnica nota, non rilevabile se non con un controllo diretto effettuato dal tecnico, controllo che solitamente viene fatto molto saltuariamento o anche non eseguito affatto. Un apparecchio con collegamento di terra deficitario o mancante pu? restare quindi in us? per lunghi periodi di tempo con il rischio che il cedimento di un isolamento fra struttura metallica raggiungibile dall 'utilizzatore e collegamenti elettrici interni possa provocare fulminazioni.

Scopo generale della presente invenzione ? ovviare agli inconvenienti sopra menzionati fornendo un dispositivo che sorvegli l'efficienza del collegamento di terra per un apparecchio elettrico e disattivi la alimentazione ad esso nel caso di non perfetto collegamento.

In vista di tale scopo si ? pensato di realizzare, secondo l'invenzione, un dispositivo elettronico di sicurezza comprendente mezzi interruttori di sconnessione automatica di un apparecchio elettrico dalla linea di alimentazione di esso, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi sensori di rilevazione del valore di impedenza elettrica fra la presa di terra dell'apparecchio ed un riferimento di terra considerato sostanzialmente ideale, detti mezzi sensori confrontando il rilevato valore di impedenza con un valore di impedenza prefissato e generando un segnale di comando di attivazione di detti mezzi interruttori se il valore di impedenza rilevato ? superiore a detto valore di impedenza prefissato.

Per rendere pi? chiara la spiegazione dei principi innovativi della presente invenzione ed i suoi vantaggi rispetto alla tecnica nota si descriver? di seguito, con l'aiuto dei disegni allegati, una possibile realizzazione esemplificativa applicante tali principi. Nei disegni:

-figura 1 rappresenta uno schema a blocchi di un dispositivo di sicurezza, secondo l'invenzione, sorvegliante l'efficienza del collegamento di terra di una apparecchiatura elettrica;

-figura 2 rappresenta un possibile circuito realizzante il dispositivo di figura 1.

Con riferimento alle figure, come si vede in figura 1, un dispositivo di sicurezza 10 del collegamento di terra 14 (ad esempio il collegamento di terra di un edificio) di una apparecchiatura elettrica qualsivoglia 11 comprende un attuatore elettromeccanico 23 per comandare l'apertura di contatti 24 scolleganti 1'apparecchiatrura 11 da conduttori di alimentazione 12 e 13 costituenti una linea elettrica in arrivo da una sorgente di alimentazione 25 (ad esempio una cabina di trasformazione della rete elettrica) la quale ha un collegamento di terra 26 sicuramente efficiente.

Secondo i principi innovativi della presente invenzione, il dispositivo 10 comprende un generatore di segnale 19 disposto in serie ad un rivelatore di segnale 21, con interposizione di rispettivi trasformatori di separazione 17 e 18.

La serie cos? ottenuta ? connessa da un lato, attraverso condensatori di disaccoppiamento 15 e 16, alla linea 12, 13 e dall'altro alla presa di terra da sorvegliare 14. I condensatori 15 e 16 hanno valore tale da potere essere considerati dei circuiti sostanzialmente aperti per la frequenza della tensione della linea, ed essere considerati dei circuiti sostanzialmente chiusi per la frequenza del segnale prodotto dal generatore 19.

Il rilevatore 21 ? accordato per essere attivato solo dal segnale prodotto dal corrispondente generatore 19 e comandare di conseguenza l'attuatore 23.

Ad esempio, il rilevatore 21 pu? essere del noto tipo ad aggancio di fase (PLL) per ottenere una ottima precisione di accordo al segnale del generatore 21.

Il rilevatore 21 ? regolato per chiudere attraverso l'attuatore 23 i contatti 24 solo se il segnale prelevato dal trasformatore 18 ? della frequenza del generatore 19 e con una ampiezza superiore ad una soglia prefissata.

Il funzionamento del dispositivo descritto ? il seguente.

Se il collegamento di terra 14 risulta efficiente esso ? sicuramente considerabile connesso elettricamente, attraverso un collegamento a bassa impedenza, alla presa di terra 26, supposta per definizione presa di ;terra ideale. Tale presa di terta ideale ? anche riferimento per le linee elettriche 12, 13 per la natura stessa della definizione di presa di terra ideale (in particolare se il dispositivo 25 ? una sottostazione di trasformazione e distribuzione di energia elettrica tale riferimento ? generalmente ottenuto dal collegamento del cavo di neutro a centrostella).

Quindi il circuito serie dei due trasformatori risulta chiuso attraverso il collegamento di terra compreso fra la presa di terra 26 e la presa di terra 14 e il segnale prodotto dal generatore 19 pu? giungere al rilevatore 21 con una ampiezza sufficiente a fare s? che quest'ultimo lo rilevi e mantenga chiusi i contatti 24 alimentando l'apparecchio 11.

Essendo il segnale elettrico, prodotto dal generatore 19, iniettato contemporaneamente su entrambi i conduttori 12 e 13, attraverso i due condensatori 15, 16 di uguale valore, si ottiene come risultato che tale segnale produce nell'apparecchio 11 ed in tutte le altre eventuali apparecchiature connesse sulla linea elettrica, una corrente sostanzialmente nulla. In tale modo, il funzionamento di apparecchiature alimentate dalle linee 12, 13 non viene minimamente influenzato dalla presenza del segnale emesso dal generatore 19.

Se il collegamento di terra 14 diventa deficitario cio? se l'impedenza fra i punti 26 e 14 aumenta sopra un valore prefissato che viene considerato come non pi? soddisfacente ad una efficacie protezione di terra, il segnale rilevato dal rilevatore 21 decresce come ampiezza ad un valore inferiore alla detta soglia precedentemente impostata nel rilevatore che quindi disattiva l'attuatore 23 aprendo i contatti 24 e togliendo cos? alimentazione all'apparecchio 11.

E' cos? garantita la sicurezza essendo l'apparecchio sorvegliato alimentato solo se la corrispondente presa di terra ? efficiente con riferimento ad una terra sostanzialmente ideale.

Vantaggiosamente , ? preferibile che il rilevatore 21 compia una discriminazione fra le componenti in fase ed in quadratura del segnale prodotto dal generatore 19 e circolante nell'impianto, cos? che la componente del segnale sfasata dall'attraversamento di capacit? elettriche verso terra venga esclusa dalla rilevazione. In tale modo si evita che delle richiusure delle linee di alimentazione verso terra causate da perdite capacitive di impianto, ad esempio dovute a filtri di rete di tecnica nota presenti in apparecchiature connesse alla stessa linea di alimentazione del dispositivo 10, producano un errore nel funzionamento del dispositivo facendogli chiudere i contatti 24 anche in mancanza di un effettivo buon collegamento di terra .

Per rendere ulteriormente di facile comprensione i principi innovativi della presente invenzione si descriver? di seguito rapidamente, con l'aiuto della figura 2 dove gli elementi con uguale funzione rispetto a quelli di figura 1 sono indicati con la stessa numerazione di figura 1, un circuito elettrico realizzato secondo lo schema a blocchi di figura 1.

Come si vede in figura 2, il dispositivo 10 comprende un circito 19 composto da un circuito integrato 22 ed un insieme di componenti passivi per la realizzazione di un generatore di segnale, ad esempio una onda quadra a lOKHz.

Il circuito 21 ? a sua volta composto da un circuito integrato 29 con suoi componenti passivi di contorno realizza un circuito rilevatore a PLL la cui uscita ? connessa ad uno stadio amplificatore comprendente un transistor 20 per azionare l'attuatore 23 realizzato sotto forma di un rel? 23 con contatti 24.

Il circuito 21 comprende una parte di ingresso 30 realizzata con due diodi posti in controfase per eliminare possibili impulsi di sovratensione spurii sulle linee 12 e 13 che potrebbero danneggiare l'integrato 29. Inoltre, il circuito PLL comprende un controllo regolabile 31 per sintonizzarlo sulla frequenza prodotta dal generatore 19 cos? da essere insensibile ad interferenze presenti sulla linea 12, 13.

Il circuito elettronico del dispositivo 10 ? alimentato dalla linea 12, 13 attraverso un trasformatore di tensione 27, e uno stadio convertitore 28 da corrente alternata a corrente continua stabilizzata.

Il funzionamento sostanzialmente uguale a come descritto in riferimento a figura 1, prevede che quando il segnale rilevato dal circuito 21 ? di livello sufficiente all'aggancio del PLL il transistore 20 ? in conduzione eccitando il rel? 23 che quindi alimenta l'apparecchio 11.

Quando il segnale rilevato dal circuito 21 scende sotto la soglia di aggancio del PLL il transistor 20 viene interdetto dal circuito integrato 29 ed il rel? si diseccita scollegando l'apparecchio 11. Naturalmente, la descrizione sopra fatta di una realizzazione applicante i principi innovativi della presente invenzione ? riportata a titolo esemplificativo di tali principi innovativi e non deve perci? essere presa a limitazione dell'ambito di privativa qui rivendicato.

Ad esempio, l'attuatore 23 pu? essere un dispositivo di sgancio a riarmo manuale dei contatti 24 sul tipo di quelli impiegati negli interruttori differenziali di sicurezza.

L'accoppiamento alla linea elettrica del generatore di segnali e del rilevatore associato pu? essere realizzato anche con metodi diversi dall'accoppiamento induttivo a trasformatore come facilmente immaginabile dal tecnico.

E' naturalmente possibili prevedere anche un aggiuntivo circuito di rilevazione differenziale di tecnica nota per sconnettere la alimentazione all'apparecchio 11 qualora si verifichi un cedimento di isolamento fra alimentazione e terra. Un tale circuito differenziale pu? essere un componente separato oppure intervenire sullo sgancio dello stesso attuatore 23 del dispositivo della presente invenzione.

Inoltre, ? pensabile l'aggiunta di un dispositivo di segnalazione acustica e/o luminosa connesso all'uscita del rilevatore per segnalare la mancanza del corretto collegamento di terra e la avvenuta sconnessione dell'apparecchio alimentato.

Il dispositivo di sicurezza secondo l'invenzione, pur essendo adatto a qualsiasi apparecchio alimentato da rete e necessitante di un collegamento di terra, ? particolarmente utile nel caso di apparecchiature nelle quali la mancanza di terra produce rischi assolutamente inaccettabili per 1 'utilizzatore come ad esempio idromassaggi, saune, docce a controllo elettrico ed elettronico, ecc. Naturalmente, sebbene sia stato descritto un dispositivo connesso ad una linea di alimentazione monofase, ? possibile realizzare un circuito di sicurezza secondo l'invenzione proteggente apparecchi alimentati da un numero qualsiasi di fasi, come ad esempio trifase, connettendo condensatori uguali ai condensatori 15 e 16 fra la serie del generatore e del rivelatore ed ogni conduttore della linea di alimentazione, come facilmente comprensibile dal tecnico.

Claims (8)

RIVENDICAZIONI

1. Dispositivo elettronico di sicurezza comprendente mezzi interruttori di sconnessione automatica di un apparecchio elettrico dalla linea di alimentazione di esso, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi sensori di rilevazione del valore di impedenza elettrica fra la presa di terra dell'apparecchio ed un riferimento di terra considerato sostanzialmente ideale, detti mezzi sensori confrontando il rilevato valore di impedenza con un valore di impedenza prefissato e generando un segnale di comando di attivazione di detti mezzi interruttori se il valore di impedenza rilevato ? superiore a detto valore di impedenza prefissato.

2. Dispositivo secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi sensori comprendono, disposti in serie, un generatore di segnale elettrico ed un rivelatore di tale segnale elettrico, la loro serie essendo connessa fra almeno uno dei conduttori della linea di alimentazione e la presa di terra dell'apparecchio cos? che il percorso del segnale fra generatore e rilevatore ? sostanzialmente chiuso attraverso l'impedenza elettrica presente fra presa di terra e riferimento di terra, il rilevatore di segnale avendo una uscita di generazione di detto segnale di comando dei mezzi interruttori, nel senso di disconnettere l'apparecchio dalla linea di alimentazione quando il segnale in ingresso al rilevatore ? di ampiezza minore di un valore predefinito indicante che fra presa di terra dell'apparecchio e riferimento di terra ? presente un valore di impedenza elettrica superiore a detto valore di impedenza prefissato.

3. Dispositivo di sicurezza secondo rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che generatore di segnale e rilevatore sono connessi nella detta serie con interposizione di rispettivi trasformatori di disaccoppiamento.

4. Dispositivo di sicurezza secondo rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che la connessione di detta serie ai conduttori della linea ? realizzata con interposizione di un condensatore di disaccoppiamento per ogni conduttore della linea.

5. Dispositivo di sicurezza secondo rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il rilevatore ? del tipo ad aggancio di fase (PLL), sintonizzato sulla frequenza del segnale emesso dal generatore.

6. Dispositivo di sicurezza secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i mezzi interruttori comprendono un rel?.

7. Dispositivo di sicurezza secondo rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi interruttori comprendono un dispositivo di interruzione a riarmo manuale.

8. Dispositivo di sicurezza secondo rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto rivelatore comprende mezzi di filtraggio ed esclusione dalla rilevazione di componenti di segnale prodotto dal generatore di segnale elettrico sfasate per attraversamento di connessioni capacitive fra i conduttori della linea e la presa di terra.