ITMI20000871A1

ITMI20000871A1 - REMOTE CONTROL AND / OR REMOTE CONTROL SYSTEM WITH HIGH DEGREE OF ELECTRICAL INSULATION.

Info

Publication number: ITMI20000871A1
Application number: IT2000MI000871A
Authority: IT
Inventors: Pierenrico Ardemagni; Marco Boldrini
Original assignee: Microdigit S R L
Priority date: 2000-04-18
Filing date: 2000-04-18
Publication date: 2001-10-18
Also published as: ITMI20000871A0; IT1317278B1

Description

Sistema di telemisura e/o telecontrollo ad alto grado di isolamento elettrico Telemetry and / or remote control system with a high degree of electrical insulation

La presente invenzione si riferisce ad un sistema di telemisura e/o telemetria di tipo adatto ad essere impiegato in special modo in apparecchiature necessitanti di un alto grado di isolamento elettrico. The present invention refers to a telemetry and / or telemetry system of a type suitable for being used especially in equipment requiring a high degree of electrical isolation.

Ad esempio, in impianti funzionanti in alta tensione è nota l’esigenza di eseguire misure e ottenere informazioni riguardo lo stato o il livello della tensione e della corrente elettrica nell’impianto. Un sistema di misura deve potere eseguire le operazioni richieste isolandosi, come richiedono sia la prudenza sia le norme di sicurezza, rispetto al punto di misura stesso. For example, in systems operating at high voltage, the need to perform measurements and obtain information about the status or level of voltage and electrical current in the system is known. A measuring system must be able to perform the required operations by isolating itself, as both prudence and safety standards require, from the measuring point itself.

Già da tempo sono stati introdotti collegamenti ottici, ad esempio con fibre ottiche, per il trasporto delle informazioni fra l’unità remota presente nella zona di misura ad alta tensione e le unità base che ricevono i dati delle misure. In tale modo, si ottiene l’isolamento elettrico del canale che trasferisce l’informazione fra il punto di misura (prossimo alla unità remota) e il punto di utilizzazione della misura (prossimo all’unità base). Optical connections have been introduced for some time, for example with optical fibers, for the transport of information between the remote unit present in the high-voltage measurement area and the base units that receive the measurement data. In this way, the electrical isolation of the channel is obtained which transfers the information between the measurement point (close to the remote unit) and the point of use of the measurement (close to the base unit).

I circuiti elettronici dell’unità remota per funzionare debbono essere ovviamente elettricamente alimentati. Nella tecnica nota è stato proposto di alimentare i circuiti o con la stessa tensione di misura oppure di inviare la tensione di alimentazione dall’esterno (tipicamente dall’unità base). In entrambi i casi è necessario garantire l’isolamento elettrico fornendo l’opportuna separazione galvanica, grazie a trasformatori o altri dispositivi analoghi. Ciò comporta svariati problemi realizzativi, sia di costo sia di complessità dei circuiti. The electronic circuits of the remote unit must obviously be electrically powered to work. In the prior art it has been proposed to power the circuits either with the same measurement voltage or to send the power supply voltage from the outside (typically from the base unit). In both cases it is necessary to ensure electrical isolation by providing the appropriate galvanic separation, thanks to transformers or other similar devices. This entails various manufacturing problems, both of cost and of complexity of the circuits.

Scopo generale della presente invenzione è ovviare agli inconvenienti sopra menzionati fornendo un sistema di telemisura e/o telecontrollo che assicuri risolamento elettrico fra l’unità base e l’unità remota permettendo pure l’alimentazione dell’unità remota dall’esterno senza l’impiego di trasformatori di isolamento o simili. The general purpose of the present invention is to obviate the aforementioned drawbacks by providing a telemetry and / or remote control system that ensures electrical resolution between the base unit and the remote unit while also allowing the remote unit to be powered from the outside without using it. of isolation transformers or the like.

In vista di tale scopo si è pensato di realizzare, secondo l'invenzione, un sistema di telemisura e/o telecontrollo ad alto grado di isolamento elettrico, comprendente una unità remota ed una unità base destinate a scambiarsi informazioni, fra unità base ed unità remota essendo presente un collegamento ottico attraverso il quale dette informazioni sono scambiate, caratterizzato dal fatto che l’unità base comprende un dispositivo emettitore di energia luminosa che viene inviata verso l’unità remota e l’unità remota comprende un dispositivo ricevitore che riceve detta energia luminosa e la converte in energia elettrica destinata ad alimentare l’unità remota per il suo funzionamento. In view of this purpose, according to the invention, it was decided to create a remote measurement and / or remote control system with a high degree of electrical isolation, comprising a remote unit and a base unit intended to exchange information, between the base unit and the remote unit. there being an optical connection through which said information is exchanged, characterized in that the base unit comprises a device for emitting light energy that is sent to the remote unit and the remote unit comprises a receiver device that receives said light energy and converts it into electrical energy destined to power the remote unit for its operation.

Per rendere più chiara la spiegazione dei principi innovativi della presente invenzione ed i suoi vantaggi rispetto alla tecnica nota si descriverà di seguito, con l'aiuto dei disegni allegati, una possibile realizzazione esemplificativa applicante tali principi. Nei disegni: To clarify the explanation of the innovative principles of the present invention and its advantages with respect to the known art, a possible exemplary embodiment applying these principles will be described below, with the help of the attached drawings. In the drawings:

-figura 1 rappresenta una vista schematica di un sistema secondo l’invenzione; -figure 1 represents a schematic view of a system according to the invention;

-figura 2 rappresenta una variante realizzativa del sistema di figura 1. figure 2 represents an embodiment variant of the system of figure 1.

Con riferimento alle figure, in figura 1 è schematicamente mostrato un sistema di telemisura e/o telecontrollo, indicato genericamente con 10, destinato all’impiego con apparecchiature o impianti necessitanti di un alto grado di isolamento elettrico. In particolare, il sistema è destinato ad effettuare misure e/o telecontrollo su una nota apparecchiatura 12 ad alta tensione (ad esempio, operante con tensione sopra i 1000 V e fino ad 1MV) e a interfacciarsi con un dispositivo esterno 11 (ad esempio un elaboratore di controllo) a bassa tensione. Ad esempio, è stato trovato vantaggioso l’uso del sistema con l’unità remota associata ad una linea di trazione elettrica a tensione superiore a 1000 volt per la sua telemisura e/o telecontrollo. With reference to the figures, figure 1 schematically shows a remote measurement and / or remote control system, generically indicated with 10, intended for use with equipment or systems requiring a high degree of electrical insulation. In particular, the system is designed to carry out measurements and / or remote control on a known high voltage device 12 (for example, operating with voltage above 1000 V and up to 1MV) and to interface with an external device 11 (for example a computer control) at low voltage. For example, it was found advantageous to use the system with the remote unit associated with an electric traction line with a voltage higher than 1000 volts for its telemetry and / or remote control.

Il sistema 10 comprende una unità remota 12, destinata ad essere associata all’apparecchiatura ad alto grado di isolamento, ed una unità base 13, destinata a scambiare informazioni con l’unità remota. L’unità remota comprende un noto circuito di telemisura e/o telecontrollo 15 che è dotato di linee 16 di misura e controllo connesse ad opportuni punti dell’apparecchiatura 12. The system 10 includes a remote unit 12, intended to be associated with the equipment with a high degree of insulation, and a base unit 13, intended to exchange information with the remote unit. The remote unit includes a known telemetry and / or remote control circuit 15 which is equipped with 16 measurement and control lines connected to appropriate points of the equipment 12.

Fra unità base ed unità remota è presente un collegamento ottico 29 attraverso il quale le informazioni sono scambiate. Ai due estremi del collegamento ottico vi sono noti dispositivi rice trasmettitori elettro-ottici 17 e 18 (ad esempio fotodiodi e fototransistor) che convertono opportunamente i segnali elettrici in ottici e viceversa per permettere la comunicazione attraverso il canale ottico. Between the base unit and the remote unit there is an optical link 29 through which information is exchanged. At the two ends of the optical connection there are known electro-optical transceiver devices 17 and 18 (for example photodiodes and phototransistors) which suitably convert the electrical signals into optical ones and vice versa to allow communication through the optical channel.

In tale modo, il dispositivo di misura e controllo 15 e il dispositivo elaboratore 11, interfacciati ai rispettivi ricetrasmettitori attraverso linee 20, 21, comunicano fra loro. Secondo l’invenzione, l’unità base 13 comprende un dispositivo 17 emettitore di energia luminosa che viene inviata verso l’unità remota. A sua volta, l’unità remota comprende un sostanzialmente noto dispositivo ricevitore 23 che riceve l’energia luminosa e la converte in energia elettrica destinata ad alimentare l’unità remota stessa per il suo funzionamento. In this way, the measurement and control device 15 and the processing device 11, interfaced to the respective transceivers through lines 20, 21, communicate with each other. According to the invention, the base unit 13 comprises a device 17 emitting light energy that is sent to the remote unit. In turn, the remote unit comprises a substantially known receiver device 23 which receives the light energy and converts it into electricity intended to power the remote unit itself for its operation.

Il dispositivo emettitore 22 è dimensionato per emettere energia in quantità sufficiente al fabbisogno energetico dell’unità remota. Ad esempio, è vantaggioso che il dispositivo emettitore sia realizzato sotto forma di un generatore laser di adeguata potenza, ad esempio 500mW. Analogamente, il dispositivo ricevitore 23, vantaggiosamente una cella fotovoltaica, sarà dimensionato per la potenza elettrica richiesta. The emitter device 22 is sized to emit energy in sufficient quantity for the energy needs of the remote unit. For example, it is advantageous for the emitting device to be made in the form of a laser generator of adequate power, for example 500mW. Similarly, the receiver device 23, advantageously a photovoltaic cell, will be sized for the required electrical power.

II collegamento ottico sia per il canale dati sia per la trasmissione di energia può avvenire in aria o, vantaggiosamente, attraverso opportuni collegamenti a fibra ottica 19, 24, dipendentemente dalle pratiche necessità. Ad esempio, nel caso di percorsi non il linea retta e/o non schermabili otticamente sarà preferito l’uso di fibre ottiche. Vantaggiosamente, l’unità base 13 comprende mezzi 28 per la regolazione della potenza di emissione del dispositivo emettitore 22 almeno fra un primo livello e un secondo livello più alto del primo. Ad esempio, il primo livello può corrispondere alla fornitura di una alimentazione elettrica di stand-by per l’unità remota, mentre il secondo livello può corrispondere alla fornitura di una alimentazione di pieno funzionamento. Nel caso di trasmissione in aria, i diversi livelli possono anche corrispondere a differenti possibili condizioni ambientali, al fine di garantire sempre la corretta alimentazione elettrica dell’unità remota al variare delle condizioni ambientali. The optical connection both for the data channel and for the transmission of energy can take place in the air or, advantageously, through suitable optical fiber connections 19, 24, depending on practical needs. For example, in the case of paths that are not straight and / or optically unshieldable, the use of optical fibers will be preferred. Advantageously, the base unit 13 comprises means 28 for adjusting the emission power of the emitter device 22 at least between a first level and a second level higher than the first. For example, the first level may correspond to the supply of a stand-by power supply for the remote unit, while the second level may correspond to the supply of a fully functioning power supply. In the case of transmission in the air, the different levels may also correspond to different possible environmental conditions, in order to always ensure the correct power supply of the remote unit when the environmental conditions vary.

L’unità remota 14 può anche vantaggiosamente inviare, fra le informazioni scambiate con l’unità base, anche un comando ai mezzi di regolazione 28 per potere comandare il passaggio fra detto primo e detto secondo livello a seconda delle necessità. The remote unit 14 can also advantageously send, among the information exchanged with the base unit, also a command to the adjustment means 28 to be able to command the passage between said first and said second level as needed.

In tale caso, è vantaggioso che il dispositivo ricevitore comprenda mezzi 27 di rilevazione della energia luminosa ricevuta e di invio di una segnalazione di allarme all’unità base se necessario. L’invio della segnalazione di allarme è attivata dal dispositivo ricevitore quando a seguito dell’invio all’unità base del comando di passaggio fra primo e secondo livello di potenza, i mezzi di rilevazione dell’energia luminosa ricevuta non rilevano un corrispondente aumento di tale energia luminosa. In this case, it is advantageous for the receiver device to include means 27 for detecting the light energy received and for sending an alarm signal to the base unit if necessary. The sending of the alarm signal is activated by the receiver device when, following the sending to the base unit of the switching command between the first and second power level, the means for detecting the light energy received do not detect a corresponding increase in this light energy.

In tale modo, durante il funzionamento viene automaticamente verificata la bontà della trasmissione ottica, rilevando guasti o la condizione di esaurimento del generatore laser. Ciò permette di essere avvertiti per tempo per le opportune riparazioni e manutenzioni. In this way, during operation the goodness of the optical transmission is automatically checked, detecting faults or the condition of exhaustion of the laser generator. This allows you to be notified in time for appropriate repairs and maintenance.

Può anche essere previsto che per mantenere l invio di potenza al secondo livello i mezzi di regolazione debbano ricevere ciclicamente il corrispondente comando dall’unità remota. In tale modo, facendo corrispondere il primo livello ad un potenza non pericolosa per la vista, si ha la sicurezza che una interruzione del circuito ottico, ad esempio causata dall’apertura del circuito causata da disconnessione della fibra ottica , l’energia luminosa emessa si riduca al livello di non pericolosità. It may also be envisaged that to maintain the transmission of power to the second level, the adjustment means must cyclically receive the corresponding command from the remote unit. In this way, by making the first level correspond to a power that is not dangerous for the eyes, it is ensured that an interruption of the optical circuit, for example caused by the opening of the circuit caused by disconnection of the optical fiber, the light energy emitted is reduce to the level of non-dangerousness.

In figura 2 è mostrata una vantaggiosa realizzazione del sistema, nella quale il collegamento ottico e la trasmissione dell’energia luminosa avviene entro uno degli isolatori elettrici 25 dell’apparecchiatura 12. Ad esempio, l’isolatore può essere assialmente cavo così da definire un canale 16 ai due estremi del quale sono poste le unità 13 e 14. Se le due unità sono a portata ottica, la trasmissione può avvenire in aria lungo il canale 26. Figure 2 shows an advantageous embodiment of the system, in which the optical connection and the transmission of light energy takes place within one of the electrical insulators 25 of the apparatus 12. For example, the insulator can be axially hollow so as to define a channel 16 at the two ends of which the units 13 and 14. If the two units are within optical range, the transmission can take place in the air along the channel 26.

Naturalmente, in tutti i casi l’uso di fibra ottica evita problemi di allineamento iniziale e di mantenimento dell’allineamento durante l’esercizio Of course, in all cases the use of optical fiber avoids initial alignment problems and maintenance of alignment during operation

A questo punto è chiaro come si siano raggiunti gli scopi prefissati, fornendo un sistema di telemisura e telecontrollo che assicuri in modo semplice e sicuro, l’isolamento galvanico fra zone ad alta e a bassa tensione. At this point it is clear how the intended purposes have been achieved by providing a remote measurement and remote control system that ensures galvanic isolation between high and low voltage areas in a simple and safe way.

Evitando la necessità di separazione galvanica per mezzo di trasformatori, si ottiene anche una drastica riduzione delle dimensioni, e un minore impatto ambientale, diminuendo la quantità di materiali isolanti, di olii e di resine solitamente impiegate nei circuiti ad alta tensione. Sono anche evitate interferenze. Ciò è particolarmente utile in campo ferroviario. By avoiding the need for galvanic separation by means of transformers, a drastic reduction in size is also obtained, and a lower environmental impact, by decreasing the amount of insulating materials, oils and resins usually used in high voltage circuits. Interference is also avoided. This is particularly useful in the railway field.

Naturalmente, la descrizione sopra fatta di una realizzazione applicante i principi innovativi della presente invenzione è riportata a titolo esemplificativo di tali principi innovativi e non deve perciò essere presa a limitazione deH'ambito di privativa qui rivendicato. Ad esempio, sebbene si siano mostrati e descritti i canali di trasmissione dati e di invio di energia come canali fisicamente separati, può essere anche pensato di impiegare un singolo canale (o una singola fibra ottica), impiegando opportuni splitter” ottici fra il canale e i vari di dispositivi di trasmissione e ricezione. Naturally, the above description of an embodiment applying the innovative principles of the present invention is given by way of example of such innovative principles and must therefore not be taken as a limitation of the patent scope claimed herein. For example, although the data transmission and energy transmission channels have been shown and described as physically separate channels, it can also be thought of using a single channel (or a single optical fiber), using suitable optical splitters between the channel and the various of transmitting and receiving devices.

Claims

CLAIMS 1. Telemetry and / or remote control system with a high degree of electrical isolation, comprising a remote unit and a base unit intended to exchange information, between the base unit and the remote unit, since there is an optical connection through which said information is exchanged, characterized by fact that the base unit comprises a light energy emitting device which is sent to the remote unit and the remote unit comprises a receiver device which receives said light energy and converts it into electrical energy intended to power the remote unit for its operation.

2. System according to claim 1, characterized in that said optical connection is made through an optical fiber.

3. System according to claim 1, characterized in that the light energy is transmitted between the emitter device and the receiver device through an optical fiber.

4. System according to claim 1, characterized in that the emitting device comprises a laser power generator.

5. System according to claim 1, characterized in that the receiver device comprises a photovoltaic cell for the conversion of light energy into electrical energy.

6. System according to claim 1, characterized by the fact that the base unit comprises means for adjusting the emission power of the emitting device at least between a first level and a second level higher than the first, the remote unit being able to send between the information also exchanged with the base unit a command to said adjustment means for the passage between said first and said second level.

7. System according to claim 6, characterized in that the receiver device comprises means for detecting the light energy received and means for sending an alarm signal back to the base unit, the sending means being activated by the receiver device when following the sending to the base unit the command for switching between the first and second power levels, the means for detecting the light energy received do not detect a corresponding increase in this light energy.

8. System according to claim 6, characterized by the fact that in order to maintain power transmission to the second level, the adjustment means must cyclically receive the said command from the remote unit.

9. System according to claim 1, characterized in that the remote unit is associated with an electrical equipment with a high degree of insulation and the optical connection and the transmission of light energy takes place within an electrical insulator of this equipment.

10. System according to claim 1, characterized in that the light emission of the emitter device is continuously monitored and is automatically interrupted in the event of inefficiency or dispersion of the transmission channel present between the emitter device and the receiver device.

11. System according to claim 1, characterized by the fact that the remote unit is associated with an electric traction line at a voltage higher than 1000 volts for its remote measurement and / or remote control.