IT202000016699A1 - Apparecchiatura e metodo di prevenzione e smorzamento di picchi di tensione e corrente di origine esterna ed interna per elettrodotti a media, alta, e altissima tensione - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo:

?Apparecchiatura e metodo di prevenzione e smorzamento di picchi di tensione e corrente di origine esterna ed interna per elettrodotti a media, alta, e altissima tensione ?

CAMPO TECNICO

La presente invenzione ha per oggetto una apparecchiatura ed un metodo di prevenzione e smorzamento di picchi di tensione e corrente di origine esterna e interna per elettrodotti (linee elettriche di trasporto energetico) a media, alta, e altissima tensione basata sulla rilevazione e trasformazione dell?energia elettromagnetica all?origine delle sovratensioni e sovracorrenti. Con l?espressione ?esterna e interna? si intende qualsiasi sollecitazione elettromagnetica quali urti, vibrazioni elettriche (di cariche elettriche), impulsi a fronte ripido di origine atmosferica e terrestre e alternati a frequenze superiori della fondamentale (per effetto di manovre e risonanze in linea: armoniche).

In particolare, l?apparecchiatura viene collegata in derivazione alle linee elettriche a media tensione, alta tensione e altissima tensione sia in corrente alternata (monofase o polifase) che in corrente continua.

Ancora pi? in dettaglio, l?apparecchiatura viene usata per gli elettrodotti in corrente alternata monofase (ad esempio quelli ferroviari dell?Alta Velocit? che utilizzano tensioni tra i 25-35 kV 50 Hz) o monofasi a frequenze ferroviarie 16,7 Hz o industriali 25,45,50,60 Hz, a seconda delle linee di distribuzione (per gestori stranieri) e per gli elettrodotti in corrente continua (quali quelli ferroviari da 3,6 kV a 3 kV) mediante collegamento, da un lato, a conduttore dell?elettrodotto e, dall?altro lato, a impianto (101) di messa di terra, come descritto in seguito.

TECNICA NOTA

Come ? noto gli elettrodotti (linee elettriche) sono generalmente strutture altamente a rischio per la loro intrinseca capacit? di attirare le fulminazioni e la loro grande estensione lineare sul territorio.

Attualmente, i sistemi di protezione fino ad oggi impiegati si limitano a deviare a terra l'energia delle sovratensioni di origine atmosferica, con tutti i noti effetti dannosi e distruttivi da ci? derivanti.

In particolare, tali sistemi noti di protezione prevedono di deviare verso un sistema di messa a terra le eventuali sovratensioni andando a danneggiare l?ambiente.

Oltre a ci?, va notato che i sistemi attualmente noti intervengono solamente sulla ?coda? di un impulso di tensione e corrente, quindi a impulso gi? formato, senza prevenire tale situazione di pericolo.

SCOPI DELLA PRESENTE INVENZIONE

In questa situazione lo scopo della presente invenzione ? di realizzare una apparecchiatura ed un metodo di prevenzione e smorzamento di picchi di tensione e corrente di origine esterna e interna per elettrodotti (linee elettriche) a media, alta, e altissima tensione che rimedi agli inconvenienti citati.

? in particolare scopo della presente invenzione realizzare una apparecchiatura ed un metodo di prevenzione e smorzamento che consenta di prevenire la formazione di tali picchi di tensione e corrente. Gli scopi indicati sono sostanzialmente raggiunti da una apparecchiatura ed un metodo di prevenzione e smorzamento di picchi di tensione e corrente secondo quanto descritto nelle unite rivendicazioni.

BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE

Ulteriori caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente dalla descrizione dettagliata di alcune forme di esecuzione preferite, ma non esclusive, di una apparecchiatura ed un metodo di prevenzione e smorzamento di picchi di tensione e corrente illustrate negli uniti disegni, in cui:

- la figura 1 illustra, in vista schematica dall?alto, una apparecchiatura secondo la presente invenzione comprendente tre unit? funzionali;

- la figura 2a illustra, in vista schematica frontale con dispositivi sintonizzatori in sezione, l?apparecchiatura di figura 1 dal lato dei dispostivi sintonizzatori;

- la figura 2b illustra, in vista schematica laterale, l?apparecchiatura di figura 1 dal lato del dispositivo flitro-blocco di terra Antimpatto? SCt ; - la figura 3a illustra, in vista schematica frontale con dispositivi smorzatori in sezione, l?apparecchiatura di figura 1 dal lato dei dispositivi smorzatori ed armonizzatori;

- la figura 3b illustra, in vista prospettica laterale, l?apparecchiatura di figura 1 in cui si vedono i dispositivi sintonizzatori e i dispositivi armonizzatori;

- la figura 3c illustra, in vista prospettica laterale, l?apparecchiatura di figura 1 in cui si vedono i dispositivi sintonizzatori e i dispositivi smorzatori;

- le figure 4, 5a, 5b, 6a, 6b, 6c illustrano, in rispettive viste schematiche corrispondenti a quelle delle figure 1, 2a, 2b, 3a, 3b, 3c, l?apparecchiatura secondo la presente invenzione comprendente sei unit? funzionali;

- la figura 7 mostra, in vista schematica laterale, un dettaglio dell?apparecchiatura secondo la presente invenzione relativo al dispositivo armonizzatore;

- la figura 8 mostra, in vista assonometrica con dispositivi sintonizzatori e dispositivi smorzatori in sezione, l?apparecchiatura secondo la presente invenzione con tre unit? funzionali;

- la figura 9 mostra, in vista assonometrica, un contenitore dell?apparecchiatura secondo la presente invenzione;

- le figure 10a, 10b, 10c mostrano, in vista dal basso, diverse forme realizzative di un pannello di base della struttura di supporto dell?apparecchiatura secondo la presente invenzione;

- la figura 11 mostra, in vista assonometrica laterale, il contenitore di figura 9 in corrispondenza del lato corto;

- le figure 12a, 12b, 12c, 12d illustrano, in vista schematica frontale con dispositivi sintonizzatori e dispositivi smorzatori in sezione, alcuni esempi di configurazioni di sintonizzatori e smorzatori per un primo livello di sicurezza;

- la figura 13 mostra, in vista schematica frontale con dispositivi sintonizzatori e dispositivi smorzatori in sezione, un esempio di configurazione di sintonizzatori e smorzatori per un secondo livello di sicurezza;

- le figure 14a e 14b mostrano, in vista schematica frontale con dispositivi sintonizzatori e dispositivi smorzatori in sezione, un primo esempio di configurazioni per connessioni in corrente alternata a 30kV rispettivamente monofase e trifase; e

- le figure 15a, 15b, 15c, mostrano in rispettive viste dall?alto e laterali con dispositivi sintonizzatori e dispositivi smorzatori in sezione, un secondo esempio di configurazione per connessione in corrente alternata a 30kV trifase.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DI UNA O PIU? FORME REALIZZATIVE PREFERITE DELLA PRESENTE INVENZIONE

Con riferimento alle figure citate ? stato globalmente indicato con il numero di riferimento 1 una apparecchiatura di prevenzione e smorzamento di picchi di tensione e corrente secondo la presente invenzione.

Come gi? esposto, l?apparecchiatura 1, che comprende una o pi? unit? funzionali 2, si interpone, da un lato, al/ai conduttore/i di fase dell?elettrodotto in corrente alternata, al conduttore dell?elettrodotto in corrente continua (a seconda del tipo e delle caratteristiche dell?elettrodotto) e, dall?altro, all?impianto 101 di messa a terra nel seguito meglio specificato.

In seguito verranno descritte le diverse forme realizzative di collegamento e di numero di quantit? funzionali connesse tra loro.

Prima di tutto va definito che ciascuna unit? funzionale 2 comprende i seguenti elementi collegati in serie:

- un dispositivo sintonizzatore 3;

- un dispositivo smorzatore 4;

- un dispositivo armonizzatore 5 interposto tra il dispositivo sintonizzatore 3 ed il dispositivo smorzatore 4.

Il dispositivo sintonizzatore 3 comprende una coppia di elettrodi 3a, 3b di cui uno di ingresso 3a collegato a una fase di detto elettrodotto per ricevere un segnale elettrico (di tensione), ed uno di uscita 3b. In pratica, il dispositivo sintonizzatore 3 ? configurato per realizzare un passaggio di segnale elettrico tra i due elettrodi 3a, 3b solamente quando quest?ultimo presenta una frequenza superiore a una soglia predefinita (frequenza di sintonizzazione).

In particolare, il dispositivo sintonizzatore 3 presenta un volume interno 6 interposto tra i due elettrodi 3a, 3b in cui ? presente un mezzo comprendente una sospensione (sedimento incoerente, non igroscopico) di particelle di un materiale piezoelettrico e piroelettrico (quali quarzi, tormaline, emimorfiti e simili) in aria.

I due elettrodi 3a, 3b sono preferibilmente metallici e astiformi, forniti di una terminazione "esterna" preferibilmente sferica. Inoltre, il dispositivo sintonizzatore 3 comprende elettrodi interni 6a, 6b rispetto a detto volume 6 e contrapposti che possono avere una forma sferica o semisferica. Entrambi gli elettrodi interni 6a, 6b sono muniti di un anello di regolazione registrato a seconda della tensione nominale di esercizio della linea.

Ciascun elettrodo interno 6a, 6b ? montato su una molla elicoidale 7 atta a permettere oscillazioni dell'anello stesso rispetto alla sua posizione di registrazione durante il funzionamento dell?apparecchiatura 1.

I due elettrodi interni 6a, 6b sono contenuti all'interno di un tubo 8 di materiale dielettrico, preferibilmente trasparente, ad esempio di pyrex o di vetro al quarzo o simili, che definisce detto volume interno 6.

In pratica, il dispositivo sintonizzatore 3 ? un risonatore multigamma, elemento capace di determinare la soglia di frequenza oltre la quale il dispositivo smorzatore 4 interviene in funzione della distanza selezionata tra gli elettrodi interni 6a, 6b.

Il dispositivo smorzatore 4 ? collegato all?elettrodo di uscita 3b del dispositivo sintonizzatore 3 ed ? configurato per dissipare il carico energetico di detto segnale elettrico. L?elettrodo di uscita 4b del dispositivo smorzatore 4 ? collegato all?impianto 101 di messa a terra comprendente il pannello di supporto metallico (dorsale 13, meglio descritto in seguito) che funge da collettore (barra/nodo) di terra dell?apparecchiatura 1. La dorsale metallica 13 ? polarizzata a terra tramite collegamento all?impianto 101 di messa a terra, preferibilmente per interposto filtro-blocco di terra Antimpatto? SCt.

In particolare, il dispositivo smorzatore 4 presenta un proprio volume interno 9 elettricamente isolato e comprendente un miscuglio in sospensione (sedimento incoerente, non igroscopico), di particelle di un materiale piezoelettrico, piroelettrico, con eventuale integrazione di semiconduttore (quale carburo di silicio e simili) e, a completamento del miscuglio, materiale inerte refrattario (quale graniglia dolomitica, di marmo e simili) e mezzi di intercettazione di calore immersi in detto miscuglio atti a disperdere il calore prodotto da detto carico energetico.

Il dispositivo smorzatore 4 comprende anch?esso due elettrodi interni 9a, 9b inseriti nel volume interno 6 e collegati con elettrodi esterni.

Detto dispositivo smorzatore 4 comprende un involucro interno 10, in cui ? definito detto volume interno 9, realizzato in materiale dielettrico preferibilmente circondato da uno strato isolante di particelle di un materiale refrattario quale sabbia dolomitica e simili (elettromagneticamente inerte).

Inoltre, in una posizione mediana rispetto alla posizione dei due elettrodi interni 9a, 9b, almeno una barra metallica 11 intercettatrice di calore, ad esempio un bullone passante di rame o altro metallo che attraversa il letto di particelle di materiale piezoelettrico, piroelettrico e inerte refrattario, ed ? termicamente accoppiato ad un collare 11 dissipatore di calore ad esempio di lamiera di rame (o altro metallo) denominato anche radiatore (il cui riferimento numerico ? sempre ?11?).

In pratica, il dispositivo smorzatore 4 ? un dissipatore di energia, ossia un elemento capace di assorbire, smorzare e dissipare il carico energetico dei fenomeni elettromagnetici (urti e vibrazioni elettriche ossia di cariche elettriche) che originano le sovratensioni e le sovracorrenti, i pericolosi picchi di tensione e di corrente di origine esterna alla linea, impulsivi a fronte ripido, ed interni alla linea, alternati a frequenze superiori della fondamentale ed eminentemente ad alta frequenza.

Il dispositivo armonizzatore 5 ? interposto tra il dispositivo sintonizzatore 3 ed il dispositivo smorzatore 4 ed ? configurato per realizzare un accoppiamento capacitivo tra di essi. Preferibilmente, il dispositivo armonizzatore 5 comprende un conduttore a spire 5a avvolte su un supporto cilindrico 5b dielettrico, come rappresentato nella figura 7 e come meglio descritto in seguito.

In accordo alla presente invenzione l?unit? funzionale 2 ? configurata per smorzare impulsi di tensione e corrente a fronte ripido in modo da realizzare una prevenzione della formazione di detti picchi di tensione e corrente.

In particolare, il dispositivo sintonizzatore 3 consente il passaggio al dispositivo smorzatore 4 di tutte le frequenze di segnale elettrico (di tensione) superiori ad una determinata soglia (quella della fondamentale). Vantaggiosamente, l?apparecchiatura 1 interviene quindi in senso preventivo gi? nella fase di formazione delle sovratensioni e delle sovracorrenti, e solo in casi limiti in senso repressivo. In altre parole, la presente invenzione taglia ?la testa? dell?impulso di tensione a fronte ripido (o della semionda di tensione ad alta frequenza), garantendo sicurezza, protezione assoluta degli impianti, macchinari e apparecchiature elettriche costituenti gli elettrodotti, con abilit? intrinseca ed esclusiva anti-blackout, salvaguardando persone, animali, biomasse in genere e beni patrimoniali ed ottenendo anche igiene ambientale.

Le figure da 1 a 6c illustrano alcune possibili forme realizzative di collegamento tra le unit? funzionali 2.

In particolare, le figure 1-3c illustrano una prima forma realizzativa in cui vi sono tre unit? funzionali 2 che garantiscono un livello I di sicurezza per la linea a tensione alternata trifase.

Le figure 4-6c illustrano una seconda forma realizzativa in cui vi sono sei unit? funzionali 2 che garantiscono un livello II di sicurezza per la linea a tensione alternata trifase.

Nella prima forma realizzativa, le tre unit? funzionali 2 sono disposte in parallelo tra loro in modo che l?elettrodo di ingresso di ciascun sintonizzatore 3 sia collegato ad una rispettiva fase dell?elettrodotto e l?elettrodo di uscita di ciascun dispositivo smorzatore 4 sia collegato all?impianto 101 di messa a terra della cabina/stazione, preferibilmente tramite la dorsale metallica 13, successivamente descritta, che funge da collettore (barra/nodo) di terra.

Ad esempio, nel caso di corrente alternata trifase, una prima fase ? collegata al sintonizzatore della prima unit? funzionale 2, una seconda fase ? collegata al sintonizzatore della seconda unit? funzionale 2, una terza fase ? collegata al sintonizzatore della terza unit? funzionale 2.

Nella seconda forma realizzativa, le sei unit? funzionali 2 sono collegate in parallelo tra loro a due a due in modo che gli elettrodi di ingresso di due dispositivi sintonizzatori 3 siano collegati ad una stessa fase e non alle altre.

In altre parole, i sintonizzatori di due unit? funzionali 2 sono collegati insieme in modo da definire una prima coppia e cos? via.

Ad esempio, nel caso di corrente alternata trifase, una prima fase ? collegata ai sintonizzatori della prima coppia di unit? funzionali 2, una seconda fase ? collegata ai sintonizzatori della seconda coppia di unit? funzionali 2, una terza fase ? collegata ai sintonizzatori della terza coppia di unit? funzionali 2.

L?apparecchiatura 1 comprende preferibilmente almeno un filtro-blocco di terra Antimpatto? SCt 15 a forte impedenza alle radiofrequenze collegato tra l?elettrodo di uscita del dispositivo smorzatore 4 e detto impianto 101 di messa a terra. Preferibilmente, tale filtro-blocco di terra 15 ? un filtroblocco Antimpatto? SCt 300 kA o 500 kA a seconda delle diverse configurazioni.

Nel caso della prima forma realizzativa, viene usato un solo filtro-blocco 15 (Antimpatto? SCt 500 kA) mentre nel caso della seconda forma realizzativa vengono usati due filtri-blocco 15 (Antimpatto? SCt 300 kA) in serie tra loro come meglio spiegato in seguito.

Inoltre, l?apparecchiatura 1 comprende una struttura di supporto 12 di detta una o pi? unit? funzionali 2 avente un pannello dorsale 13 ed un pannello di base 14.

A titolo di esempio, il pannello dorsale 13 ed il pannello di base 14 possono essere realizzati alternativamente come segue:

- entrambi in materiale conduttivo come acciaio inox o ferro zincato a caldo di adeguato spessore; oppure:

- il pannello dorsale 13 in materiale dielettrico (come nella forma realizzativa di figura 8), ad esempio, in vetro antisfondamento ed il pannello di base 14 in PVC o altro polimero equivalente, entrambi di adeguato spessore. In questo secondo caso, l?apparecchiatura 1 comprende un apposito collettore di terra elettricamente collegato alla o alle unit? funzionali 2.

Il pannello dorsale 13 ed il pannello di base 14 sono disposti ortogonalmente tra loro in modo da formare sostanzialmente una struttura a ?T? rovesciata.

Come ? possibile vedere nelle allegate figure, il dispositivo sintonizzatore 3 ed il dispositivo smorzatore 4 sono disposti ai lati opposti del pannello dorsale 13. Inoltre, anche il dispositivo armonizzatore 5 ? disposto nello stesso lato del dispositivo smorzatore 4.

Ci? vale per tutte le forme realizzative illustrate in cui vi sono una pluralit? di unit? funzionali 2.

Preferibilmente, il pannello dorsale 13 si configura come una griglia e presenta una pluralit? di fori passanti attraverso cui viene realizzato il collegamento del dispositivo sintonizzatore 3 al dispositivo smorzatore 4. I dispositivi sintonizzatori 3 e smorzatori 4 sono disposti lungo una direzione di estensione di detto pannello dorsale 13 (in verticale), ai lati opposti e in modo parallelo tra loro. Tuttavia, ciascun dispositivo sintonizzatore 3 ? (verticalmente) sfalsato rispetto al dispositivo smorzatore 4 a cui ? collegato.

I dispositivi armonizzatori 5 sono disposti lungo l?estensione di detto pannello dorsale 13 (in verticale) in modo parallelo tra loro. Inoltre, ciascun dispositivo armonizzatore 5 ? disposto sostanzialmente allineato (verticalmente) rispetto ad un piano ortogonale (verticale) che interseca il pannello dorsale 13 in corrispondenza del dispositivo sintonizzatore 3.

Inoltre, il pannello dorsale 13 ? preferibilmente realizzato in materiale metallico elettricamente conduttivo in modo da fungere da collettore (barra/nodo) di terra ed ? polarizzato a terra tramite collegamento all?impianto 101 di messa a terra della cabina/stazione, preferibilmente tramite interposto filtro-blocco di terra 15 Antimpatto? SCt. In casi eccezionali, il pannello dorsale 13 pu? essere collegato ad un dedicato circuito di messa terra Antimpatto? a forte impedenza alle radiofrequenze.

L?elettrodo di ingresso 3a del dispositivo sintonizzatore 3 ? unito meccanicamente tramite adeguato isolatore a detto pannello metallico dorsale 13.

L?elettrodo di uscita 3b del dispositivo sintonizzatore 3 (collocato in corrispondenza di un supporto inferiore del cilindro dielettrico del conduttore a spire del dispositivo armonizzatore 5, ma dal lato opposto del pannello dorsale 13) ? unito meccanicamente tramite dedicato isolatore al pannello dorsale 13.

L?elettrodo di uscita 3b del dispositivo sintonizzatore 3 ? collegato all?elettrodo di ingresso 4a del dispositivo smorzatore 4 (provvisto di adeguato collare metallico e unito meccanicamente alla dorsale metallica con dedicato isolatore) tramite il dispositivo armonizzatore 5 (ad esempio costituito da un conduttore FS171 G 35 avvolto, in numero di tre spire, su dedicato supporto cilindrico di materiale dielettrico preferibilmente avente diametro di 8-9 cm, ad esempio di pyrex o di vetro al quarzo o simili, con un passo di 40 cm, facendo compiere al conduttore un giro di circonferenza completo). L?elettrodo di uscita 4b del dispositivo smorzatore 4 ? invece connesso elettro-meccanicamente al pannello metallico dorsale 13, con adeguati collare e supporto metallici.

Va notato che, secondo il pannello dorsale 13, l?elettrodo di uscita 3b del dispositivo sintonizzatore 3 ? rivolto nel verso opposto rispetto a quello verso cui ? rivolto l?elettrodo di ingresso 4a del dispositivo smorzatore 4. Ad esempio, seguendo l?orientamento verticale, l?elettrodo di uscita 3b del dispositivo sintonizzatore 3 ? disposto in basso, mentre l?elettrodo di ingresso 4a del dispositivo smorzatore 4 ? disposto in alto. Tra i due ? presente il dispositivo armonizzatore 5.

L?orientamento verticale del dispositivo sintonizzatore 3 e del dispositivo smorzatore 4 ? importante per una corretta efficacia e funzionamento del materiale incoerente contenuto all?interno di essi.

Nella prima forma realizzativa (livello I di sicurezza) il pannello dorsale 13 ? collegato all?impianto 101 di messa a terra di una cabina/stazione per interposto filtro-blocco di terra Antimpatto? SCt.

Seguendo la cascata, il pannello dorsale 13, che funge da collettore (nodo/barra) di terra, ? collegato tramite due conduttori, parallelati tra loro, al morsetto dell?elettrodo di ingresso 15a del filtro-blocco di terra 15 (SCt 500 kA).

Il morsetto dell?elettrodo di uscita 15b del filtro-blocco di terra 15 (SCt 500 kA) ? predisposto per il collegamento all?impianto 101 di messa a terra della cabina/stazione o a dedicato circuito di messa a terra Antimpatto? a forte impedenza alle radiofrequenze.

Anche nella seconda forma realizzativa (livello II di sicurezza) il pannello dorsale ? collegato all?impianto 101 di messa a terra della cabina/stazione per interposto filtro-blocco di terra Antimpatto? SCt.

Seguendo la cascata, il pannello dorsale 13, che funge da collettore (nodo/barra) di terra, ? collegato tramite due conduttori (ciascuno FS171 G 95) parallelati tra loro, al morsetto dell?elettrodo di ingresso 15a (superiore) del filtro-blocco di terra 15 (SCt 300 kA) dal lato dei dispositivi smorzatori 4.

Il morsetto dell?elettrodo di uscita 15b (inferiore) del filtro-blocco di terra 15 (SCt 300kA) disposto dal lato dei dispositivi smorzatori 4 ? collegato tramite due conduttori (ciascuno FS171 G 95) al morsetto dell?elettrodo di ingresso 15a (superiore) del filtro-blocco di terra 15 (SCt 300 kA) dal lato dei dispostivi sintonizzatori. Il morsetto dell?elettrodo di uscita 15b del filtroblocco di terra 15 (SCt 300 kA) dal lato dei dispositivi sintonizzatori 3, ? predisposto per il collegamento all?impianto 101 di messa a terra della cabina/stazione o a dedicato circuito di messa a terra Antimpatto? a forte impedenza (alle radiofrequenze).

Va notato che tutti i dispositivi (sintonizzatori 3, smorzatori 4 e filtri-blocco di terra 15) tranne il dispositivo armonizzatore 5 sono incapsulati (ovvero inviluppati in dedicate capsule di materiale dielettrico, trasparente antiurto).

Va notato che tale incapsulamento pu? prevedere due varianti realizzative:

- capsula totale che ingloba anche i terminali degli elettrodi 3a, 3b di ciascuno dei dispositivi sintonizzatori 3 e/o di ciascuno degli elettrodi 4a, 4b dei dispositivi smorzatori 4;

- capsula parziale che non ingloba i terminali summenzionati, ma ? prevista un?integrazione tramite cuffie di copertura di materiale isolante elettrico (dielettrico) di tali elettrodi (la variante con cuffie non ? rappresentata nelle allegate figure). Preferibilmente, ciascuna cuffia ? realizzata in gomma a cellule chiuse o in materiale isolante elettrico (dielettrico) con caratteristiche equivalenti e di adeguato spessore.

Con riferimento alla figura 6 il pannello di base 14 (orizzontale) metallico, ? realizzato in acciaio inox (o in subordine in ferro zincato a caldo) di adeguato spessore ed ? a sua volta affacciato al di sotto e saldamente unito ad un pannello isolante di analoghe dimensioni (larghezza e lunghezza) e di adeguato spessore realizzato in materiale dielettrico (PVC o altro polimero equivalente).

Al di sotto di tale pannello di base 14 ? realizzata una struttura portante adeguata, in materiale dielettrico, su ruote 16 pivotanti (di dimensioni e caratteristiche meccaniche adeguate), come alle tre opzioni indicate nelle figure 10a, 10b,10c); soluzioni di maggiore adattamento a possibili pavimenti non perfettamente in piano.

Con riferimento alla figura 9 e 11, ? possibile vedere che l?apparecchiatura 1 comprende un involucro 17 che racchiude la struttura portante preferibilmente realizzato in lamiera.

In figura 9 sono stati rappresentati, tramite linee tratteggiate, dei divisori interni in materiale dielettrico per un?eventuale ipotesi realizzativa in cui lo spazio interno dell?involucro 17 sia suddiviso in alveoli.

Tale involucro 17 ? preferibilmente provvisto di quattro montanti per lato, e di tre finestre 18 per lato munite di chiusure a saracinesca 19 per consentire operazioni di ispezione e manutenzione. Le saracinesche 19 sono provviste anche di chiusura a serratura.

Su entrambi i lati di asse minore l?involucro 17 ? provvisto di adeguate prese d?aria 20 alla base e in testa, filtrate e a prova d?acqua.

L?involucro 17 ? altres? provvisto di quattro maniglie 21 (di cui solo due visibili in figura 11) ergonomiche ad altezza adeguata ricavate in basso rilievo in corrispondenza dei quattro spigoli dei montanti perimetrali.

La sommit? 22 dell?involucro 17 ? sagomata a guisa di centina alare e coibentata termicamente nell?intercapedine con materiale ignifugo, per far fronte agli agenti atmosferici nel caso di installazione in zona aperta e priva di coperture.

L?involucro 17 nel complesso ? saldamente, metallicamente, ermeticamente vincolato al perimetro del pannello di base 14 mediante appositi bulloni e dadi equamente distribuiti (ai quattro spigoli della base e alle quattro basi dei montanti intermedi) e munito di sigilli.

Superiormente all?involucro 17 e in corrispondenza degli angoli sono preferibilmente presenti degli anelli 23 di aggancio per l?eventuale sollevamento dell?intera struttura.

Nelle figure da 12a a 15c sono state rappresentate varie configurazioni dell?apparecchiatura 1 secondo la presente invenzione. In particolare, tali configurazioni sono legate a differenti posizionamenti dei dispositivi sintonizzatori 3 e dei dispositivi smorzatori 4 rispetto al pannello dorsale 13 realizzato anch?esso in differenti conformazioni.

In dettaglio, le figure 12a-12d rappresentano quattro configurazioni dell?apparecchiatura 1 secondo un primo livello di protezione in cui vi sono tre unit? funzionali 2 ciascuna composta da un dispositivo sintonizzatore 3 in serie ad un dispositivo smorzatore 4. In ciascuna configurazione, l?elettrodo di ingresso 3a di ciascun dispositivo sintonizzatore 3 ? collegato ad una rispettiva fase dell?elettrodotto, mentre l?elettrodo di uscita 3b di ciascun dispositivo sintonizzatore 3 ? collegato all?elettrodo di ingresso 4a del dispositivo smorzatore 4. Gli elettrodi di uscita 4b di ciascun dispositivo smorzatore 4 sono collegati all?impianto 101 di messa a terra, preferibilmente per interposto filtro-blocco di terra 15 Antimpatto? SCt. Tali diverse configurazioni prevedono che le unit? funzionali appena citate siano cos? disposte:

- in figura 12a ciascuna unit? funzionale 2 di dispositivi 3, 4 ? montata su un rispettivo pannello dorsale 13 separato dagli altri in modo da ottenere tre pannelli dorsali 13a, 13b, 13c (orizzontalmente) separati tra loro e disposti affiancati tra loro; oppure

- in figura 12b i dispositivi sintonizzatori 3 di ciascuna unit? funzionale 2 sono montati su un unico pannello dorsale 13d comune e separato da un altro unico pannello dorsale 13e su cui sono montati i dispositivi smorzatori 4 in modo da ottenere due pannelli dorsali 13d, 13e (verticalmente) separati tra loro; oppure

- in figura 12c tutte le unit? funzionali 2 di dispositivi 3, 4 sono montate su un unico pannello dorsale 13.

Le tre configurazioni sopra citate (rappresentate nelle figure 12a-12c) prevedono che i dispositivi 3, 4 di ciascuna unit? funzionale 2 siano disposti lungo una direzione longitudinale (verticalmente sovrapposti). La configurazione rappresentata nella figura 12d prevede che tutte le unit? funzionali 2 di dispositivi 3, 4 siano montate su un unico pannello dorsale 13, ma i dispositivi 3, 4 di ciascuna coppia sono disposti affiancati tra loro (rispetto ad una direzione verticale).

Inoltre, nella configurazione della figura 12d sono presenti anche i dispositivi armonizzatori 5 ciascuno interposto tra un rispettivo dispositivo sintonizzatore 3 ed un rispettivo dispositivo smorzatore 4 come precedentemente descritto.

La figura 13 rappresenta un?ulteriore configurazione dei dispositivi relativa ad un livello II di sicurezza in cui vi sono sei unit? funzionali 2 collegate in parallelo tra loro a due a due in modo che gli elettrodi di ingresso di due dispositivi sintonizzatori 3 siano collegati ad una stessa fase e non alle altre. Tali unit? funzionali 2 sono montate su uno stesso pannello dorsale 13.

Rispetto alla configurazione rappresentata nelle figure da 1 a 6c e 8 e precedentemente descritta nel dettaglio, le cinque configurazioni alternative sopra citate (rappresentate nelle figure 12a-12d e 13) prevedono che i dispositivi 3, 4 delle unit? funzionali 2 siano disposte su una stessa faccia del pannello dorsale 13.

Le configurazioni rappresentate nelle figure da 14a a 15c sono preferibilmente dedicate all?utilizzo dell?apparecchiatura 1 con tensioni nominali di esercizio dell?elettrodotto a 30kV. In ogni caso, si noti che anche le configurazioni precedentemente descritte possono essere utilizzate con analoghe tensioni.

In dettaglio, nelle figure 14a e 14b sono visibili rispettivamente tre unit? funzionali 2 o una unit? funzionale 2 collegate su una stessa faccia di un unico pannello dorsale 13 in cui le estremit? 27 dei dispositivi smorzatori 4 hanno un profilo solo cilindrico e senza raccordo conoidale come nelle altre configurazioni.

Nelle figure 15a, 15b e 15c, viene invece rappresentata un?altra configurazione alternativa con disposizione triangolare preferibilmente dedicata all?utilizzo dell?apparecchiatura 1 con tensioni nominali di esercizio dell?elettrodotto in corrente alternata a 30kV trifase.

In dettaglio, come ? possibile vedere dalla vista dall?alto di figura 15a ciascuna unit? funzionale 2 ? disposta in un rispettivo settore angolare 25 intorno ad un asse di sviluppo centrale 26. Pertanto, il pannello dorsale 13 comprende tre porzioni 13f, 13g, 13h in cui ciascuna porzione definisce detto settore angolare 25 in cui ? disposta una rispettiva unit? funzionale 2.

Dall?alto la struttura assume una configurazione a ?stella? o a ?Y? come viene chiaramente rappresentato nelle allegate figure 15a, 15b, 15c.

Va notato che in ogni configurazione, i dispositivi smorzatori 4 sono realizzati secondo quanto precedentemente descritto e che le viste degli stessi sono in sezione secondo un piano verticale. Pertanto, il radiatore 24 ? visibile in sezione (? visibile invece in prospetto laterale ad esempio nella figura 3c), ma esso ? in ogni caso presente.

Forma inoltre oggetto della presente invenzione un impianto 100 comprendente:

- uno o pi? elettrodi 102 collegati in derivazione a elettrodotti (linee elettriche di trasporto energetico) in c.a. (polifase e monofase) o in c.c.;

- una apparecchiatura 1 precedentemente descritta, in cui in c.a.

ciascuna fase 102a, 102b, 102c ? collegata ad una rispettiva unit? funzionale 2 e in cui in c.c. la linea ? collegata ad una unit? funzionale 2.

Forma oggetto della presente invenzione un metodo di prevenzione e smorzamento di picchi di tensione e corrente di origine esterna ed interna per elettrodotti. Tale metodo deriva direttamente da quanto sopra esposto che viene qui di seguito interamente richiamato. Il metodo comprende le seguenti fasi operative:

- realizzare un passaggio di segnale elettrico (di tensione) tra i due elettrodi di un dispositivo sintonizzatore 3, collegato all?elettrodotto, solamente quando detto segnale presenta una frequenza superiore a una soglia predefinita;

- dissipare il carico energetico di detto segnale attraverso un dispositivo smorzatore 4 collegato da un lato al dispositivo sintonizzatore 3 e dall?altro al pannello metallico dorsale, che funge da collettore (barra/nodo) di terra, quest?ultimo polarizzato a terra tramite collegamento all?impianto 101 di messa a terra della cabina/stazione preferibilmente tramite interposto filtro-blocco di terra antimpatto? SCt; - realizzare un accoppiamento capacitivo tra il dispositivo sintonizzatore 3 ed il dispositivo smorzatore 4 attraverso un dispositivo armonizzatore 5 interposto tra di essi;

- dissipare il carico energetico di detto segnale prevenendo e smorzando impulsi di tensione e corrente a fronte ripido in modo da realizzare una prevenzione della formazione di detti picchi di tensione e corrente.

In altre parole, il metodo consente di prevenire e smorzare picchi di tensione e corrente di origine esterna ed interna agli elettrodotti tramite la rilevazione e trasformazione dell?energia elettromagnetica all?origine di sovratensioni e sovracorrenti.

La presente invenzione consegue gli scopi preposti.

L?apparecchiatura 1 oggetto della presente invenzione consente di realizzare una protezione preventiva degli elettrodotti sia dalle sovratensioni e dalle sovracorrenti esterne, di origine atmosferica e terrestre, sia dalle sovratensioni e sovracorrenti interne, prodotte dall?esercizio della stessa rete (per effetto di manovre e/o risonanze in linea - armoniche), con l?abilit? intrinseca ed esclusiva di garantire sicurezza anti-black out.

In particolare, la presente invenzione, per propria singolare qualit?, assicurando la forma d?onda fondamentale (priva di sovratensioni e sovracorrenti, armoniche e spurie in genere), consente di ottimizzare sia la qualit? dell?energia elettrica, che l?efficienza energetica.

Nel contesto e nel contempo, la presente invenzione, sempre per propria singolare peculiarit?, elimina o mitiga drasticamente l?inquinamento elettromagnetico prodotto dalle linee di trasmissione e distribuzione di energia elettrica (come noto, tra le fonti primarie di inquinamento elettromagnetico) agendo per tutte le frequenze superiori a quella della fondamentale (ad esempio 50Hz).

Infatti, la presente invenzione consente di rilevare e trasformare l?energia elettromagnetica all?origine delle sovratensioni e delle sovracorrenti nelle linee di distribuzione elettrica a media, alta e altissima tensione.

In altre parole, la presente invenzione taglia ?la testa? dell?impulso di tensione a fronte ripido (o della semionda di tensione ad alta frequenza), garantendo sicurezza, protezione assoluta degli impianti, macchinari e apparecchiature elettriche costituenti gli elettrodotti, con abilit? intrinseca ed esclusiva anti-black out.

Inoltre, l?apparecchiatura 1 si adatta alle varie condizioni di lavoro comprese le pi? drastiche conservando le proprie intrinseche caratteristiche di lunga durata e operando quindi in qualunque condizione di tensione maggiore di quella di regolazione, pertanto ? adatta a proteggere anche componenti elettronici delicati garantendo sicurezza in armonia con gli eco-sistemi.

L?apparecchiatura 1 risulta reattiva e quindi efficace per la pi? ampia gamma di sollecitazioni elettromagnetiche della linea elettrica da proteggere alla quale ? elettricamente connessa.

Va notato che a tensione nominale, ossia in condizione di non intervento, questa apparecchiatura 1 di nuova concezione naturalmente non ? dissipativa e quindi non influisce sul rendimento della linea.

L?apparecchiatura 1 secondo la presente invenzione consente di prevenire, assorbire, smorzare e dissipare in modo efficace le sollecitazioni elettromagnetiche (in larga banda di frequenze, eminentemente di alta frequenza) che si verificano continuamente nell?atmosfera e nel sottosuolo, un?accentuazione delle quali porta al raggiungimento di livelli di stress del mezzo fino a causare il break-down elettromagnetico.

In conclusione, l?apparecchiatura 1 oggetto della presente invenzione non scarica a terra le sovratensioni e le sovracorrenti dovute a cause atmosferiche e terrestri, e di esercizio delle linee di distribuzione a media, alta e altissima tensione lasciando sopravvivere i dannosi effetti diretti e indiretti, come i mezzi fino ad oggi impiegati, ma previene i fenomeni che originano le sovratensioni e le sovracorrenti prevenendo, assorbendo, smorzando e dissipando il carico energetico dei fenomeni elettromagnetici che le causano.

Claims (24)

RIVENDICAZIONI

1. Apparecchiatura (1) di prevenzione e smorzamento di picchi di tensione e corrente di origine esterna e interna per elettrodotti, basata sulla rilevazione e trasformazione dell?energia elettromagnetica all?origine delle sovratensioni e sovracorrenti comprendente:

almeno un?unit? funzionale (2), in uso, collegata tra conduttore dell?elettrodotto ed impianto (101) di messa a terra come in seguito descritto, in cui detta unit? funzionale (2) comprende a sua volta:

- un dispositivo sintonizzatore (3) comprendente una coppia di elettrodi (3a), (3b) di cui uno di ingresso (3a), in uso, collegato a una fase dell?elettrodotto per ricevere un segnale elettrico, ed uno di uscita (3b); detto dispositivo sintonizzatore (3) essendo configurato per realizzare un passaggio di detto segnale elettrico tra i due elettrodi (3a), (3b) solamente quando quest?ultimo presenta una frequenza superiore a una soglia predefinita;

- un dispositivo smorzatore (4) collegato all?elettrodo di uscita (3b) del dispositivo sintonizzatore (3) e configurato per dissipare il carico energetico di detto segnale elettrico; detto elettrodo di uscita (4b) del dispositivo smorzatore 4, in uso, ? polarizzato a terra tramite collegamento all?impianto (101) di messa a terra;

caratterizzato dal fatto che detta unit? funzionale (2) ? configurata per assorbire, smorzare e dissipare il carico energetico di detto segnale elettrico all?origine degli impulsi di tensione e corrente a fronte ripido in modo da realizzare la prevenzione della formazione di detti picchi di tensione e corrente.

2. Apparecchiatura (1) secondo la rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto che detto dispositivo sintonizzatore (3) ? configurato per consentire il passaggio al dispositivo smorzatore (4) delle frequenze di detto segnale elettrico superiori ad una soglia predeterminata.

3. Apparecchiatura (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che detto dispositivo sintonizzatore (3) presenta un volume interno (6) interposto tra i due elettrodi (3a), (3b) in cui ? presente un mezzo comprendente un sedimento incoerente, non igroscopico, di particelle di un materiale piezoelettrico e piroelettrico in aria e in sospensione durante l?uso; detto dispositivo sintonizzatore (3) comprendendo mezzi di regolazione della distanza di separazione tra detti elettrodi in funzione della tensione nominale di esercizio della linea dell?elettrodotto.

4. Apparecchiatura (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che detto dispositivo smorzatore (4) presenta un proprio volume interno (9) elettricamente isolato e comprendente un miscuglio di un sedimento incoerente, non igroscopico, di particelle di un materiale piezoelettrico, piroelettrico e inerte refrattario ed avente mezzi di intercettazione (11) di calore immersi in detto miscuglio atti a disperdere il calore prodotto da detto carico energetico.

5. Apparecchiatura (1) secondo la rivendicazione 4 caratterizzata dal fatto che detto sedimento incoerente di cui si compone il miscuglio inserito nel volume interno (9) del dispositivo smorzatore (4) comprende del semiconduttore.

6. Apparecchiatura (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto di comprendere tre unit? funzionali (2) disposte in parallelo tra loro in modo che l?elettrodo di ingresso (3a) di ciascun sintonizzatore (3) sia rispettivamente collegato ad una fase dell?elettrodotto e l?elettrodo di uscita (4b) di ciascun dispositivo smorzatore (4) sia polarizzato a terra tramite collegamento all?impianto (101) di messa a terra.

7. Apparecchiatura (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto di comprendere sei unit? funzionali (2) collegate in parallelo tra loro a due a due in modo che gli elettrodi di ingresso (3)a di due dispositivi sintonizzatori (3) siano collegati ad una stessa fase e non alle altre.

8. Apparecchiatura (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto di comprendere almeno un filtro-blocco di terra Antimpatto? SCt (15) a forte impedenza alle radiofrequenze collegato tra ciascun elettrodo di uscita dei dispositivi smorzatori (4) e detto impianto (101) di messa a terra, ed eccezionalmente a dedicato circuito di messa terra Antimpatto? a forte impedenza alle radiofrequenze.

9. Apparecchiatura (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto di comprendere una struttura di supporto (12) di detta una o pi? unit? funzionali (2) avente un pannello dorsale (13) in cui detto dispositivo sintonizzatore (3) e detto dispositivo smorzatore (4) sono disposti nei lati opposti del pannello dorsale (13).

10. Apparecchiatura (1) secondo la rivendicazione 9 in cui detto pannello dorsale (13) presenta una pluralit? di fori passanti attraverso cui viene realizzato il collegamento del dispositivo sintonizzatore (3) al dispositivo smorzatore (4).

11. Apparecchiatura (1) secondo una delle rivendicazioni da 9 a 10 in cui detto pannello dorsale (13) ? realizzato in materiale elettricamente conduttivo in modo da fungere da collettore di terra e polarizzato a terra tramite collegamento all?impianto (101) di messa a terra; detto elettrodo di ingresso (3a) e detto elettrodo di uscita (3b) del dispositivo sintonizzatore (3) essendo isolati da detto pannello dorsale (13).

12. Apparecchiatura (1) secondo una delle rivendicazioni da 9 a 11 in cui detto elettrodo di ingresso (4a) del dispositivo smorzatore (4) ? isolato da detto pannello dorsale (13); detto elettrodo di uscita (4b) del dispositivo smorzatore (4) ? collegato metallicamente a detto pannello dorsale (13) cos? da realizzare una interconnessione elettromeccanica.

13. Apparecchiatura (1) secondo una delle rivendicazioni da 9 a 12 quando dipende dalla rivendicazione 7 in cui detto filtro-blocco di terra Antimpatto? SCt (15) ? interposto e collegato tra detto pannello dorsale (13) e detto impianto (101) di messa a terra.

14. Apparecchiatura (1) secondo una delle rivendicazioni da 9 a 13 in cui detta struttura di supporto (12) comprende un pannello di base (14) connesso ortogonalmente rispetto al pannello dorsale (13) in modo da formare una struttura sostanzialmente a ?T? rovesciata.

15. Apparecchiatura (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 9 a 14 caratterizzata dal fatto che detto pannello dorsale (13) ? realizzato in una o pi? porzioni distinte su ciascuna delle quali ? montata una o pi? unit? funzionali (2).

16. Apparecchiatura (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 9 a 15 caratterizzata dal fatto che detto pannello dorsale (13) ? realizzato in una o pi? porzioni distinte su ciascuna delle quali sono montati dispositivi sintonizzatori (3) di una o pi? unit? funzionali (2) e dispositivi smorzatori (4) di una o pi? unit? funzionali (2).

17. Apparecchiatura (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 9 a 16 caratterizzata dal fatto che dette unit? funzionali (2) sono montate su uno stesso lato del pannello dorsale (13).

18. Apparecchiatura (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 9 a 16 caratterizzata dal fatto che detto pannello dorsale (13) ? conformato sostanzialmente a ?Y? in sezione e presenta differenti settori angolari (25) in corrispondenza dei quali sono montate una o pi? unit? funzionali (2).

19. Apparecchiatura (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto di comprendere un dispositivo armonizzatore (5) interposto tra il dispositivo sintonizzatore (3) ed il dispositivo smorzatore (4) e configurato per realizzare un accoppiamento capacitivo tra di essi.

20. Apparecchiatura (1) secondo la rivendicazione 19 quando dipende dalla rivendicazione 9 caratterizzata dal fatto che detto dispositivo armonizzatore (5) ? disposto nello stesso lato del dispositivo smorzatore (4) rispetto al pannello dorsale (13).

21. Impianto (100) comprendente:

- uno o pi? elettrodi (102) collegati in derivazione a elettrodotti in corrente alternata o in corrente continua;

- una apparecchiatura (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui in corrente alternata ciascuna fase (102a, 102b, 102c) ? collegata ad una rispettiva unit? funzionale (2) e in cui in corrente continua la linea ? collegata ad almeno una unit? funzionale (2).

22. Metodo di prevenzione e smorzamento di picchi di tensione e corrente di origine esterna ed interna per elettrodotti, comprendente le seguenti fasi operative:

- realizzare un passaggio di segnale elettrico tra due elettrodi di un dispositivo sintonizzatore (3), collegato all?elettrodotto, solamente quando detto segnale elettrico presenta una frequenza superiore a una soglia predefinita;

- dissipare il carico energetico di detto segnale elettrico attraverso un dispositivo smorzatore (4) collegato da un lato al dispositivo sintonizzatore (3) e dall?altro all?impianto (101) di messa a terra;

- caratterizzato dal fatto di assorbire, smorzare e dissipare il carico energetico di detto segnale elettrico all?origine degli impulsi di tensione e corrente a fronte ripido in modo da realizzare la prevenzione della formazione di detti picchi di tensione e corrente di origine esterna ed interna agli elettrodotti tramite la rilevazione e la trasformazione dell?energia elettromagnetica all?origine di sovratensioni e sovracorrenti.

23. Metodo secondo la rivendicazione 22 caratterizzato dal fatto che le fasi operative di realizzare il passaggio di segnale elettrico e di dissipare il carico energetico di detto segnale elettrico sono realizzate in modo da:

- assicurare la forma d?onda fondamentale dell?elettrodotto eliminando le sovratensioni e sovracorrenti, armoniche e spurie in genere consentendo di ottimizzare sia la qualit? dell?energia elettrica, che l?efficienza energetica;

- eliminare o mitigare drasticamente l?inquinamento elettromagnetico prodotto dagli elettrodotti agendo per tutte le frequenze superiori a quella della fondamentale.

24. Metodo secondo una delle rivendicazioni 22 o 23 caratterizzato dal fatto di comprendere una fase operativa che prevede di realizzare un accoppiamento capacitivo tra il dispositivo sintonizzatore (3) ed il dispositivo smorzatore (4) attraverso un dispositivo armonizzatore (5) interposto tra di essi.