ITUD20090177A1 - Trasformatore di misura autoalimentato - Google Patents
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Description
Descrizione del trovato avente per titolo:
"TRASFORMATORE DI MISURA PER GRANDEZZE ELETTRICHE"
CAMPO DI APPLICAZIONE
Il presente trovato si riferisce ad un trasformatore di misura per grandezze elettriche. Più precisamente, il presente trovato si riferisce ad un trasformatore di misura di tensione e/o corrente che consente la rilevazione di valori di tensione e/o corrente su reti a media e bassa tensione e la trasmissione dei dati relativi alla rilevazione direttamente ad un sistema centrale per le acquisizioni e elaborazioni necessarie.
STATO DELLA TECNICA
È noto che per effettuare misure di tensioni o di correnti elettriche che eccedono il campo di misura ammesso per i relativi strumenti di misura, quali voltmetri o amperometri, si utilizzano trasformatori di misura di corrente o di tensione. In particolare i trasformatori di misura di corrente (TA) vengono utilizzati per misurare correnti di linea primarie molto più elevate di quelle che sono tollerabili da un amperometro connesso al suo secondario; l'inserzione di detto trasformatore di corrente viene effettuata con l'avvolgimento primario collegato in serie alla rete.
I trasformatori di misura di tensione (TV), invece, vengono utilizzati per misurare tensioni al primario molto più elevate di quelle che sono sopportabili da un voltmetro connesso al suo secondario; à ̈ pure noto che l'inserzione di detto trasformatore di tensione viene effettuata con l'avvolgimento primario collegato tra i conduttori dei quali si vuole misurare la tensione.
Un inconveniente dei trasformatori di misura noti à ̈ che il loro utilizzo à ̈ limitato alla sola rilevazione o misura dei valori di tensione e/o corrente della rete elettrica senza permettere però l'analisi del loro andamento nel tempo.
Per ottenere ulteriori informazioni à ̈ necessario l'utilizzo di apparecchiature supplementari che, oltre a comportare costi aggiuntivi, implicano anche operazioni di installazione piuttosto complesse e quindi costi di gestione e manutenzione elevati .
Gli strumenti di misura e le apparecchiature utilizzate con i trasformatori di misura della tecnica nota, inoltre , non sono in grado di funzionare in ogni condizione operativa, ad esempio con tensioni non regolari o in condizioni di fuori servizio della rete .
Uno scopo del presente trovato à ̈ quello di realizzare un trasformatore di misura che consenta di analizzare gli andamenti di tensioni e/o correnti misurate evitando l'installazione di complesse apparecchiature .
Un ulteriore scopo del presente trovato à ̈ quello di realizzare un trasformatore di misura in cui gli strumenti di misura siano in grado di funzionare in ogni condizione operativa individuando e/o segnalando eventuali condizioni di guasto o malfunzionamento della rete elettrica su cui sono installati .
Per ovviare agli inconvenienti della tecnica nota e per ottenere questi ed ulteriori scopi e vantaggi , la Richiedente ha studiato, sperimentato e realizzato il presente trovato .
ESPOSIZIONE DEL TROVATO
Il presente trovato à ̈ espresso e caratterizzato nella rivendicazione indipendente.
Le rivendicazioni dipendenti espongono altre caratteristiche del presente trovato, o varianti dell'idea di soluzione principale.
In accordo con i suddetti scopi, un trasformatore di misura secondo il trovato à ̈ collegabile mediante un suo avvolgimento primario ad una rete elettrica, ad esempio di distribuzione, per misurare ad un suo avvolgimento secondario una corrente e/o tensione elettrica proporzionale alla corrente e/o tensione elettrica ai capi dell'avvolgimento primario.
Secondo un aspetto del trovato, il trasformatore di misura comprende almeno un avvolgimento supplementare soggetto ad una tensione che à ̈ proporzionale al carico di rete a cui sono soggetti il primario e il secondario del trasformatore, e mezzi elettronici di elaborazione e controllo, che sono collegati a detto avvolgimento supplementare per acquisire ed elaborare nel tempo i dati relativi almeno alle tensioni e/o correnti elettriche in detta rete elettrica.
Secondo una variante del trovato il trasformatore comprende mezzi di ricetrasmissione associati a detti mezzi elettronici di elaborazione e controllo e atti a trasmettere detti dati relativi almeno a tensione e corrente misurate ad una unità di raccolta dati.
Secondo un'ulteriore variante detti mezzi di ricetrasmissione sono del tipo senza fili ad esempio infrarossi, Bluetooth® od altro.
Secondo una prima soluzione il trasformatore di misura à ̈ un trasformatore di misura di corrente (TA).
Secondo un'altra soluzione il trasformatore di misura à ̈ un trasformatore di misura di tensione (TV).
Secondo un'altra soluzione il trasformatore di misura à ̈ configurato per una inserzione a wattmetro sulla rete elettrica.
È anche variante del trovato il prevedere che il trasformatore di misura comprenda almeno un sensore di temperatura, disposto in prossimità del trasformatore o remotamente da esso.
Secondo una ulteriore variante l'unità di raccolta dati à ̈ dotata di un'unità di identificazione, ad esempio a transponder, che elabora i segnali inviati da associate unità a transponder portabili da operatori.
Secondo un'altra variante, l'unità di raccolta dati à ̈ provvista di un'unità di geolocalizzazione. Secondo una variante l'unità di raccolta dati comprende mezzi di alimentazione elettrica ad energia solare.
Secondo un'altra variante tale unità di raccolta dati à ̈ dotata anche di un'unità di attuazione atta all'attivazione e/o spegnimento di un carico utilizzatore associato alla rete.
ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI
Queste ed altre caratteristiche del presente trovato appariranno chiare dalla seguente descrizione di una forma preferenziale di realizzazione, fornita a titolo esemplificativo, non limitativo, con riferimento agli annessi disegni in cui:
- la fig. 1 Ã ̈ una rappresentazione schematica del trasformatore di misura secondo il presente trovato;
- la fig. 2 à ̈ una rappresentazione schematica a blocchi del trasformatore di misura di fig. 1, dell'unità di raccolta dati e dei mezzi elettronici di elaborazione e controllo;
- la fig. 3 Ã ̈ una rappresentazione schematica a blocchi di una variante di fig.2.
Per facilitare la comprensione, numeri di riferimento identici sono stati utilizzati, ove possibile, per identificare elementi comuni identici nelle figure. Va inteso che elementi e caratteristiche di una forma di realizzazione possono essere convenientemente incorporati in altre forme di realizzazione senza ulteriori precisazioni .
DESCRIZIONE DI UNA FORMA PREFERENZIALE DI
REALIZZAZIONE
Con riferimento alla fig. 1, un trasformatore di misura 10 di grandezze elettriche, secondo il presente trovato, comprende un avvolgimento primario 11, un avvolgimento secondario 13 e un avvolgimento supplementare 17, mezzi di collegamento 12 per la connessione alla rete elettrica di cui si vuole effettuare la misura di tensione e/o corrente, un'unità elettronica di elaborazione e controllo 18 e un'unità di raccolta dati 21.
I mezzi di collegamento 12 possono comprendere ad esempio un toroide chiuso o una pinza oppure un qualsiasi altro mezzo atto ad effettuare un'installazione fissa o semifissa.
All'avvolgimento secondario 13 à ̈ collegato uno strumento di misura 14, nel caso mostrato un amperometro, anche se resta inteso che, in una differente modalità di installazione, lo strumento di misura può essere un voltmetro. È prevista inoltre la possibilità di escludere lo strumento di misura 14 con un carico resistivo 15 per mezzo di un apposito interruttore 16, questo per consentire ad esempio l'estrazione dello strumento di misura 14.
L'avvolgimento supplementare 17 à ̈ compreso nel trasformatore di misura 10 secondo un rapporto di trasformazione predeterminato in modo da ottenere una tensione e/o una corrente proporzionale al valore del carico di rete nonché adatta per trasmettere dati relativi alla misura all'unità elettronica di elaborazione e controllo 18. L'unità elettronica di elaborazione e controllo 18, opportunamente alimentata tramite uno stabilizzatore, di tipo noto e non illustrato in fig.1, consente l'acquisizione e l'elaborazione dei segnali rilevati in una forma adatta ad essere trasmessa all'unità di raccolta dati 21.
Con riferimento alle figg. 2 e 3, in cui sono illustrate schematicamente l'unità di raccolta dati 21 e l'unità di elaborazione e controllo 18, con linee tratteggiate sono indicate le connessioni di alimentazione dei componenti, e con linee continue sono indicate le interazioni fra i vari elementi. L'unità elettronica di elaborazione e controllo 18 comprende, nella soluzione preferenziale illustrata, un microcontrollore 23, un ricetrasmettitore 22, un orologio in tempo reale 24, o real time clock, un'unità di digitalizzazione 25, ad esempio un convertitore analogico-digitale, una memoria 26, una interfaccia di comunicazione 44 e un dispositivo stabilizzatore 19.
Il ricetrasmettitore 22, ad esempio del tipo senza fili, à ̈ a tecnologia nota come ZigBee, Bleutooth® o simili per il trasferimento di dati. I dati vengono trasmessi dal ricetrasmettitore 22 all'unità di raccolta dati 21 per mezzo di segnali in frequenza che saranno ad una frequenza prestabilita (ad esempio 2,4 GHz, 915 MHz, 868 MHz, 433 MHz, 315 MHz); tali valori sono fissati in funzione del tipo di ricetrasmettitore e ricevitore utilizzati.
L'orologio in tempo reale 24, ad esempio un componente RTC facilmente reperibile sul mercato, consente l'identificazione dell'istante temporale in cui si verifica un dato evento e permette l'applicazione di identificatori temporali sul segnale trasmesso.
I dati letti dal trasformatore di misura 10 vengono rilevati con un intervallo di campionamento sufficientemente piccolo e correlato alle variazioni delle tensioni e/o correnti da misurare in modo da ottenere un'accurata valutazione dell'andamento di tensione e/o di corrente. La trasmissione dei dati avviene per varianza del segnale o, in alternativa, ad istanti di tempo prestabiliti; nel caso di valori stabili nel tempo i dati vengono inviati per un predeterminato numero di volte, interrompendo tale trasmissione fino ad una successiva variazione del segnale letto. Resta inteso che tale segnale possa essere trasmesso sostanzialmente in modo periodico.
L'unità di digitalizzazione 25 consente la conversione dei dati letti da analogico a digitale per permetterne il trasferimento attraverso il ricetrasmettitore 22. Tale unità di digitalizzazione 25 con l'ausilio del microcontrollore 23 effettua l'analisi armonica (FFT) del segnale letto determinando l'ampiezza di un numero di armoniche del segnale di tensione e/o corrente atto ad ottenere una approssimazione voluta, ad esempio campionando le ampiezze della terza, quinta e settima armonica.
Il dispositivo stabilizzatore 19 à ̈ predisposto alla stabilizzazione ad un valore sostanzialmente costante della tensione disponibile ai capi dell'avvolgimento supplementare al fine di ottenere una voluta e stabile tensione continua di alimentazione per gli strumenti elettronici, evitando picchi e diminuzioni improvvise e transitorie della tensione di alimentazione; sempre allo scopo di proteggere l'unità di elettronica di elaborazione e controllo 18, in parallelo ai capi dell'avvolgimento supplementare 17 à ̈ disposto un soppressore di transienti 20 il quale ha una tensione di innesco leggermente superiore alla massima tensione di alimentazione dei mezzi elettronici 18; l'energia derivante dai picchi di tensione e/o corrente dovuti a cortocircuiti sulla linea di misura viene dissipata dal soppressore di transienti 20.
La memoria 26 ha lo scopo di memorizzare temporaneamente, a seconda della sua capacità , i dati che verranno trasferiti poi all'unità di elaborazione e controllo; questo consente ad esempio in caso di guasto il recupero di una parte dei dati antecedenti per permettere una successiva analisi delle cause che lo hanno generato. L'interfaccia di comunicazione 44 consente ad esempio all'operatore l'identificazione di un dato trasformatore di misura 10 oppure condizioni di guasto o simili.
Il microaccumulatore 27 consente, in caso di guasto o interruzione temporanea della rete, l'alimentazione dell'unità elettronica di elaborazione e controllo 18, per provvedere al suo funzionamento e permettere al ricetrasmettitore 22 la comunicazione della mancanza di energia della rete o dell'eventuale stato di guasto.
Il consumo in termini energetici dell'unità elettronica di elaborazione e controllo 18 del trasformatore di misura 10 à ̈ del tutto trascurabile rispetto alla potenza presente sul secondario 13. L'unità di raccolta dati 21 comprende un secondo microcontrollore 29, un ricevitore 28, un secondo orologio in tempo reale 30, un sistema di alimentazione 31 supportato, in caso di interruzione dell'alimentazione elettrica, da una batteria tampone 32, una memoria tampone 33 e un'unità di comunicazione 34.
L'unità di raccolta dati 21 à ̈ in grado di ricevere segnali da più trasformatori di misura 10 che sono disposti ad esempio in una cabina di trasformazione, su un palo di distribuzione o direttamente sui cavi della rete di distribuzione. L'unità di raccolta dati 21, lontandisposta dal trasformatore di misura 10, riceve con il ricevitore 28 il segnale inviato dal ricetrasmettitore 22.
Il secondo microcontrollore 29 provvede allo scambio di informazioni fra i vari elementi dell'unità di raccolta dati 21 e all'elaborazione dei dati ricevuti.
Il secondo orologio in tempo reale 30 consente la determinazione temporale dell'istante in cui avviene un dato evento.
L'unità di alimentazione 31 in genere à ̈ collegata alla rete elettrica presente ad esempio nella cabina in cui detta unità di raccolta dati 21 à ̈ posta.
E anche prevista una batteria tampone 32 che entra in funzione in casi di guasto dell'unità di alimentazione 31 o di interruzione momentanea della rete elettrica di alimentazione.
La memoria tampone 33 consente l'immagazzinamento dei dati per un certo intervallo di tempo; questo consente in caso di guasto la possibilità di esaminare i dati antecedenti il guasto.
L'unità di comunicazione 34 consente il trasferimento dei dati con tecnologia nota ad esempio via internet o ad onda convogliata alla stazione base 35.
La stazione base 35 Ã ̈ provvista di un elaboratore 36 che consente il monitoraggio del livello di carico delle varie linee della rete, il rilevamento di eventuali anomalie o guasti registrati e la gestione di tali problemi.
Con riferimento a fig. 3 viene presentata una variante del trasformatore di misura 10 secondo il presente trovato.
Il trasformatore di misura 10 à ̈ provvisto di un sensore di temperatura 37 che consente il controllo della temperatura di funzionamento del trasformatore 10 stesso o dell'ambiente in cui esso à ̈ installato, ad esempio una cabina di trasformazione, e trasmette il valore della temperatura dell'ambiente in cui à ̈ posto; tale segnale viene inviato in modo noto all'unità elettronica di elaborazione e controllo 18 per il successivo trasferimento all'unità di raccolta dati 21 e quindi disponibile per l'operatore nella stazione base 35.
L'unità di attuazione 38 à ̈ atta all'attivazione e/o spegnimento di un carico utilizzatore associato alla rete quando questi superi una soglia prestabilita o risulti dannoso per la rete elettrica ad esempio per problemi di surriscaldamento o per altre funzioni, ad esempio di telecontrollo. In alternativa l'unità di attuazione 38 può essere comandata dalla stazione base 35 le cui istruzioni di intervento vengono inviate ad appositi mezzi di attuazione (non mostrati ).
L'unità di raccolta dati 21 in questo caso à ̈ alimentata da un collettore fotovoltaico 39 allo scopo di rendere l'unità indipendente dalla rete di alimentazione .
È poi previsto anche l'utilizzo di un'unità di geolocalizzazione 40 ad esempio a tecnologia GPS che consente la localizzazione cartografica della cabina o palo o simili in cui i trasformatori di misura 10 sono posti.
L'unità di raccolta dati 21 à ̈ anche utilizzata come unità di identificazione 41 di transponder 42 portabili da operatore ed alimentati ad esempio a batteria. L'unità di raccolta dati 21 à ̈ infatti dotata di un'unità di identificazione 41 in grado di interagire con il transponder 42 dell'operatore. Questa unità di identificazione 41 consente di avviare una serie di attività che garantiscono la sicurezza dell'operatore quando venga rilevata la sua presenza.
Un'ulteriore unità di rilevamento 43 permetterà la rilevazione di persone non autorizzate all'interno della cabina e consentirà l'invio di una segnalazione alla stazione base 35.
È chiaro che al trasformatore di misura fin qui descritto possono essere apportate modifiche e/o aggiunte di parti, senza per questo uscire dall'ambito del presente trovato. Per esempio à ̈ possibile inserire nelle reti elettriche di misura sia un dispositivo di acquisizione di corrente che di tensione ottenendo in questo modo un'analisi completa del carico agente sulle linee; allo stesso modo à ̈ possibile prevedere l'utilizzo di più trasformatori di misura ciascuno disposto su ogni linea della rete in modo da verificare il bilanciamento dei carichi sulle linee.
È anche chiaro che, sebbene il presente trovato sia stato descritto con riferimento ad alcuni esempi specifici, una persona esperta del ramo potrà senz'altro realizzare molte altre forme equivalenti di trasformatori di misura, aventi le caratteristiche espresse nelle rivendicazioni e quindi tutte rientranti nell'ambito di protezione da esse definito.
Claims (11)
- RIVENDICAZIONI 1. Trasformatore di misura collegabile mediante un suo avvolgimento primario (11) ad una rete elettrica per misurare ad un suo avvolgimento secondario (13) una corrente e/o tensione elettrica proporzionale alla corrente e/o tensione elettrica ai capi dell'avvolgimento primario (11), caratterizzato dal fatto che comprende almeno un avvolgimento supplementare (17) soggetto ad una tensione proporzionale a quella di rete, e mezzi elettronici di elaborazione e controllo (18), collegati a detto avvolgimento supplementare (17) per acquisire nel tempo dati relativi a tensioni e/o correnti elettriche della rete elettrica.
- 2. Trasformatore di misura come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende mezzi di ricetrasmissione (22) associati a detti mezzi elettronici di elaborazione e controllo (18) e atti a trasmettere detti dati ad una unità di raccolta dati (21).
- 3. Trasformatore di misura come nella rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di ricetrasmissione (22) sono del tipo senza fili.
- 4. Trasformatore di misura come nelle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto trasformatore di misura (10) Ã ̈ un trasformatore di misura di tensione.
- 5. Trasformatore di misura come nelle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che detto trasformatore di misura (10) Ã ̈ un trasformatore di misura di corrente.
- 6. Trasformatore di misura come nelle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che à ̈ configurato per una inserzione a wattmetro in detta rete elettrica.
- 7. Trasformatore di misura come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il trasformatore di misura (10) comprende almeno un sensore di temperatura (37), disposto in prossimità del trasformatore o remotamente da esso.
- 8. Trasformatore di misura come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l'unità di raccolta dati (21) comprende mezzi di geolocalizzazione (40) dei trasformatori di misura (10).
- 9. Trasformatore di misura come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l'unità di raccolta dati (21) comprende mezzi di alimentazione elettrica ad energia solare
- 10. Trasformatore di misura come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l'unità di raccolta dati (21) comprende un'unità di attuazione (38).
- 11. Trasformatore di misura come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l'unità di raccolta dati (21) comprende un'unità di identificazione (41) di transponder (42) portabili da operatori.
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