ITBO20080048U1 - CAPACITIVE SENSOR TO DETECT AN ELECTRIC FIELD GENERATED BY A CONDUCTOR - Google Patents
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Description
DESCRIZIONI DESCRIPTIONS
del MODELLO DI UTILIT?? avente per Titolo: of the UTILITY MODEL having as Title:
"Sensore Capacitivo per Rilevare un Campo Elettrico Generato da un Conduttore" "Capacitive Sensor to Detect an Electric Field Generated by a Conductor"
Campo della Invenzione Field of Invention
La presente invenzione concerne un sensore capacitivo per rilevare un campo elettrico generato da un conduttore in tensione, al fine, per esempio, di poter determinare il valore della tensione del conduttore in esame in relazione al campo elettrico rilevato. The present invention relates to a capacitive sensor for detecting an electric field generated by a live conductor, in order, for example, to be able to determine the voltage value of the conductor under examination in relation to the detected electric field.
Pi? particolarmente, la presente invenzione concerne un sensore capacitivo per rilevare il campo elettrico generato da un singolo condutore in tensione senza subire l'influenza di eventuali campi elettrici circostanti, come, per esempio, i campi elettrici generati da altri conduttori disposti nelle vicinanze, con particolare applicazione nel settore degli strumenti di misura e delle apparecchiature per linee e/o cabine di bassa, media et alta tensione. Pi? particularly, the present invention relates to a capacitive sensor for detecting the electric field generated by a single live conductor without being affected by any surrounding electric fields, such as, for example, the electric fields generated by other conductors arranged nearby, with particular attention to application in the sector of measuring instruments and equipment for low, medium and high voltage lines and / or substations.
Antefatti delta Invenzione Background of the Invention
Gli atuali sensori capacitivi noli per rilevare un campo elettrico generato da un conduttore in tensione non consentono di ovviare l'influenza dei campi elettrici circostanti e/o di ottenere quindi misure di campo elettrico o di grandezze da esso derivate con adeguati livelli di accuratezza. Current capacitive sensors for detecting an electric field generated by a live conductor do not allow obviating the influence of the surrounding electric fields and / or therefore obtaining electric field measurements or quantities derived from it with adequate levels of accuracy.
Scopo delta Invenzione Purpose of the Invention
Lo scopo della presente invenzione ? quello di risolvere i sopra lamentati inconvenienti. The purpose of the present invention? to solve the aforementioned drawbacks.
L'invenzione, la quale ? caratterizzata dalle rivendicazioni, risolve il problema di creare un sensore capacitivo per rilevare un campo eletrico generato da un condutore in tensione, in cui deto sensore capacitivo comprende un elettrodo -sorgente un elemento-schermante ed un sensore di campo elettrico, in cui detto sensore capacitivo si caratterizza per il fatto che detto elettrodo- sorgente ha una porzione vicinale col legata con II condutore ed una porzione distale disposta entro il elemento-schermante, e per il fatto che deto sensore di campo elettrico ? disposto entro detto elemento-schermante in maniera contraffacciata e distanziata rispetto alla porzione distale di detto elettrodo-sorgente, al fine di rilevare il solo campo eletrico emesso da detto elettrodo-sorgente. The invention, which one? characterized by the claims, solves the problem of creating a capacitive sensor for detecting an electric field generated by a live conductor, in which said capacitive sensor comprises a source electrode, a shielding element and an electric field sensor, in which said capacitive sensor is characterized by the fact that said electrode-source has a vicinal portion connected to the conductor and a distal portion disposed within the shielding element, and by the fact that said electric field sensor? arranged inside said shielding element in a counter-facing and spaced way with respect to the distal portion of said electrode-source, in order to detect only the electric field emitted by said electrode-source.
Breve Descrizione delle Figure dei Disegni Allegati Brief Description of the Figures in the Attached Drawings
La descrizione che segue dei sensore capacitivo oggeto delia presente invenzione, nelle varie forme di realizzazione pratiche, ? data in via esemplificativa e non limitativa e, inoltre, con riferimento alle illustrazioni allegate in cui: The following description of the capacitive sensor object of the present invention, in the various practical embodiments,? given by way of non-limiting example and, moreover, with reference to the attached illustrations in which:
Figura 1 illustra, in maniera schematica, una prima forma di realizzazione del sensore capacitivo oggetto della presente invenzione; Figure 1 schematically illustrates a first embodiment of the capacitive sensor object of the present invention;
Figura 2 illustra, in maniera schematica, una seconda forma di realizzazione del sensore capacitivo oggetto della presente invenzione; Figure 2 schematically illustrates a second embodiment of the capacitive sensor object of the present invention;
Figura 3 illustra, in maniera schematica, una terza forma di realizzazione del sensore capacitivo oggetto della presente invenzione; Figure 3 schematically illustrates a third embodiment of the capacitive sensor object of the present invention;
Figura 4 illustra, in maniera schematica, una quarta forma di realizzazione dt? sensore capacitivo oggeto della presente invenzione: Figure 4 schematically illustrates a fourth embodiment dt? capacitive sensor object of the present invention:
Figura 5 illustra, in maniera schematica, una quinta forma di realizzazione quale variante della realizzazione di fig, 1 ; Figure 5 schematically illustrates a fifth embodiment as a variant of the embodiment of fig, 1;
Figura 6 illustra, in maniera schematica, una sesta forma di realizzazione quale variante della realizzazione d? fig. 2; Figure 6 schematically illustrates a sixth embodiment as a variant of the embodiment d? fig. 2;
Figura 7 illustra, in maniera schematica, una setima forma di realizzazione quale variante delia realizzazione di fig. 3; Figure 7 schematically illustrates a seventh embodiment as a variant of the embodiment of fig. 3;
Figura 8 illustra, in maniera schematica, una ottava forma di realizzazione quale variante della realizzazione di fig. 4, Figure 8 schematically illustrates an eighth embodiment as a variant of the embodiment of fig. 4,
Figura 9 illustra, in maniera schematica, una nona forma di realizzazione quale variante di una qualsiasi delle realizzazioni precedenti. Figure 9 schematically illustrates a ninth embodiment as a variant of any of the previous embodiments.
Descrizione della Prima Forma di Realizzazione - Figura 1 Description of the First Embodiment - Figure 1
Con riferimento alla figura 1 il sensore capacitivo della presente invenzione si estende lungo un asse longitudinale Y e presenta una sua estremit? vicinale esemplificativamente associata ad un conduttore o barra di tensione A di bassa, media o aita tensione. With reference to Figure 1, the capacitive sensor of the present invention extends along a longitudinal axis Y and has one end thereof. by way of example, associated with a low, medium or high voltage conductor or bar A.
Detto sensore capacitvo, sostanzialmente, comprende un elettrodo -sorgente 10, un elemento-schermante 20, un sensore 30 di campo elettrico, un conduttore elettrico 40. un circuito d? condizionamento 50 del segnale rilevato dal sensore 30, i quali sono annegati e posizionati entro e mediante una massa 60 di materiale dielettrico che forma un involucro esterno, in cui, pi? particolarmente, detto elettrodo-sorgente 10 ha una porzione vicinale 11 collegata con il conduttore A ed un porzione distale 12 disposta entro il elemento-schermante 20. ed in cui detto sensore 30 di campo elettrico ? disposto entro detto elemento-schermante 20 in maniera contraffacciata e distanziata rispetto alla porzione distale 12 di dett elettrodo-sorgente 10, ai fine di rilevare il campo elettrico emesso da elettrodo-sorgente 10 e/o da detta porzione distale 12 o estremit? distale 14 del: medesimo elettrodo-sorgente 10. Said capacitive sensor substantially comprises a source electrode 10, a shielding element 20, an electric field sensor 30, an electric conductor 40. conditioning 50 of the signal detected by the sensor 30, which are embedded and positioned within and by means of a mass 60 of dielectric material which forms an external envelope, in which, more? in particular, said source electrode 10 has a vicinal portion 11 connected to the conductor A and a distal portion 12 disposed within the shielding element 20. and in which said electric field sensor 30? disposed within said shielding element 20 in a counter-facing and spaced manner with respect to the distal portion 12 of said source electrode 10, in order to detect the electric field emitted by electrode-source 10 and / or from said distal portion 12 or end? distal 14 of the same electrode-source 10.
Piu particolarmente, detta porzione distale 12 dei elettrodo-sorgente 10 ? disposta entro il elemento-schermante 20 con una distanza m?nima, D1 , fra detti due elementi tale da non superare la rigidit? dielettrica delia massa dielettrica 60 e quindi garantire il livelio di isolamento richiesto, come pure tale da preservare le propriet? d? isolamento de! mezzo dielettrico e di garantirle nel tempo. More particularly, said distal portion 12 of the source electrode 10? arranged within the shielding element 20 with a minimum distance, D1, between said two elements such as not to exceed the rigidity? dielectric of the dielectric mass 60 and therefore ensure the required level of insulation, as well as such as to preserve the properties? d? insulation de! dielectric medium and to guarantee them over time.
Con riferimento al elettrodo-sorgente 10, esso ha una forma cilindrica allungata che si estende lungo un asse longitudinale Y10 disposto coassiale rispetto al precedente asse Y del sensore capacitivo e, sostanzialmente, comprende una porzione vicinale 11 T avente preferibilmente una conformazione a guisa di piattello 13, ed una porzione distale, 12, la quale ha una conformazione cilindrica con estremit? distale arrotondata 14, al fine di rendere uniforme la distribuzione delie linee di forza del campo elettrico emesse-generate da detta porzione distale 12 o estremit? distale 14. With reference to the electrode-source 10, it has an elongated cylindrical shape which extends along a longitudinal axis Y10 arranged coaxially with respect to the previous Y axis of the capacitive sensor and, substantially, comprises a vicinal portion 11 T preferably having a plate-like conformation 13, and a distal portion, 12, which has a cylindrical conformation with extremities rounded distal 14, in order to make uniform the distribution of the lines of force of the electric field emitted-generated by said distal portion 12 or extremity? distal 14.
Con riferimento all'elemento-schermante 20, esso ha una forma tubolare che si estende lungo un asse longitudinale Y20 il quale ? disposto coassiale rispetto ai precedenti assi Y ed Y10 e, al fine di svolgere azione schermante, detto eiemento-schermante 20 ? collegato a terra od ad un potenziale di riferimento-La porzione vicinale 11 di detto elettrodo-sorgente 10 comprende anche degli organi di fissaggio 15 per il suo collegamento elettrico rispetto a! conduttore A. come, per esempio, uno o pi? fori filettati 15 tesi a cooperare con una vite 70 disposta entro un foro del conduttore A. With reference to the shielding element 20, it has a tubular shape which extends along a longitudinal axis Y20 which? arranged coaxially with respect to the previous axes Y and Y10 and, in order to perform a shielding action, said element-shielding 20? connected to earth or to a reference potential. The proximal portion 11 of said electrode-source 10 also comprises fastening members 15 for its electrical connection with respect to; conductor A. such as, for example, one or more? threaded holes 15 designed to cooperate with a screw 70 disposed within a hole of conductor A.
Detto eiemento-schermante 20 comprende una prima camera schermata 21 avente una prima testata 22 aperta rivolta verso il conduttore A. in cui detto elettrodo-sorgente 10, passando attraverso detta prima testata 22, dispone una sua porzione distale 12 entro detta prima camera schermata 21 , mentre il sensore 30 d? campo elettrico, anch esso posizionato entro detta prima camera schermata 21 , ? posizionato distanziato assialmente rispetto alla porzione distale 12 o estremit? 14 del medesimo elettrodo-sorgente 20, Said shielding element 20 comprises a first shielded chamber 21 having a first open head 22 facing the conductor A. in which said source electrode 10, passing through said first head 22, arranges its distal portion 12 within said first shielded chamber 21 , while the sensor 30 d? electric field, also positioned within said first shielded chamber 21,? positioned axially spaced with respect to the distal portion 12 or extremity? 14 of the same electrode-source 20,
Pi? particolarmente, detto sensore 30 di campo eletrico ? posizionato rispetto al elettrodo-sorgente 10 con una distanza minima. D2, tale da non superare la rigidit? dielettrica delia massa dielettrica 60 e quindi garantire il livello di isolamento richiesto, come pure tale da preservare le propriet? d? isolamento del mezzo dielettrico e di garantirle nel tempo. Pi? particularly, said electric field sensor 30? positioned with respect to the electrode-source 10 with a minimum distance. D2, such as not to exceed the rigidity? dielectric of the dielectric mass 60 and therefore guaranteeing the required level of insulation, as well as such as to preserve the properties? d? isolation of the dielectric medium and to guarantee them over time.
Il medesimo eiemento-schermante 20 comprende anche una seconda camera schermata, 24, disposta nella porzione distale del medesimo eiemento-schermante 20. in cui detta seconda camera schermata 24 ? idonea a contenere e posizionare il circuito di condizionamento 50 del segnale. The same shielding element 20 also comprises a second shielded chamber, 24, arranged in the distal portion of the same shielding element 20. in which said second shielded chamber 24? suitable for containing and positioning the signal conditioning circuit 50.
Sempre detto elemento-schermante 20 pu? anche ulteriormente comprendere un condotto schermato 23 che rende comunicante detta prima camera 21 con detta seconda camera 24, in cui entro detto condotto 23 schermato ? disposto un conduttore elettrico 40 che collega il sensore 30 di campo elettrico con il circuito di condizionamento 50 del segnale, Always said element-shielding 20 pu? also further comprising a shielded conduit 23 which makes said first chamber 21 communicating with said second chamber 24, in which within said shielded conduit 23? disposed an electrical conductor 40 which connects the electric field sensor 30 with the signal conditioning circuit 50,
Con riferimento al sensore 30 di campo elettrico, esso, preferibilmente, ha una forma a disco ed ? del: tipo anisotropo, al fine di rilevare mediante accoppiamento di tipo re attivo -capacitivo le componenti del campo generate dall'eletrodo-sorgente 10 che giungono ortogonali rispetto alla superficie di detto sensore 30 di campo elettrico, With reference to the electric field sensor 30, it preferably has a disc shape and? of the anisotropic type, in order to detect, by means of an active-capacitive re-coupling, the components of the field generated by the source-electrode 10 which arrive orthogonal with respect to the surface of said electric field sensor 30,
Detto sensore 30 di campo elettrico pu? assumere varie forme di realizzazione senza uscire dai concetti inventivi della presente invenzione. \ Con riferimento al circuito d? condizionamento 50 dei segnale, esso ? idoneo a ricevere mediante il conduttore elettrico 40 i segnali rilevati dal sensore 30 di campo elettrico ed a fornire in uscita un segnale in funzione della grandezza rilevata da detto sensore 30 di campo elettrico. Said sensor 30 of electric field can? assume various embodiments without departing from the inventive concepts of the present invention. \ With reference to the circuit d? 50 signal conditioning, it? suitable for receiving by means of the electric conductor 40 the signals detected by the electric field sensor 30 and for providing an output signal according to the magnitude detected by said electric field sensor 30.
Detto circuito di condizionamento 50 pu? assumere varie forme di realizzazione senza uscire dai concetti inventivi della presente invenzione, Said conditioning circuit 50 pu? assume various embodiments without departing from the inventive concepts of the present invention,
Con riferimento alla massa 60 di materiate dielettrico essa pu? essere formata da una resina eposs?dica o da altro materiale analogo. With reference to the mass 60 of dielectric materials it can? be formed from an epoxy resin or other similar material.
Con tale strutturazione, il sensore 30 di campo elettrico provvede a rilevare solo le linee di campo generate dal elettodo-sorgente 10 e? pi? particolarmente, solamente le linee di campo emesse dalla sua porzione distale 12 o di estremit? distale 14 che giungono ortogonali rispetto al superficie del medesimo sensore 30 di campo elettrico e, le linee di campo di eventuali campi elettrici circostanti, come per esempio le linee di campo generate da conduttori disposti nelle vicinanze, confluiranno s u l l e le men to-sc he rma nte 20, senza influenzare detto sensore 30 di campo e/o il conduttore elettrico 40 e/o il circuito 50, consentendo, quindi, una corretta misurazione del campo elettrico generato dal conduttore A. With this structure, the electric field sensor 30 detects only the field lines generated by the electrode-source 10 and? pi? particularly, only the field lines emitted from its distal 12 or extremity portion? distal 14 which reach orthogonal with respect to the surface of the same electric field sensor 30 and, the field lines of any surrounding electric fields, such as for example the field lines generated by conductors arranged in the vicinity, will converge on each other. nte 20, without affecting said field sensor 30 and / or the electric conductor 40 and / or the circuit 50, thus allowing a correct measurement of the electric field generated by conductor A.
Descrizione deit? Seconda Forma di Realizzazione - Figura 2 Description deit? Second Embodiment - Figure 2
Con riferimento alla figura 2, essa illustra una variante di realizzazione in cui la porzione distale di estremit? di detto elettrodo-sorgente, qui indicato con 110, ha una conformazione a guisa di segmento sferico 112. With reference to Figure 2, it illustrates a variant embodiment in which the distal end portion? of said electrode-source, here indicated with 110, has a shape in the form of a spherical segment 112.
Descrizione della Terza Forma di Realizzazione - Figura 3 Description of the Third Embodiment - Figure 3
Con riferimento alla figura 3. essa illustra una variante di realizzazione in cui la porzione vicinale 211 di detto elettrodo-sorgente, qui indicato con 210, ha una conformazione a guisa di imbuto pieno con gambo 213 orientato verso l'estremit? distale. With reference to Figure 3. it illustrates a variant embodiment in which the proximal portion 211 of said electrode-source, indicated here with 210, has a shape in the form of a solid funnel with stem 213 oriented towards the end. distal.
Inoltre, preferibilmente, i fianchi 212 di detto imbuto sono arrotondati, con un raggio R1 di raccordo determinato dalla distanza minima necessaria che si deve impostare fra il perimetro circolare 224 della estremit? vicinale del elemento-schermante 220 ed il elettodo- sorgente 210, ai fine di non superare la rigidit? dielettrica delia massa dielettrica 60 e quindi garantire il livello di isolamento richiesto. Furthermore, preferably, the sides 212 of said funnel are rounded, with a connecting radius R1 determined by the minimum necessary distance to be set between the circular perimeter 224 of the end. the proximal of the shielding element 220 and the electrode-source 210, in order not to exceed the rigidity? dielectric of the dielectric mass 60 and thus guaranteeing the required level of insulation.
Forma di Realizzazione - Figura 4 Embodiment - Figure 4
Con riferimento alla figura 4, essa illustra una variante di realizzazione in cui l?estremit? distale di detto elettrodo-sorgente, qui indicato con 310, ha una conformazione a guisa di segmento sferico 312, With reference to figure 4, it illustrates a variant embodiment in which the end? distal of said electrode-source, indicated here with 310, has a shape in the form of a spherical segment 312,
Descrizione della Quinta Forma di Realizzazione - Figura 5 Description of the Fifth Embodiment - Figure 5
Con riferimento alia figura 5, essa illustra una variante della realizzazione rispeto a quella di fig?. 1. With reference to Figure 5, it illustrates a variant of the embodiment with respect to that of Figure 2. 1.
In questa quinta realizzazione, il sensore, qui indicato con 130, ha una conformazione a guisa di calotta sferica con base aperta rivolta verso l'alto e contraffacciata verso il elettrodo-sorgente 10, In this fifth embodiment, the sensor, indicated here with 130, has a shape in the form of a spherical cap with an open base facing upwards and facing towards the source-electrode 10,
Descrizione della Sesta Forma di Realizzazione - Figura 6 Description of the Sixth Embodiment - Figure 6
-Con riferimento alla figura 6, essa illustra una variante della realizzazione rispetto a quella di fig. 2, -With reference to figure 6, it illustrates a variant of the embodiment with respect to that of fig. 2,
-In questa sesta realizzazione, il sensore, qui indicato con 230, ha una conformazione a guisa di calotta sferica con base aperta rivolta verso l?aito e contraffacciata verso il elettrodo-sorgente 110 e, opzionalmente, detta calotta sferica 230 ha una superf?cie interna disposta equidistanziata rispetto alla superficie esterna dei segmento sferico 112 ad essa contraffacciato. -In this sixth embodiment, the sensor, indicated here with 230, has a shape like a spherical cap with an open base facing the air and facing towards the electrode-source 110 and, optionally, said spherical cap 230 has a surface internal cie disposed equidistant with respect to the external surface of the spherical segment 112 facing it.
Descrizione della Settima Forma di Realizzazione - Figura 7 Description of the Seventh Embodiment - Figure 7
-Con riferimento alla figura 7, essa illustra una variante della realizzazione rispetto a quella di fig, 3. -With reference to figure 7, it illustrates a variant of the embodiment with respect to that of fig, 3.
-In questa settima realizzazione, il sensore, qui indicato con 330, ha una conformazione a guisa di calotta sferica con base aperta rivolta verso l'alto e contraffacciala verso il elettro do- sorgente 210. -In this seventh embodiment, the sensor, indicated here with 330, has a shape like a spherical cap with an open base facing upwards and facing it towards the electrode-source 210.
Descrizione delia Ottava Forma d? Realizzazione - Figura 8 Description of the Eighth Form d? Implementation - Figure 8
-Con riferimento alla figura 8, essa illustra una variante della realizzazione rispetto a quella di fig. 4. -With reference to figure 8, it illustrates a variant of the embodiment with respect to that of fig. 4.
-In questa ottava realizzazione, il sensore, qui indicato con 430, ha una conformazione a guisa di calotta sferica con base aperta rivolta verso l'aito e contraffacciala verso il elettrodo- sorgente 310 e, opzionalmente, detta calotta sferica 430 ha una superficie interna disposta equidistanziata rispetto alla superficie esterna del segmento sferico 312 ad essa contraffacciato. -In this eighth embodiment, the sensor, indicated here with 430, has a shape like a spherical cap with an open base facing the wind and facing it towards the electrode-source 310 and, optionally, said spherical cap 430 has an internal surface arranged equidistant with respect to the outer surface of the spherical segment 312 facing it.
Descrizione della Nona Forni a di Realizzazione - Figura 9 Description of the Ninth Construction Furnaces - Figure 9
-Con riferimento alla figura 9, essa illustra una variante di realizzazione in cui, rispetto ad una qualsiasi delle realizzazioni precedenti, ? ulteriormente previsto un e le me nto-s chernn ante 810 idoneo a formare una terza camera interna 811 entro cui ? disposto l elettrodo-sorgente 10 oppure anche un elettrodo di diverso tipo-forma. -With reference to Figure 9, it illustrates a variant embodiment in which, with respect to any of the previous embodiments,? further provided is an e le me nto-s chernn ante 810 suitable for forming a third internal chamber 811 within which? disposed the source-electrode 10 or also an electrode of a different type-shape.
-Detto ulteriore elemento-schermante 810 ? formato da materiale conduttore ed ? collegato con il conduttore A e con l'elettrodo-sorgente 10, - Said additional 810 shielding element? formed by conductive material and d? connected with conductor A and with electrode-source 10,
-Pi? particolarmente e preferibilmente, detto secondo elemento -schermante 810 ? conformato a guisa di calotta sferica 812 con una testa aperta rivolta verso il basso, ed il predetto elemento-schermante 20 ha una sua porzione vicinale 26 disposta entro la terza camera schermata 811. -Pi? particularly and preferably said second shielding element 810? shaped like a spherical cap 812 with an open head facing downwards, and the aforementioned shielding element 20 has a proximal portion 26 thereof arranged within the third shielded chamber 811.
-La descrizione sopra significata del sensore capacitivo per rilevare un campo elettrico ? data a titolo puramente esemplificativo e non limitativo e, pertanto, ? evidente che a detto sensore possono esservi apportate tutte quelle modifiche o varianti suggerite dalla pratica e/o dalla sua utilizzazione od impiego e, comunque, nell'ambito della portata delle rivendicazioni che seguono. -The above description of the capacitive sensor to detect an electric field? given purely by way of non-limiting example and, therefore,? It is evident that all those modifications or variations suggested by practice and / or by its use or use can be made to said sensor and, in any case, within the scope of the following claims.
-In tale contesto, le rivendicazioni che seguono formano anche una parte integrativa per la sopra significata descrizione. -In this context, the following claims also form an integrative part for the above description.
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