PL198157B1 - Urządzenie sprzęgające z izolacją galwaniczną - Google Patents

Abstract

1. Urz adzenie sprz egaj ace z izolacj a galwaniczn a dwóch sieci dystrybucji pr adu elektrycznego, mo zliwie niezale znych wzajemnie od siebie, stosowanych zarówno do przekazywania przebiegów niskonapi eciowych lub pr adu sta lego, jak równie z do przekazywania, poprzez pr ady no sne, sygna lów transmisyjnych wysokiej i sredniej cz esto- tliwo sci, które to urz adzenie zawiera dwa obwody sprz ega- j ace, pierwotny i wtórny, do laczone odpowiednio do tych sieci i oddzielone od siebie wzajemnie przez elektrycznie nie przewodz acy materia l sta ly, znamienne tym, ze ka zdy z obwodów sprz egaj acych (E 1 , E 2 ) zawiera obwód filtruj a- cy (L 1 , L 2 , C 1 , C 2 , C' 1 i, C' 2 ) górnoprzepustowy lub pasmowy zawieraj acy cewk e dostrojon a do wysokiej cz estotliwo sci przesy lanych sygna lów, przy której to cz estotliwo sci ten obwód filtruj acy (L 1 , L 2 , C 1 , C 2 , C' 1 i, C' 2 ) ma minimaln a impedancj e, a ponadto warstwa nie przewodz acego mate- ria lu (R), poprzez któr a jest realizowane sprz ezenie, sk lada si e z materia lu przezroczystego maj acego dwie przeciwle- gle powierzchnie czo lowe, wzgl edem których obwody sprz egaj ace (E 1 , E 2 ) s a rozmieszczone tak, ze warstwa materia lu nie przewodz acego (R) ogranicza pomi edzy obwodami sprz egaj acymi (E 1 , E 2 ) przezroczyst a fizyczn a separacj e widoczn a z zewn atrz tego urz adzenia. PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie sprzęgające z izolacją galwaniczną, zwłaszcza dwóch sieci dystrybucji prądu elektrycznego.

Rozwiązania tego rodzaju są wykorzystane do realizacji urządzeń sprzęgających dla transmisji sygnałów realizowanych przy pomocy prądowych sygnałów nośnych wysokiej częstotliwości (średniej lub niskiej częstotliwości) pomiędzy kilkoma sieciami dystrybucyjnymi energii elektrycznej, niezależnymi od siebie. Przy pomocy urządzeń sprzęgających możliwe jest zestawienie kanału wymiany informacji pomiędzy modułem nadawczym i/lub modułem odbiorczym, włączonymi w dowolnych punktach różnych sieci.

W szczególności, rozwiązania tego rodzaju wykorzystane są w urządzeniu do realizacji zdalnego monitoringu sterowania lampami publicznej sieci oświetleniowej, jak to przedstawiono we francuskim zgłoszeniu patentowym nr FR 95 05748 z dnia 12 maja 1995 r. Urządzenie to wprowadza w pobliżu każdej lampy wyładowczej słupa oświetleniowego urządzenie służące do nadawania/odbierania poprzez prądowy sygnał nośny komunikatów wytworzonych przez linie elektryczne zasilające te słupy oświetleniowe. Komunikaty pochodzą lub są przesyłane do środków nadawczych/odbiorczych przypisanych innemu słupowi oświetleniowemu i/lub centralnemu sterownikowi i stacji monitoringu.

Środki nadawcze/odbiorcze przypisane do lampy połączone są po pierwsze z urządzeniem włączającym i wyłączającym lampę zgodnie z poleceniami przesyłanymi przez stację centralną, a ponadto z obwodem kontrolnym wykrywającym usterki lampy, który generuje, jeśli takie wystąpią, sygnał awarii przeznaczony dla stacji centralnej.

Sieć elektryczna do zasilania słupów oświetleniowych zwykle zawiera przynajmniej jedną stację transformatorową, przystosowaną do przekształcania odbieranego prądu elektrycznego o wysokim napięciu na trójfazowy prąd elektryczny niskiego napięcia, do zasilania zestawu szaf rozdzielczych publicznej sieci oświetleniowej. Każda z szaf rozdzielczych publicznej sieci oświetleniowej odbiera na wejściu trójfazowy prąd elektryczny niskiego napięcia i zasila szereg linii elektrycznych niskim napięciem jednofazowym. Każda ze wspomnianych linii zasila wiele kolejnych słupów oświetleniowych zaopatrzonych w urządzenie sprzęgające.

Gdy wspomniana sieć jest skomplikowana i zawiera kilkanaście stacji transformatorowych, z których każda jest połączona z wieloma szafami rozdzielczymi, linie transmisyjne zasilane przez różne stacje transformatorowe są oddzielone od siebie w zakresie prądów wysokich częstotliwości i nie mogą komunikować się wzajemnie przy pomocy nośnych sygnałów prądowych.

Aby umożliwić komunikację pomiędzy dwoma liniami zasilanymi przez różne stacje transformatorowe, niezbędne jest wprowadzenie urządzenia sprzęgającego zdolnego do przesyłania sygnałów wysokiej częstotliwości pomiędzy wspomnianymi liniami, z zachowaniem pełnej izolacji dla prądów niskiej częstotliwości przenoszonych przez wspomniane linie.

Tak więc, uwzględniając poziomy napięć przenoszonych w tych liniach i zagrożenia (zwarciem - porażenia prądem elektrycznym), na jakie narażony jest operator odpowiedzialny za instalację i obsługę urządzeń sprzęgających, korzystnym jest aby łączące przewody elektryczne przyłączone do wspomnianego urządzenia były od siebie oddzielone tak, aby zagwarantować wystarczającą izolację i ułatwić identyfikację przewodów elektrycznych, a przez to wyeliminować niebezpieczeństwo pomylenia tych przewodów.

Jednakże, w pobliżu urządzeń sprzęgających, w których zbiegają się wspomniane przewody, istnieje szereg różnego rodzaju problemów. Celem wynalazku jest wyeliminowanie tych wad i rozwiązanie problemów przy pomocy urządzenia sprzęgającego zaprojektowanego specjalnie z myślą o obserwacji wymagań bezpieczeństwa.

Urządzenie sprzęgające z izolacją galwaniczną dwóch sieci dystrybucji prądu elektrycznego, możliwie niezależnych wzajemnie od siebie, stosowanych zarówno do przekazywania przebiegów niskonapięciowych lub prądu stałego, jak również do przekazywania, poprzez prądy nośne sygnałów transmisyjnych wysokiej i średniej częstotliwości, które to urządzenie zawiera dwa obwody sprzęgające, pierwotny i wtórny, dołączone odpowiednio do tych sieci i oddzielone od i siebie wzajemnie przez elektrycznie nie przewodzący materiał stały, według wynalazku charakteryzuje się tym, że każdy z obwodów sprzęgających zawiera obwód filtrujący górnoprzepustowy lub pasmowy zawierający cewkę dostrojoną do wysokiej częstotliwości przesyłanych sygnałów, przy której to częstotliwości ten obwód filtrujący ma minimalną impedancję. Ponadto warstwa nie przewodzącego materiału, poprzez którą jest realizowane sprzężenie, składa się z materiału przezroczystego mającego dwie przeciwległe

PL 198 157 B1 powierzchnie czołowe, względem których obwody sprzęgające są rozmieszczone tak, że warstwa materiału nie przewodzącego ogranicza pomiędzy obwodami sprzęgającymi przezroczystą fizyczną separację widoczną z zewnątrz tego urządzenia.

Korzystnym jest, że każda z cewek obwodów sprzęgających jest utworzona w postaci uzwojenia nawiniętego przewodem wokół ferrytowego rdzenia.

Korzystnym jest, że dwie cewki obwodów sprzęgających są wzajemnie równolegle wypośrodkowane i odpowiednio zamontowane na dwóch współosiowych dyskowych obwodach drukowanych, wypośrodkowanych prostopadle względem cewek obwodów sprzęgających, a każdy z dyskowych obwodów drukowanych jest elementem podporowym komponentów obwodu filtrującego.

Korzystnym jest, że dwa dyskowe obwody drukowane są zabudowane w dwóch tulejach umieszczonych współosiowo naprzeciwko siebie, oddzielonych od siebie przekładką utworzoną przez warstwę nie przewodzącego materiału przezroczystego optycznie.

Korzystnym jest, że krawędzie naprzeciwko tulei są przyklejone do przeciwnych powierzchni przekładki utworzonej z warstwy nie przewodzącego materiału, a dyskowe obwody drukowane są połączone ze sobą za pomocą połączenia śrubowego, wykonanego z materiału nie przewodzącego i przechodzącego przez współosiowe otwory umieszczone w przekładce utworzonej z warstwy nie przewodzącego materiału oraz przez dyskowe obwody drukowane.

Korzystnym jest, że odległość pomiędzy obwodami drukowanymi a przekładką utworzoną z warstwy nie przewodzącego materiału jest regulowana za pomocą rurek rozporowych, przez które przechodzą śruby.

Korzystnym jest, że każda cewka obwodów sprzęgających zawiera uzwojenie nawinięte wokół centralnego rdzenia wykonanego z ferrytowego kształtownika o przekroju poprzecznym w kształcie litery „E”.

Korzystnym jest, że ferrytowe kształtowniki są umieszczone współosiowo naprzeciwko siebie, zwrócone ku sobie stronami przeciwnymi do swoich spodnich części i są oddzielone od siebie dyskiem wykonanym z materiału przezroczystego.

Rozwiązanie według wynalazku dotyczy elektromagnetycznego urządzenia sprzęgającego zawierającego dwa oddzielne obwody przystosowane do naprzemiennego pełnienia roli obwodu pierwotnego i/lub obwodu wtórnego, przy czym te dwa obwody są oddzielone od siebie przy pomocy materiału nie przewodzącego elektrycznie, poprzez który realizowane jest sprzężenie.

Zastosowany w rozwiązaniu według wynalazku nie przewodzący materiał jest materiałem optycznie przezroczystym, dającym możliwość wzrokowej obserwacji z jednoczesnym rozdzieleniem dwóch obwodów sprzęgających wzajemnie od siebie. Materiałem nie przewodzącym jest korzystnie szkło lub przezroczyste tworzywo sztuczne posiadające dwie równoległe powierzchnie, na których umieszczone są elementy dwóch obwodów sprzęgających urządzenia.

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie architekturę sieci dystrybucji energii elektrycznej wyposażonej w urządzenie sterujące i monitorujące publiczną instalację oświetlenia, fig. 2 - schemat elektryczny urządzenia sprzęgającego, fig. 3 - osiowy schematyczny częściowy przekrój pierwszego przykładu wykonania urządzenia sprzęgającego, fig. 4 - perspektywiczny widok tego urządzenia, a fig. 5 przedstawia schematyczny częściowy przekrój drugiego przykładu wykonania urządzenia.

Jak to przedstawiono na fig. 1, sieć zawiera dwie niezależne stacje elektryczne 1,2, a każda ze stacji przekształca prąd o wysokim napięciu, który odbiera na wejściu, na trójfazowy prąd niskiego napięcia (220 V). Stacje 1,2 są wykorzystywane do zasilania dwóch zestawów szaf rozdzielczych 61, 62-6'1, 6'₂, przy czym część z nich (na przykład szafy 61 i 6'₂) są umieszczone w publicznej instalacji oświetleniowej.

Szafy 61 odbierają na swoim wejściu trójfazowy prąd niskiego napięcia i zasilają zestaw linii przesyłowych 7 napięcia jednofazowego. Każda z linii 7 zawiera dwa przewody 15, 16 zasilające wiele lamp wyładowczych, z których każda jest przypisana do urządzenia sterującego i monitorującego 10.

Urządzenie 10 jest przystosowane do przesyłania i odbierania informacji przy wykorzystaniu prądowego sygnału nośnego zakodowanego z wykorzystaniem modulacji fazowej, na przykład sygnału nośnego o częstotliwości 132 KHz, poprzez linie 7 sieci dystrybucji energii elektrycznej tak, aby nawiązać połączenie ze stacją centralną 3, tu połączoną z jedną z linii zasilających innej szafy rozdzielającej 6'₂, która zasila linie przesyłowe 17, niezależne od linii przesyłowych 17. Z tego powodu stacja centralna 3 jest wyposażona w komputer 5 połączony z linią 7 za pomocą modułu interfejsu 4.

PL 198 157 B1

Jak już wspomniano, celem wynalazku jest umożliwienie komunikacji pomiędzy stacją centralną 3 i urządzeniami sterującymi i monitorującymi 10, przypisanymi do lamp wyładowczych, zasiianych przez linie 7 i 17, połączone z szafami rozdzielczymi 61 i 6'2. Tak więc, realizuje ono połączenie sprzęgające przewody elektryczne 15, 16 jednej z linii 7 z przewodami jednej z linii 17 połączonej do szafy rozdzielczej 2.

Sprzężenie takie jest realizowane przez urządzenie sprzęgające 18, schematycznie przedstawione na fig. 1 przez czwórnik połączony parą swoich zacisków B1, B2 z przewodami 15, 16, podczas gdy pozostałe dwa zaciski B3, B4 są połączone z przewodami 20, 21 linii 17.

W przykładzie przedstawionym na fig. 2 do 4, urządzenie sprzęgające wykorzystuje dwie cewki dwóch obwodów sprzęgających E1, E2, umieszczone naprzeciwko siebie, każda z tych cewek jest połączona z dwoma przewodami 15, 16-20, 21 odpowiedniej linii za pomocą dwóch przewodów elektrycznych i obwodu filtrującego zawierającego rezystor indukcyjny L1, L2, jednostkę kondensatorów włączoną szeregowo C1, C2 oraz kondensator włączony równolegle C'₁, C'2. Ta sieć tworzy wraz z cewką każdego z obwodów sprzęgających E1, E2 filtr pasmowy, którego środek pasma przepustowego jest umieszczony na częstotliwości sygnałów wymienianych pomiędzy stacją centralną a urządzeniami 10 sterującymi i monitorującymi lampy (na przykład 130 KHz).

W tym przykładzie każda cewka obwodów sprzęgających E1, E2 jest wykonana z uzwojenia nawiniętego przewodem elektrycznym wokół ferrytowego rdzenia N1, N2. Dwie cewki obwodów sprzęgających E1, E2 są wypośrodkowane równolegle do siebie i odpowiednio zamontowane na dwóch współosiowych dyskach płytek obwodów drukowanych D1, D2 wypośrodkowanych prostopadle do cewek obwodów sprzęgających E1, E2. Każdy z obwodów drukowanych D₁, D2 zawiera rezystor indukcyjny oraz dwa kondensatory obwodu filtrującego.

Dwa dyski obwodów drukowanych D1, D2 wraz ze swoim wyposażeniem są zabudowywane na przykład w tulejach wykonanych z PCV M1, M2, umieszczonych współosiowo względem siebie i oddzielonych od siebie przy pomocy grubej przekładki utworzonej z warstwy nie przewodzącego materiału R optycznie przezroczystego.

Jednostka jest przymocowana za pomocą po pierwsze przyklejenia krawędzi przeciwległych tulei M1, M2 do przeciwnych powierzchni przekładki z warstwy nie przewodzącego materiału R, a po drugie za pomocą śrub V-i, V2 wykonanych z materiału nie przewodzącego elektrycznie, biegnących osiowo wewnątrz tulei M1, M2 i przechodzących przez współosiowe otwory wykonane w tej przekładce oraz w obwodach drukowanych D1, D2. Główki śrub V₁, V2 opierają się na zewnętrznej powierzchni jednego z obwodów drukowanych D2, podczas gdy nakrętki nakręcone na nagwintowane krańce śrub opierają się na zewnętrznej powierzchni drugiego z obwodów drukowanych D1. Odległość pomiędzy obwodami drukowanymi i przekładką z warstwy nie przewodzącego materiału R jest utrzymywana przy wykorzystaniu rurek rozporowych ET, wewnątrz których biegną śruby V1, V2.

Po stronie przeciwnej do przekładki z warstwy nie przewodzącego materiału R, przestrzeń objęta przez obwód drukowany D1, D2 i tuleję M₁, M2 umożliwia poprowadzenie przewodów łączących FL1, FL2. Przestrzeń ta jest korzystnie wypełniona materiałem wypełniającym, zapewniającym szczelność jednostki.

Po zamontowaniu, urządzenie sprzęgające posiada kształt cylindryczny, posiadający dwie części nieprzezroczyste P1, P2, z których każda mieści odpowiedni obwód sprzęgający. Wspomniane dwie części P1, P2 są oddzielone przez część przezroczystą P3 posiadającą większą średnicę i utworzoną przez przekładkę z warstwy nie przewodzącego materiału R.

Tak więc, operator może wzrokowo sprawdzić poprawność izolacji pomiędzy dwoma sprzężonymi obwodami. Przez fizyczne odseparowanie przewodów połączeniowych odpowiednio przyłączonych do dwóch zewnętrznych urządzeń sprzęgających zapewniono całkowicie uniknięcie możliwości popełnienia błędu w połączeniu przewodów, zapewniając jednocześnie pełną izolację pomiędzy przewodami elektrycznymi.

W przykładzie przedstawionym na fig. 5, każda z cewek obwodów sprzęgających zawiera uzwojenie E'1, E'2 zabudowane wokół centralnych ferrytowych kształtowników PF1, PF2, o przekroju poprzecznym w kształcie przypominającym literę „E”.

Dwa ferrytowe kształtowniki PF1, PF2 są umieszczone współosiowo naprzeciwko siebie, zwrócone ku sobie stronami przeciwnymi do swoich spodnich części FD1, FD2 i są oddzielone od siebie dyskiem DT wykonanym z materiału przezroczystego.

Mocowanie zespołu uzyskano przez przyklejenie powierzchni promieniowych dwóch kształtowników do dwóch przeciwnych równoległych powierzchni dysku.

PL 198 157 B1

Oczywiście wynalazek nie jest jedynie ograniczony do sterowania i monitorowania publicznych instalacji oświetleniowych. Wynalazek może zostać zastosowany w szeregu obwodów o charakterze prądowym, w szczególności pomiędzy stacjami nadawczymi i/lub odbiorczymi oraz w przypadku wykorzystania linii sieci dystrybucji energii elektrycznej jako linii służącej do transmisji sygnałów.

Claims (8)

1. Urządzenie sprzęgające z izolacją galwaniccną dwóch sieci dystrybucji prąąu możliwie niezależnych wzajemnie od siebie, stosowanych zarówno do przekazywania przebiegów niskonapięciowych lub prądu stałego, jak również do przekazywania, poprzez prądy nośne, sygnałów transmisyjnych wysokiej i średniej częstotliwości, które to urządzenie zawiera dwa obwody sprzęgające, pierwotny i wtórny, dołączone odpowiednio do tych sieci i oddzielone od siebie wzajemnie przez elektrycznie nie przewodzący materiał stały, znamienne tym, że każdy z obwodów sprzęgających (Ei, E₂) zawiera obwód filtrujący (Li, L₂, Ci, C₂, C', i, C'2) górnoprzepustowy lub pasmowy zawierający cewkę dostrojoną do wysokiej częstotliwości przesyłanych sygnałów, przy której to częstotliwości ten obwód filtrujący (Li, L2, Ci, C2, C'i i, C'2) ma minimalną impedancję, a ponadto warstwa nie przewodzącego materiału (R), poprzez którą jest realizowane sprzężenie, składa się z materiału przezroczystego mającego dwie przeciwległe powierzchnie czołowe, względem których obwody sprzęgające (Ei, E2) są rozmieszczone tak, że warstwa materiału nie przewodzącego (R) ogranicza pomiędzy obwodami sprzęgającymi (Ei, E2) przezroczystą fizyczną separację widoczną z zewnątrz tego urządzenia.

2. Urządzenie weeług zastry. 1, znamiennn tym, że kaażd z cewekobwoddw sprzęęająccch (Ei, E2) jest utworzona w postaci uzwojenia nawiniętego przewodem wokół ferrytowego rdzenia (Ni, N2).

3. Urządzenie według zastry. 2, znamiennn tym, że dwie cewki obwooów sprzęęających (Ei, E2) są wzajemnie równolegle wypośrodkowane i odpowiednio zamontowane na dwóch współosiowych dyskowych obwodach drukowanych (Di, D2), wypośrodkowanych prostopadle względem cewek obwodów sprzęgających (Ei, E2), a każdy z dyskowych obwodów drukowanych (Di, D2) jest elementem podporowym komponentów obwodu filtrującego.

4. Urządzenie według zastry. 3, znamiennn tym, że dwa dyykowe obwodd drukowane (ID₁, D₂) są zabudowane w dwóch tulejach (Mi, M2) umieszczonych współosiowo naprzeciwko siebie, oddzielonych od siebie przekładką utworzoną przez warstwę nie przewodzącego materiału (R) przezroczystego optycznie.

5. Urządzenie według zastry. 4, znamiennn tym, że kkawęędie napryeciwko (ulei (Mi, M₂2 są przyklejone do przeciwnych powierzchni przekładki utworzonej z warstwy nie przewodzącego materiału (R), a dyskowe obwody drukowane (Di, D2) są połączone ze sobą za pomocą połączenia śrubowego (Vi, V2), wykonanego z materiału nie przewodzącego i przechodzącego przez współosiowe otwory umieszczone w przekładce utworzonej z warstwy nie przewodzącego materiału (R) oraz przez dyskowe obwody drukowane (Di, D2).

6. Urządzenie według zastry. 5, znamiennn tym, że odległoić pomiędzy obwodami drukowanymi (Di, D2) a przekładką utworzoną z warstwy nie przewodzącego materiału (R) jest regulowana za pomocą rurek rozporowych (ET), przez które przechodzą śruby (V, V2).

7. Urządzenie według zastry. 1, znamiennn tym, że każża cewka obwodów sprzęęająccch (Ei, E2) zawiera uzwojenie (E'i, E'2) nawinięte wokół centralnego rdzenia wykonanego z ferrytowego kształtownika (PFi, PF2) o przekroju poprzecznym w kształcie litery E.

8. Urządzenie według ζθ-^ζ. 7, znamiennn tym, że ferryyowe kkzta-towniki (PF-ι, PF₂2 są umieszczone współosiowo naprzeciwko siebie, zwrócone ku sobie stronami przeciwnymi do swoich spodnich części (FDi, FD2) i są oddzielone od siebie dyskiem (DT) wykonanym z materiału przezro-