ITVI20060233A1 - Sistema di analisi e gestione dei consumi di energia elettrica di un impianto - Google Patents
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Description
- 2 - Balzano & Zanardo S.p.A.
VI 2003 A 0 0 0 2 3 3
DESCRIZIONE dell'invenzione industriale
a nome: BEGHSLLI S.p.A.
di nazionalità: italiana
con sede a: MGNTEVEGL10 (BO).
*jftt ^4=Φ
La presente invenzione riguarda in genere un sistema di analisi e gestione dei consumi di energia elettrica di un impianto.
Più in particolare, l'invenzione riguarda un sistema per la misura e la contabilizzazione dei consumi di energia elettrica in modo differenziato per ogni singola utenza di un impianto.
La misura dell'energia elettrica è tradizionalmente effettuata con contatori che sono collegati a monte dell'insieme di utenze oggetto di fornitura di energia elettrica.
In generale, il raggruppamento delle utenze è effettuato in base a criteri topologici e di appartenenza dell'impianto ad una proprietà.
1 raggruppamenti sono effettuati in modo rigido e sono cablati in fase di costruzione dell'impianto.
Risulta quindi laborioso, a posteriori, distìnguere, all'interno di un impianto, gruppi di utenze, sui quali effettuare una misura selettiva del consumo di energia elettrica.
- 3 - Barzanò & Zanardo S.p.A.
Questo è senz'altro possibile solo cablando diversamente tali utenze e montando a monte di esse un distinto contatore di energia elettrica, peraltro con evidenti conseguenze negative dovute alla complessità dell'intervento ed ai costi onerosi, sia di materie prime che di manodopera, da sostenere.
Inoltre, l'operazione è tanto più complicata quanto più le utenze che si intende raggruppare sono topologicamente distinte.
Scopo della presente invenzione è, quindi, quello di ovviare agli inconvenienti menzionati in precedenza e, in particolare, quello di realizzare un sistema di analisi e gestione dei consumi di energia elettrica di un impianto, che, integrato in un contatore principale di energia, montato a monte dell'impianto nel punto di alimentazione, e con l'ausilio di un insieme di contatori ausiliari collegati in modo wireless al contatore principale, consenta, facilmente e in modo semplicemente rìconfigurabile, di misurare selettivamente l'energia consumata da sottoinsiemi di utenze dell'impianto, consentendo, quindi, di misurare, in qualsiasi istante, l'energia complessivamente consumata dall'impianto e le quote contemporaneamente consumate dai vari sottoinsiemi, Altro scopo della presente invenzione è quello di - 4 - Barzanò & Zanardo S.p.A.
realizzare un sistema di analisi e gestione dei consumi di energia elettrica di un impianto, in modo sostanzialmente semplice e a costi contenuti, alla luce dei vantaggi conseguiti.
Questi ed altri scopi sono raggiunti da un sistema di analisi e gestione dei consumi di energia elettrica di un impianto, secondo la rivendicazione 1 allegata?le ulteriori rivendicazioni contengono altre caratteristiche tecniche di dettaglio del sistema. In modo vantaggioso, l'analisi differenziata dei consumi di singole utenze o gruppi di utenze consente di realizzare una tariffazione differenziata per la realizzazione dì politiche di utilizzo dell'energia elettrica, finalizzate, ad esempio, al risparmio energetico; a tale proposito, ad esempio, la fornitura di energia elettrica dedicata alla forza motrice potrebbe essere tariffata in modo diverso dall'energia elettrica destinata all'illuminazione o al riscaldamento.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi saranno maggiormente evidenti dalla descrizione che segue, relativa ad un esempio di realizzazione preferito, ma non limitativo, del sistema di analisi e gestione dei consumi di energia elettrica di un impianto, oggetto dell'invenzione, e dai disegni annessi, in cui: - 5 - Balzano & Zanardo S.p.A.
- la figura 1 rappresenta uno schema a blocchi di massima del sistema di analisi e gestione dei consumi di energia elettrica di un impianto, secondo la presente invenzione;
la figura 2 rappresenta uno schema a blocchi di massima di un contatore principale, nella sua versione più generale, dì tipo trifase, impiegato nel sistema di analisi e gestione dei consumi di energia elettrica di un impianto, secondo la presente invenzione ;
- la figura 3 rappresenta uno schema a blocchi di massima di un dispositivo concentratore, eventualmente presente nel sistema di analisi e gestione dei consumi di energia elettrica di un impianto, secondo la presente invenzione;
- la figura 4 rappresenta uno schema a blocchi di massima di un contatore di energia distribuito, impiegato nel sistema di analisi e gestione dei consumi di energia elettrica di un impianto, secondo la presente invenzione.
Con particolare riferimento alla figura 1 allegata, che illustra lo schema a blocchi complessivo del sistema di analisi e gestione, che è oggetto della presente invenzione, con 1 è indicato un contatore principale di energia elettrica, installato a monte - 6 - Barzanò & Zanardo S.p.A.
di tutte le utenze elettriche,, alimentato dalla rete di distribuzione trifase a bassa tensione 2, mentre l'uscita trifase o le tre uscite monofase 3 del contatore principale X alimentano l'impianto.
Con 6 è indicato un dispositivo concentratorereventualmente collegato al contatore 1, mediante una opportuna interfaccia di collegamento 25, con 4 sono indicate varie utenze generiche, misurate in modo indifferenziato, mentre con 8', 8'', 8''' sono indicati una serie di contatori distribuiti, ciascuno collegato ad una specifica singola utenza elettrica che si intende misurare in modo puntuale.
Per esempio, nello schema a blocchi di figura X, le utenze, indicate con 5, di tipo cosiddetto A, sono misurate dai contatori distribuiti 8', le utenze 3, di tipo B, sono misurate dal contatori distribuiti 8'' e le utenze 10, di tipo C, sono misurate dai contatori distribuiti 8'' * .
I contatori 8', 8'', 8''' sono collegati al concentratore 6 e al contatore principale 1 in modalità wireless, mediante onde radio 7.
Sempre nello schema di figura 1 si individuano, infine, una serie di apparecchi elettrici specializzati XX, ognuno dei quali incorpora un contatore distribuito (in figura 1 sono - 7 - Barzanò & Zanardo S.p.A.
schematizzati, a titolo di esempio, una serie di apparecchi di illuminazione 11, ciascuno dei quali incorpora già all'interno il proprio misuratore di energia elettrica).
Con particolare riferimento allo schema a blocchi di figura 2 del contatore principale 1, nella sua versione più generale di tipo trifase, esso comprende una morsettiera di ingresso 31 quadrifilare (le tre fasi sono indicate con LI, L2, L3 e il neutro con N), oppure una morsettiera bifilare (fase L e neutro N) nel caso di utilizzo di un modello di contatore principale 1 di tipo monofase (il cui schema non è mostrato nelle figure allegate, ma di ovvia realizzazione a partire dal caso mostrato) , una uscita 32, tre sensori dì corrente 26, ad esempio del tipo toroidale, opportuni dispositivi amplificatori e/o condizionatori 12 dei segnali di corrente, opportuni misuratori di tensione 13, opportuni filtri di isolamento 4.3 per la separazione della comunicazione a onde convogliate, una interfaccia dì comunicazione 44, a onde convogliate, per la comunicazione verso la rete di distribuzione dell'energia elettrica del fornitore di enei'gia, un modem 45, con porta di interfaccia 46, che può essere del tipo ΡΞΤΝ, ADSL, GSM, GPRS, UMTS, per il - 8 - Barzanò & Zanardo S.p.A,
trasferimante remoto dei dati del contatore 1 e per il telecontrollo remoto del contatore 1 stesso, un mierocontrol1ore 15, un alimentatore 14, che fornisce ai circuiti del contatore 1 l'energia necessaria al loro funzionamento, una interfaccia utente 17, dotata di uno o più display e di una o più pulsantiere, ed una interfaccia di comunicazione 16 per il collegamento alle altri parti del sistema di misura. L'interfaccia di comunicazione 16 può essere del tipo a onde radio 34, a onde convogliate 33, a fili 35, con comunicazione di tipo seriale, ad esempio RS232, o RS485, o a infrarosso 36.
Con particolare riferimento allo schema a blocchi del dispositivo concentratore 6 di figura 3, si individuano :
un microcontrollore 19 ;
una interfaccia di comunicazione 18 verso il contatore principale 1, che può essere del tipo a onde radio 38, a onde convogliate 37, a fili 35, con comunicazione di tipo seriale, ad esempio KS232, o RS495, o a infrarosso 40;
una interfaccia utente 20, dotata di display e pulsanti ;
un ricetrasmettitore radio 29 , per il trasferimento di informazioni da e verso il resto del - 9 - Barzanò & Zanardo S.p.A.
sistema?
un alimentatore 21,
Infine, con particolare riferimento alla figura 4 , che illustra lo schema a blocchi di ciascun contatore di energia distribuito 8', 6'<1>, 3''' per la misura dell'energia elettrica consumata da una singola utenza elettrica, si individuano:
una morsettiera di ingresso 41;
una morsettiera di uscita 42;
opportuni circuiti di amplificazione e/o condizionamento 22 per la misura della tensione e della corrente assorbite dall'utènza;
una resistenza di shunt 27;
un alimentatore 28;
un microcontrollore 23, impiegato per l'elaborazione dei segnali, il computo dell'energia consumata e la gestione della comunicazione delle informazioni al sistema;
un ricetrasmettitore radio 24.
Il funzionamento del sistema di analisi e gestione dei consumi di energia elettrica di un impianto, secondo la presente invenzione, è sostanzialmente il seguente.
Il contatore principale 1 misura la potenza elettrica e l'energia elettrica consumata dall'insieme delle - 10 - Barzanò & Zanardo S.p.A,
utenze 4 collegate alla lìnea trifase o monofase 3. Ciascun contatore 8', 8'', 8''' misura la potenza e l'energia elettrica consumate da ciascuna singola utenza 5, 9, 10, mentre il concentratore 6 interroga periodicamente tutti i contatori distribuiti 8', 8'', 8<1>" e raccoglie i dati di consumo contabilizzati dai contatori 8' , 8' ', 8' '' stessi e, tramite l'interfaccia 25, il contatore principale 1 è in grado di acquisire il consumo di ogni singola utenza 5, 9, 10, 11 dell'impianto.
Quindi, il contatore principale 1 dispone periodicamente dei seguenti dati:
il consumo totale di energia elèttrica consumata dall'impianto, la potenza di picco assorbita e la potenza attuale
il consumo di energia elettrica consumata da ogni singola utenza 5, 9, 10, 11, e la potenza di picco e la potenza attuale assorbita da ogni singola utenza 5, 9, 10, 11;
il consumo di energia elettrica consumata da ogni raggruppamento di utenze che è possibile definire nell'impianto {ad esempio, l'insieme di tutte le utenze 5, di tipo A, oppure tutte le utenze 9, di tipo B, eco.), e la potenza di picco e la potenza attuale assorbita da tali gruppi.
- 11 - Barzanò & Zanardo S.p A,
Tutti i dati disponibili nel contatore 1 possono essere poi trasferiti, mediante l'interfaccia 44 o mediante il modem 45 e tramite il collegamento 46, verso eventuali sistemi di supervisione collegati alla rete di distribuzione del fornitore di energia elettrica 2 o alle reti dì telecomunicazione pubbliche (di tipo P5TN, ADSL, GSM, GPRS, UMTS).
Il fornitore di energia elettrica può utilizzare tali dati per implementare svariate politiche di tariffazione dell'energia e/o di promozione del risparmio, legati a tipi specifici di utenze.
E' evidente che il gestore di un sistema del tipo illustrato dispone, in ogni istante desiderato, del consumo di energia elettrica totale, del consumo di energia elettrica di ogni singola utenza, controllata mediante i contatori distribuiti &* , 8'', S"<1>, del consumo di energia elettrica di tutti i possibili raggruppamenti definiti in fase di programmazione del sistema delle utenze misurate dai contatori 8', 8'', 8''', e, per differenza, del consumo di tutti i carichi indifferenziati 4 non controllati direttamente dai contatori 8', 8'', 8'*'.
E' evidente che la struttura di comunicazione wireless, ottenuta mediante ad esempio onde radio 7, consente una facile e flessibile riallocabilità dei - 12 - Barzanò & Zanardo S.p.A.
contatori distribuiti 3', 8'', 8''' e consente quindi di installare facilmente il sistema descritto, anche e soprattutto, negli impianti elettrici esistenti, senza l'aggiunta di onerosi cablaggi che ne limiterebbero la realizzazione.
Infatti, ogni contatore distribuito 8', 8'', 8''' è autonomo e si inserisce semplicemente in serie all'utenza che deve controllare, alimentandosi anche dagli stessi fili in serie, dai quali misura l'energia assorbita dall'utenza stessa (come meglio evidente da guanto illustrato in figura 4).
Con riferimento allo schema dì figura 2, il microcontrollore 15 governa il contatore principale 1, tramite l'interfaccia 16 e, in particolare, acquisisce le misure di corrente e tensione dai circuiti di condizionamento 12 , 13 e calcola la potenza istantanea, la potenza attiva e la potenza reattiva -, inoltre, integrando la potenza istantanea, calcola l'energia consumata dalle utenze collegate all'uscita 32,
Il microcontrollore 15 gestisce poi 1'interiaccia utente 17, scandendo la tastiera e pilotando opportunamente il display, e, infine, governa i processi di comunicazione implementando i protocolli di comunicazione sia verso l'impianto, mediante<■>13 - Barzanò & Zanardo S.p.A;
l'interfaccia 16, che verso il sistema remoto di supervisione, mediante l'interfaccia a onde convogliate 44 o il modem 45.
Il contatore principale 1 può essere configurato mediante l'interfaccia locale 17 {tastiera e display), mediante una delle interfacce di comunicazione 16, oppure mediante una delle interfacce di comunicazione 44 c 46.
Tutti i protocolli di comunicazione sono protetti contro la manomissione delle informazioni, mediante sistemi di cifratura e/o di crittografia opportuni. Il dispositivo concentratore 6, illustrato in figura 3, è governato dal microcontrollore 19, il quale gestisce i protocolli di comunicazione verso il contatore principale 1 (attraverso l'interfaccia 18) e verso il sistema controllato attraverso l'interfaccia del radio-ricetrasmettitore 29.
In particolare, il ricetrasmettitore radio 29 è ad esempio del tipo FH DSSS { "Frequency Hopping Direct Sequenze Spread Spectrum"), funzionante nella banda da 2.400 a 2.483 GHz, utilizzabili in tutto il mondo, senza la necessità di licenze.
L'utilizzo di tale tecnica di comunicazione, implementabile a basso costo, con circuiti integrati dedicati, consente la realizzazione di una - 14 - Barzanò & Zanardo S.p.A.
comunicazione e stremamente affidabile,, immune da interferenze e attenuazioni e poco invasiva dal punto di vista della potenza emessa, poiché con piccole potenze di picco (grazie alla dispersione dello spettro) è possibile ottenere prestazioni di buon 1ivello .
Il protocollo di comunicazione con i contatori distribuiti 8 * , 8'', 8''' è del tipo con ripetizione automatica dei pacchetti dati tra i vari dispositivi costituenti il sistema, con instradamente dinamico e ricerca automatica del percorso migliore per il raggiungimento di un determinato nodo della rete radio .
Anche il dispositivo concentratore 6 ha una interfaccia utente 20 costituita da un display e da una tastiera, che vengono scanditi dal controllore 19, in modo opportuno per acquisire comandi locali e mostrare visualizzazioni locali.
L'interfaccia 18, dello stesso tipo dell*interfaccia 16, implementata nel contatore principale 1, può essere di vari tipi, secondo diversi standard, quali;
a onde convogliate 37, ad esempio del tipo FSK, ed almeno a due canali, a frequenze diverse, per avere una sufficiente ridondanza, al fine dì evitare malfunzionamenti dovuti a disturbi presenti su uno 15 - Barzanò & Zanardo S.p.A.
dei canali;
a onde radio 38, con tecnica ad esempio PH DS3S (in questo caso, l'interfaccia fisica può essere la stessa interfaccia radio-ricetrasmittente 29);
di tipo filare 39, ad esempio del tipo RS232 o RS485, oppure a loop di corrente con standard diversi ;
ad infrarosso 40, ad esempio di tipo· IRIDA, oppure secondo un diverso standard,
Ciascun contatore distribuito 8', 8'', 8'' (figura 4) è governato da un microcontrollore 23, il quale acquisisce le misure di corrente e tensione dai circuiti di condizionamento 22 e calcola la potenza istantanea, la potenza attiva e la potenza reattiva; inoltre, integrando la potenza istantanea, calcola l'energia consumata dall'utenza collegata alla sua uscita 42.
Il microcontrollore 23 gestisce la comunicazione radio mediante il ricetrasmettitore 24, con tecnica FH DSSS e protocollo a ripetizione multipla, con instradamento dinamico dei messaggi.
Inoltre, il microcontrollore 23 fornisce al contatore principale 1, mediante protocollo radio, ì dati di consumo contabilizzati localmente e gestisce localmente il conteggio dell'energia e del tempo - 16 - Barzanò & Zanardo S.p,A.
trascorso.
Il microeontrollore 23 ha, infine, al suo interno due contatori, che non sì cancellano in mancanza di alimentazione e che totalizzano l'energia consumata e il tempo trascorso a partire dalla installazione o dall'ultimo azzeramento comandato dal sistema.
E' evidente come tutte le funzioni descrìtte siano convenientemente realizzate grazie alla trasmissione radio delle informazioni ed alla flessibilità delle interfacce di remotizzazione dei dati resi disponibili dal sistema di conteggio dell'energia, il quale consente peraltro una notevole facilità di installazione e di configurazione del sistema, rendendone possibile la realizzazione senza difficoltà anche in caso di raggruppamenti complessi delle singole utenze controllate.
Dalla descrizione effettuata risultano chiare le caratteristiche del sistema di analisi e gestione dei consumi di energia elettrica di un impianto, che è oggetto della presente invenzione, così come chiari ne risultano i vantaggi,
In particolare, è evidente come tutte le funzioni descritte siano convenientemente realizzate grazie alla trasmissione radio delle informazioni, che consente una notevole facilità di installazione e di - 17 - Barzanò & Zanardo S.p.A.
configurazione dei dispositivi descritti, rendendone possibile la realizzazione a qualsiasi utente, anche inesperto.
E' chiaro, infine, che è possibile introdurre varianti realizzative al sistema di analisi e gestione in questione, senza uscire dai principi che sono alla base dell'idea inventiva, così come è chiaro che nella pratica attuazione dell'invenzione i materiali, le forme e le dimensioni potranno essere scelti a seconda delle differenti esigenza tecniche .
Barzanò & Sanando Milano S.p.A.
Claims (11)
- - 18 - Barxanò & Zanardo S.p.A. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di analisi e gestione dei consumi di energia elettrica di un impianto, del tipo comprendente almeno un primo dispositivo contatore (1) di energia elettrica, collegato ad una rete di alimentazione (2) ed installato a monte di utenze elettriche (4), i cui consumi sono misurati in modo indifferenziato, caratterizzato dal fatto che detto primo dispositivo contatore (1) di energia elettrica è connesso, via radio (7), ad almeno un secondo dispositivo contatore (8', 8'', 8'''), collegato univocamente ad una specifica utenza elettrica (5, 9, 10), di una determinata tipologia, i cui consumi sono misurati in modo puntuale.
- 2 . Sistema di analisi e gestione come alla rivendicazione l, caratterizzato dal fatto che detto primo dispositivo contatore (1) di energia elettrica presenta almeno un'uscita (3), trifase o monofase, atta ad alimentare l'impianto.
- 3. Sistema di analisi e gestione come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto primo dispositivo contatore (1) è collegato ad almeno un dispositivo concentratore (6), mediante almeno un'interfaccia (25), in modo da acquisire i consumi di ogni singola utenza (5, 9, 10, 11) dell'impianto. - 19 - Barzano & Zanardo S.p.À,
- 4. Sistema di analisi e gestione come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che a detta -uscita {3) di detto primo dispositivo contatore (l) di energia elettrica è connesso almeno un apparecchio elettrico specializzato {II), che incorpora un proprio dispositivo contatore.
- 5. Sistema di analisi e gestione come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto primo dispositivo contatore (1) include una serie di sensori di corrente (26), dispositivi amplificatori e/o condizionatori (12, 13) dei segnali di tensione e corrente, almeno una prima interfaccia di comunicazione (44), a onde convogliate, per la comunicazione verso la rete di distribuzione dell'energia elettrica del fornitore di energia, almeno una seconda interfaccia di comunicazione (16) per il collegamento alle altri parti del sistema, almeno un modem (45) per il trasferimento remoto dei dati del dispositivo contatore (1) e per il telecontrollo remoto di detto dispositivo contatore (1), ed un microcontrollore (15) di gestione del sistema .
- 6. Sistema di analisi e gestione come alla rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo concentratore (6) include un - 20 - Barzanò & Zanardo S.p.À. microcontrollore (19), che gestisce i protocolli di comunicazione verso detto primo dispositivo contatore (1), per mezzo di almeno una prima interfaccia di comunicazione (16), ed almeno un ricetrasmettitore radio (29), per il trasferimento di informazioni da e verso il resto del sistema, detto dispositivo concentratore (e) essendo atto ad interrogare periodicamente detti secondi dispositivi contatori (8', 6'', 8''').
- 7. Sistema di analisi e gestione come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che ciascun secondo dispositivo contatore (8', 8'', 8'''), atto alla misura dell'energia elettrica consumata da una singola utenza elettrica (5, 9, 10), comprende dispositivi di amplificazione e/o condizionamento (22) per la misura di tensioni e correnti assorbite dall'utenza elettrica (5, 9, 10), almeno una resistenza di shunt {27), un microcontrollore (23), atto all'elaborazione dei segnali, al computo dell'energia e della potenza consumata ed alla gestione della comunicazione delle informazioni al sistema, a partire dalle misure di corrente e tensione effettuate da circuiti di condizionamento (22) di detti secondi dispositivi contatori (8', 8' ', 8''') ed almeno un - 21 - Barzanò & Zanardo S.p.A. ricetrasmettitore radio (24) per la comunicazione via radio, tramite detto microcontrollore (23), dei dati di consumo contabilizzati localmente a detto primo dispositivo contatore (1),
- 8. Sistema di analisi e gestione come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto primo dispositivo contatore (1) permette di rilevare il consumo totale di energia elettrica, i valori di potenza di picco assorbita e di potenza attuale dell'impianto,, di ogni singola utenza elettrica (4, 5, 9, 10, 11} e di predeterminati raggruppamenti di utenze elettriche definibili nell'impianto.
- 9. Sistema di analisi e gestione come ala rivendicazione 1, caratterizzato dal fatte che ciascun secondo dispositivo contatore (8', 8'', 8'''} è autonomo ed è inseribile in serie all'utenza elettrica (5, 9, 10, li) da controllare.
- 10 . Sistema di analisi e gestione come alia rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detto microcontrolore (23) include all'interno almeno due contatori, che totalizzano l'energia consumata e il tempo trascorso, a partire dall'installazione o da un ultimo azzeramento comandato dal sistema.
- 11. Sistema di analisi e gestione dei consumi di energia elettrica di un impianto, sostanzialmente - 22 - Barzanò & Zanardo S.p.A. come descritto ed illustrato e per gli scopi specificati, Barzanò & Zanardo S.p.A. BR/br
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| IT000233A ITVI20060233A1 (it) | 2006-07-24 | 2006-07-24 | Sistema di analisi e gestione dei consumi di energia elettrica di un impianto |
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