ITMI20120316A1 - Sistema di misura sicura delle grandezze elettriche di una linea elettrica a media, alta o altissima tensione - Google Patents

Description

Descrizione di un brevetto d'invenzione a nome:

Forma oggetto del presente trovato un sistema per la misurazione di grandezze elettriche di una linea elettrica aerea o in cavo a media, alta o ad altissima tensione secondo il preambolo della rivendicazione principale.

Con riferimento alle citate linee elettriche a media, alta e altissima tensione e trifasi, per ciascuna fase à ̈ noto disporre di mezzi atti alla misurazione di almeno una grandezza elettrica (corrente e/o tensione) ad essa fase associata. Ciò al fine di mantenere sotto controllo la linea elettrica (ovvero lo stato di alimentazione di tale linea), per definire l'energia circolante in essa e per verificare se esistono distorsioni temporanee nel segnale elettrico alimentato che potrebbero creare problemi agli utenti finali connessi alla linea elettrica.

Il suddetto controllo permette anche di proteggere la linea da cortocircuiti o sovratensioni che dovessero insorgere localmente e poi trasferirsi lungo la linea stessa.

Al fine di misurare almeno una grandezza elettrica della linea ad alta tensione, qualora questa sia in corrente alternata, attualmente sono utilizzati dei trasformatori ad olio od a SF6gassoso connessi a ciascuna sua fase e riportati a terra attraverso opportuni supporti isolati specificatamente previsti per tale finalità. Attraverso tali supporti il dato di corrente e/o tensione misurato raggiunge i mezzi di trasferimento che lo immettono su una connessione elettrica, ad esempio un cavo, connessa ad una centrale di controllo da cui la linea viene tenuta sotto controllo.

Tali trasformatori, tuttavia, presentano vari inconvenienti. Ad esempio essi possono manifestare perdite di olio o infiltrazioni di umidità che possono portare ad un calo dell'isolamento sino ad una sua totale scomparsa con ovvie conseguenze come la generazione di scariche elettriche dalla linea alla terra e anche lo scoppio del trasformatore e del suo supporto.

La stessa cosa può avvenire anche nel caso in cui l'olio à ̈ sostituito da SF6gassoso usato come isolante (ad altissimo isolamento), uso che necessita di pompa per il mantenimento in pressione di tale gas; se la pressione dovesse scendere, si potrebbero avere le stesse conseguenze della mancanza d'olio nei trasformatori più sopra citati.

US2008/0077336 descrive un dispositivo per misurare almeno una grandezza elettrica caratteristica, ovvero la corrente e/o la tensione, di un segnale presente in ciascuna fase di una linea elettrica aerea ad alta o altissima tensione. Tale dispositivo comprende mezzi di misura o sensori di tensione o corrente per misurare la corrispondente caratteristica elettrica e collegati a tale fase; i sensori sono connessi a mezzi di trasferimento delle misure atti ad inviare i dati di queste ultime ad una stazione di monitoraggio dell'alimentazione della linea elettrica. Nell'anteriorità sopra citata, i mezzi di misura e quelli di trasferimento sono fisicamente separati, ma collegati a distanza attraverso segnali elettromagnetici che permettono di inviare i dati misurati dai mezzi o sensori di misura verso i mezzi di trasferimento e da questi alla stazione di monitoraggio.

Una analoga soluzione à ̈ descritta in WO2010/009413.

Tali noti dispositivi e correlati metodi operativi, tuttavia, presentano vari inconvenienti.

Innanzitutto, i segnali elettromagnetici usati per il trasferimento dei dati dai mezzi di misura (associati alla fase della linea elettrica) ai mezzi di trasferimento (posti a terra) sono risultati sensibili a segnali elettromagnetici o radio esterni, cosa che impedisce la corretta comunicazione tra tali mezzi. Inoltre anche agenti atmosferici (come neve o ghiaccio) che si accumulano sui mezzi di trasferimento a terra (quando la nota soluzione à ̈ usata in territori distanti da centri abitati, impervi e freddi) interferiscono sulla comunicazione attraverso onde elettromagnetiche o radio tra i mezzi di misura e quelli di trasferimento, con possibili impedimento del trasferimento dei dati di misura ottenuti e quindi un incorretto controllo della linea area.

A ciò si aggiunga che anche la presenza di animali tra i mezzi di misura e quelli di trasferimento oppure anche solo le temperature molto basse possono influenzare negativamente lo scambio dei dati tra i mezzi di misura e quelli di trasferimento.

Inoltre, le soluzioni note qui sopra citate consentono principalmente una corretta misurazione (e quindi un corretto controllo) della corrente fluente in linea, ma non della tensione. Quest'ultima misura à ̈ infatti influenzata, durante il trasferimento dei dati, dal campo elettromagnetico presente tra coppie di fasi.

Scopo pertanto del presente trovato à ̈ quello di offrire un sistema sicuro ed efficiente per misurare le grandezze elettriche, corrente e tensione, in ogni fase di una linea elettrica a media, alta o altissima tensione.

In particolare, scopo del trovato à ̈ quello di offrire un sistema del tipo citato che consenta di evitare scariche di corrente a terra e nel contempo di misurare adeguatamente la corrente e/o la tensione in una corrispondente fase della linea elettrica.

Un ulteriore scopo à ̈ quello di offrire un sistema il cui uso non risenta delle condizioni atmosferiche, delle interferenze elettromagnetiche locali o della presenza di animali.

Un altro scopo à ̈ quello di offrire un sistema del tipo citato che sia di rapido assemblaggio e di costi contenuti.

Questi ed altri scopi che risulteranno evidenti all'esperto del ramo vengono raggiunti da un sistema secondo le unite rivendicazioni.

Per una maggior comprensione del presente trovato si allegano a titolo puramente esemplificativo, ma non limitativo, i seguenti disegni in cui:

la figura 1 mostra una vista frontale di un sistema secondo il trovato;

la figura 2 mostra una vista schematica, a blocchi di una parte del sistema di figura 1;

la figura 3 mostra una vista schematica di parte del sistema secondo il trovato in una variante di realizzazione.

Con riferimento alle citate figure, un sistema secondo il trovato comprende un usuale condensatore di accoppiamento 1 collegato, in modo noto qualsiasi, alla fase F di una linea elettrica aerea da alta tensione L di tipo trifasica (di cui si mostra solo una fase nelle figure). Tale condensatore à ̈ di tipologia nota ed eventualmente à ̈ comunemente utilizzato per la trasmissione di onde convogliate sulla corrispondente fase della linea L.

Il condensatore di accoppiamento comprende, in modo noto, una base 2 posta su un supporto a terra sotto la linea L e da cui si eleva un corpo isolatore 3. Sulla sommità o parte estremale di quest'ultimo vi à ̈ una porzione allargata 4 da cui sporge un terminale ad alta tensione 5 collegato alla fase F. Nel corpo isolatore 3 vi sono connessioni elettriche (esemplificate dalla linea 8 ed attraverso il cui riferimento verranno identificate) connesse ad usuali organi e dispositivi elettrici 9 posti nella base 2 ed atto a consentire anche l'invio di onde convogliate con frequenze usualmente comprese tra 40 KHz e 1 MHz.

Il suddetto condensatore 1 à ̈ utilizzato come parte del dispositivo secondo il trovato ed in particolare come organo di supporto a terra di mezzi di misura 10 della corrente e della tensione della fase F della linea L ovvero del segnale elettrico che circola in essa. Tali mezzi di misura, in particolare sono associati e fissati alla porzione 4 del corpo 3 e sono connessi alla linea 8 così da poter trasferire alla base 2 del condensatore 1 i dati ottenuti delle misure della tensione e della corrente. I dati suddetti sono quindi inviati a mezzi di trasferimento 11 che li trasferiscono ad una stazione di controllo della linea L posta anche molto distante dal luogo in cui avviene la misura. Attraverso la linea 8, i mezzi di misura 10 vengono anche sincronizzati e alimentati da terra.

Più in particolare, i mezzi di misura 10 comprendono almeno un dispositivo o organo 15 per misurare la corrente nella fase F. Tale dispositivo 15 può essere un trasformatore di corrente, celle di Rogowski, resistori antiinduttivi o organi similari. I mezzi 10 comprendono anche un dispositivo o organo 18 per misurare la tensione della fase F. Tale dispositivo 18 può essere un trasformatore di tensione, resistori messi in serie e connessi alla fase F della linea L o organi similari.

Tali dispositivi di misura 15 e 18 sono connessi ad un convertitore analogico/digitale 19 a sua volta collegato ad una unità a microprocessore 26 tra il terminale 5 e la fase F à ̈ posto un filtro passa basso 21 presente sulla linea 8 e tra il filtro 21 e la linea L à ̈ posizionato il dispositivo di misura della tensione 18. Il filtro 21 funge da sbarramento al passaggio nella linea L dei segnali provenienti dai dispositivi 15 e 18 attraverso il convertitore analogico/digitale 19 ed il microprocessore 26, segnali relativi ai dati misurati di corrente e tensione che vengono così indirizzati lungo la linea 8 verso la base 2 del condensatore 1. Ciò attraverso un filtro passa banda 40 che collega il microprocessore 26 a tale linea.

Il filtro 21 serve anche da sbarramento ai segnali provenienti dalla base e inviati ad un filtro passa banda 20.

Tale filtro passa banda 20 à ̈ connesso alla linea 8 ed al microprocessore 26; tale filtro 20 à ̈ collegato anche ad un organo di alimentazione 50 degli interi mezzi di misura 10. Tale organo 50, ad esempio, à ̈ un circuito elettrico comprendente condensatori, raddrizzatori ed elementi equivalenti atti ad alimentare alla tensione corretta gli organi dei mezzi 10. Attraverso la linea 8 ed il filtro passa banda 20, ogni elemento dei mezzi di misura 10 (e cioà ̈: i dispositivi di misura 15, 18; il convertitore 19 ed il microprocessore 26 i filtri 21 e 40) à ̈ elettricamente alimentato dai mezzi di trasferimento 11. Tale alimentazione, così come lo scambio dei dati, à ̈ ottenuta lungo la linea 8 fisicamente presente nel condensatore 1, in posizione protetta entro quest'ultimo.

Il filtro 20 riceve dai mezzi 11 un segnale con frequenza F1che viene utilizzato per alimentare i mezzi 10 e per fornire un segnale di sincronismo al microprocessore 26. Dal filtro passa banda 40 invece viene generato un segnale con frequenza F2che trasporta i dati di misura, rilevati dagli organi 15 e 18, verso i mezzi 11.

Vantaggiosamente, il condensatore di accoppiamento 1 può supportare due mezzi di misura, di conformazione identica, primi mezzi di misura 10N operando come mezzi di misura usuali (o "normali"), i secondi mezzi di misura 10R operando come "riserva". Come mostrato in figura 3, la (tele)alimentazione dei mezzi di misura 10N e 10R à ̈ comune per entrambi in corrispondenza della fase F della linea L, mentre in prossimità di quest'ultima c'à ̈ un commutatore 25 che può mettere in comunicazione alternativamente i mezzi 10N e 10R con i mezzi di trasmissione 11 posti nella base 2 del condensatore 1, mezzi 11 che vantaggiosamente sono anch'essi sdoppiati in mezzi di trasmissione normali 11N e mezzi di trasmissione di riserva 11R. In corrispondenza di questi ultimi, un commutatore 30 consente che i segnali provenienti in alternativa dai mezzi di trasmissione 11N o 11R siano ricevuti contemporaneamente da mezzi 10N e 10R.

Nella figura 3, i mezzi di misura 10N e 10R sono esemplificativamente individuati da due componenti, 80 e 81. Il primo funge da modulatore trasmettitore, mentre il secondo da demodulatore ricevitore. Ogni componente 81 riceve il segnale con frequenza F1, emesso dai mezzi 11, mentre ogni componente 80 genera il segnale con frequenza F2. Tali componenti non sono indicati in figura 2 nello schema dei mezzi 10 per semplicità e chiarezza.

Analoghi componenti 82 e 83 (modulatore trasmettitore e demodulatore ricevitore) sono schematizzati nei mezzi 11N e 11R. Ogni componente 82 genera il segnale di frequenza F1, mentre ogni componente 83 Ã ̈ in grado di ricevere il segnale con frequenza F2.

La soluzione "sdoppiata" sopra descritta rende più sicuro il rilevamento dei dati della corrente e della tensione circolante e presente nella e sulla fase F della linea L in quanto, nel caso di guasto di uno dei mezzi di misura 10 o di uno dei mezzi di trasmissione 11 possono entrare in funzione gli altri mezzi di misura o di trasmissione.

Come detto, i mezzi di trasmissione 11 (o quelli 11N e 11R) comprendono un modulatore trasmettitore di segnali ad alta frequenza 82 connesso alla linea 8 che genera i segnali di alimentazione e di sincronismo (con frequenza F1) per i mezzi di misura 10. Questi ultimi generano un segnale di frequenza F2con i dati delle misure effettuate che vengono ricevuti dal demodulatore ricevitore 83. Questi dati, indirizzati al demodulatore 83, vengono indirizzati tramite una rete 37 quale una LAN o fibra ottica, ad una stazione di controllo remota. Il collegamento può avvenire preferibilmente con protocollo IEC61850.

Grazie al trovato à ̈ possibile mantenere un corretto funzionamento dei mezzi di misura 10 (alimentati anche nel caso mancasse la tensione o la corrente nella linea L) ed un sicuro trasferimento dei dati alla stazione di controllo remota. Infatti, i collegamenti fisici esistenti tra i mezzi 10 e 11 sono interni al condensatore 1; inoltre i mezzi di trasferimento 11 possono essere posti in posizione protetta vicino alla base 2 oppure in una postazione propria, prossima o distante dalla base 2, sempre protetta. Poichà ̈ la trasmissione dei segnali da e verso i mezzi di misura avviene tramite linea elettrica (8), il sistema secondo il trovato non risente di agenti atmosferici (come neve o ghiaccio), della presenza di eventuali animali selvatici, e non necessita dell'intervento umano in loco per il suo funzionamento.

I segnali trasferiti dai mezzi 11 possono contenere anche un riferimento temporale (marca temporale) che permette di campionare le misure con precisione nel tempo.

Grazie al fatto che il sistema oggetto del trovato sfrutta un condensatore di accoppiamento, poichà ̈ questi ultimi sono usualmente utilizzati lungo le linee a media, alta e altissima tensione, l'attuazione del trovato risulta semplificata e a costi ridotti.

E' stata descritta una forma di realizzazione del trovato. Altre ancora sono possibili come quella che prevede che i mezzi 10 e 11 siano duplicati (come nelle soluzioni di figura 3) e che operino sempre entrambi nella fase di misurazione della corrente e della tensione, i mezzi 11 potendo ricevere i dati di misura da uno qualsiasi di tali mezzi 10 semplicemente commutando la posizione dei commutatori 25 e 30.

Altre soluzioni sono possibili restando nell'ambito delle rivendicazioni che seguono.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema per misurare le grandezze elettriche, corrente e/o tensione, di un segnale presente in ciascuna fase di una linea elettrica aerea o incavo, a media, alta o altissima tensione, detto sistema comprendendo mezzi (10) per misurare ogni grandezza elettrica cooperanti con tale fase e mezzi di trasferimento (11) per trasferire ogni dato di misura ad una stazione di controllo della linea elettrica, i mezzi di misura (10) ed i mezzi di trasferimento (11) essendo associati ad un condensatore di accoppiamento a colonna (1), entro quest'ultimo essendo presenti connessioni elettriche (8), caratterizzato dal fatto che detti mezzi di misura (10) sono direttamente collegati alla rispettiva fase (F) della linea elettrica (L), senza interposizione di organi o corpi isolanti, detti mezzi di misura (10) e detti mezzi di trasferimento (11) essendo collegati tra loro attraverso le connessioni elettriche (8) suddette, lungo tali connessioni (8) essendo trasferiti i dati di misura relativi a detta corrente e detta tensione dai mezzi di misura (10) verso i mezzi di trasferimento, detti mezzi di misura essendo telealimentati e sincronizzati attraverso lo stesso condensatore interno (8).
2. 2. Sistema di cui alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di trasferimento (11) sono associati ad una base del condensatore di accoppiamento.
3. 3. Sistema di cui alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i mezzi di trasferimento sono separati dal condensatore di accoppiamento a colonna (1), ma sono elettricamente in contatto con detti mezzi di misura (10).
4. 4. Sistema di cui alla rivendicazioni 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di misura (10) comprendono un organo (15) atto alla misura della corrente circolante in linea ed un organo (18) atto alla misura della tensione nella linea (L), detti organi (15, 18) essendo direttamente connessi alla corrispondente fase (F) della linea (L) suddette.
5. 5. Sistema di cui alla rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che l'organo (15) per misurare la corrente elettrica à ̈ scelto tra un elemento resistivo, preferibilmente di tipo antiinduttivo, un trasformatore di corrente con un nucleo magnetico oppure una bobina Rogowski o un rilevatore di campo elettromagnetico o organo di misura similare.
6. 6. Sistema di cui alla rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che l'organo di misura della tensione (18) Ã ̈ scelto tra un trasformatore di tensione, resistori posti in serie e connessi alla fase (F) della linea elettrica (L) o organi di misura similari.
7. 7. Sistema di cui alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che si prevedono due mezzi di misura (10N, 10R) posti su ogni fase (F), della linea aerea (L) e corrispondenti mezzi di trasferimento (11), detti mezzi di misura (10N, 10R) essendo sempre alimentati entrambi, ma solo i dati di uno di tali mezzi di misura essendo inviati ai mezzi di trasferimento (U N, 11R).
8. 8. Sistema di cui alla rivendicazione 1 o 7, caratterizzato dal fatto che i mezzi di misura (10) sono associati ad una parte estremale del condensatore di accoppiamento a colonna (1) prossima alla linea elettrica (L) così da essere direttamente connessi a quest 'ultima.
9. 9. Sistema di cui alle rivendicazioni 1 e 4, caratterizzato dal fatto che i mezzi di misura (10) comprendono un filtro passa banda (20) collegato alle connessioni elettriche (8) del ricevente un segnale con una prima frequenza (Fi) dai mezzi di trasferimento (11), detto filtro (20) essendo posto tra dette connessioni (8) e una unità a microprocessore (26) ed un organo di alimentazione (50) atto ad alimentare, attraverso detto segnale con una prima frequenza generato dai mezzi di trasferimento (11), i mezzi di misura (10), detta unità a microprocessore essendo connessa ad un convertitore analogico/digitale (26) collegato a detti organi di misura della corrente (15) e della tensione (18), l'organo di misura della tensione (18) essendo collegato ad un filtro passa basso (21), detta unità o microprocessore essendo collegata ad un filtro passa banda attraverso il quale un segnale con una seconda frequenza (F2) contenente i dati della misura viene inviato ai mezzi di trasferimento (11).
10. 10. Sistema di cui alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende almeno una di dette caratteristiche: - i mezzi di trasferimento (11) comprendono un generatore/trasmettitore di segnali ad alta frequenza (82) atto ad alimentare e sincronizzare i mezzi di misura (10) attraverso il segnale alla prima frequenza (Fi).; - i mezzi di trasferimento (11) comprendono un demodulatore ricevitore (83) atto a ricevere i dati di misura inviati dai mezzi di misura (10) ed a trasferirli ad una rete (37) collegata alla stazione di controllo; - i mezzi di misura (10) comprendono un generatore trasmettitore (80) atto ad inviare i dati della misura della corrente e della tensione ottenuti ai mezzi di trasferimento (11) con il segnale alla seconda frequenza (F2); i mezzi di misura (10) comprendono un demodulatore ricevitore (81) atto a ricevere il segnale alla prima frequenza (Fi) generato dai mezzi di trasferimento (11) con cui questi ultimi alimentano e sincronizzano detti mezzi di misura (10).