PT1254465E - Coupling device with galvanic insulation ensuring visually displayed switching off - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIÇÃODESCRIPTION
"DISPOSITIVO PARA O ACOPLAMENTO, COM ISOLAMENTO GALVÂNICO, DO TIPO DE CORTE ASSEGURADO" A presente invenção refere-se a um dispositivo para o acoplamento, com isolamento galvânico, do tipo "de corte assegurado" de dois circuitos eléctricos." DEVICE FOR THE COUPLING, WITH GALVANIC INSULATION, OF THE TYPE OF SECURED CUTTING " The present invention relates to a device for the coupling, with galvanic isolation, of the type of cut-off " guaranteed " of two electrical circuits.
Aplica-se, em particular, mas não exclusivamente, à realização de acoplamentos para a transmissão, por correntes portadoras, de sinais de frequência elevada (média ou alta frequência), entre várias redes de distribuição de corrente eléctrica, eventualmente independentes umas das outras. Graças a estes acoplamentos, torna-se possivel organizar trocas de informações entre módulos de emissão e/ou recepção ligados em quaisquer pontos de redes diferentes.It applies, in particular, but not exclusively, to the realization of couplings for the transmission, by means of carrier chains, of high frequency signals (medium or high frequency) between various power distribution networks, possibly independent of one another. Thanks to these couplings, it is possible to organize exchanges of information between connected and / or receiving modules connected at any point in different networks.
Em particular, a invenção poderia ser utilizada num dispositivo servindo para efectuar o comando e a vigilância remota das lâmpadas de uma rede de iluminação pública, tal como aquele que é descrito na patente FR N° 9505748 de 12 de Maio de 1995 (= WO 9636303 Al), depositada em nome do Requerente.In particular, the invention could be used in a device for remote control and monitoring of lamps in a public lighting network, such as that described in FR No. 9505748 of May 12, 1995 (= WO 9636303 Al) filed in the name of the Applicant.
Sabe-se que este dispositivo utiliza, na proximidade de cada lâmpada de descarga que equipa os candeeiros, um meio de emissão/recepção por corrente portadora de mensagens transportadas pelas linhas eléctricas de alimentação destes candeeiros, estas mensagens sendo provenientes ou sendo 1 transmitidas com destino a meios de emissão/recepção associados a outros candeeiros e/ou um posto central de controlo e de comando.It is known that this device uses, in the vicinity of each discharge lamp that equips the lamps, a means of sending / receiving by current carrying messages carried by the power lines of these lamps, these messages coming from or being transmitted to the destination transmitting / receiving means associated with other lamps and / or a central control and command station.
Os meios de emissão/recepção associados a uma lâmpada estão acoplados, por um lado, a um dispositivo de comando de acendimento e extinção, em função de directivas emitidas pelo posto central e, por outro lado, a um circuito de detecção de falhas da lâmpada que elabora, se for necessário, um sinal de falhas destinado ao posto central. A rede eléctrica destinada a assegurar a alimentação dos candeeiros utiliza habitualmente, pelo menos, um posto eléctrico de transformação que permite transformar a corrente eléctrica de alta tensão que recebe, em corrente eléctrica trifásica de baixa tensão destinada a alimentar um conjunto de armários de distribuição eléctrica para partes afectadas à iluminação pública. Cada armário de distribuição para a iluminação recebe na entrada a corrente eléctrica trifásica e alimenta uma série de linhas eléctricas em baixa tensão monofásica. Cada destas linhas assegura a alimentação de uma multiplicidade de candeeiros sucessivos, equipados de acordo com o dispositivo segundo a invenção.The emission / reception means associated with a lamp are coupled, on the one hand, to an ignition and extinguishing control device, in accordance with directives issued by the central station and, on the other hand, to a lamp fault detection circuit which, if necessary, draws up a fault signal for the central station. The electricity grid used to ensure the supply of lamps usually uses at least one electrical transformer station capable of transforming the high voltage electric current it receives into low-voltage three-phase electric current to supply a set of electric distribution cabinets for parts affected by public lighting. Each distribution cabinet for the illumination receives in the input the three-phase electrical current and feeds a series of electrical lines in low voltage single-phase. Each of these lines ensures the feeding of a plurality of successive lamps, equipped according to the device according to the invention.
Quando esta rede da fonte eléctrica é complexa e compreende vários postos de transformação ligados, cada, a uma multiplicidade de armários eléctricos, as linhas eléctricas alimentadas por postos de transformação diferentes estão isoladas umas das outras, no que se refere a correntes de alta frequência e não podem comunicar umas com as outras por corrente portadora. 2When this power supply network is complex and comprises a number of transforming stations connected, each to a multiplicity of electrical cabinets, the power lines fed by different transforming stations are isolated from each other as regards high frequency currents and they can not communicate with each other by carrier current. 2
Para poder assegurar esta comunicação entre duas linhas alimentadas por postos de transformação diferentes, é então necessário prever um dispositivo de acoplamento apto para assegurar uma transmissão dos sinais de alta frequência entre estas duas linhas, garantindo um isolamento perfeito para as correntes de baixa frequência transportadas pelas duas linhas.In order to ensure this communication between two lines fed by different processing stations, it is therefore necessary to provide a coupling device capable of ensuring a transmission of the high frequency signals between these two lines, ensuring perfect isolation for the low frequency currents carried by the two lines.
Ora, verifica-se que, tendo em conta os níveis das tensões transportadas por estas linhas e os riscos incorridos pelos operadores encarregados da instalação e da manutenção destes dispositivos de acoplamento (curto-circuitos - electrocussão -choques eléctricos) é desejável que os condutores eléctricos de ligação conectados às duas linhas estejam separados uns dos outros de modo a garantir um isolamento suficiente, e a facilitar a identificação destes condutores e, assim, suprimir qualquer risco de confusão entre estes últimos.In view of the levels of stresses carried by these lines and the risks incurred by the operators responsible for installing and maintaining these coupling devices (short-circuits - electrocution - electric shock) it is desirable that electric conductors the two lines are separated from one another in order to ensure sufficient insulation and to facilitate the identification of these conductors and thus to eliminate any risk of confusion between the latter.
Todavia, estes diferentes problemas subsistem na vizinhança dos dispositivos de acoplamento para os quais convergem os condutores eléctricos de ligação. 0 documento FR-A-2765735 refere-se a um dispositivo de transferência de energia, sem contacto, que serve para a alimentação em energia eléctrica de um aparelho. Um pequeno elemento de vidro espesso está situado no centro, entre duas bobinas. Este pequeno elemento central tem, unicamente, por função, deixar passar um sinal óptico infravermelho destinado ao posicionamento. 0 elemento que separa as duas bobinas é uma placa de indução circular dispondo de um revestimento adaptado ao espaço público e, em particular, antiderrapante e discreto. 3 A invenção tem, portanto, mais particularmente por finalidade suprimir estas desvantagens e resolver estes problemas, graças a dispositivos de acoplamento especialmente concebidos para respeitar estas exigências de segurança.However, these different problems subsist in the vicinity of the coupling devices to which the electrical connecting leads converge. FR-A-2765735 relates to a non-contact energy transfer device, which serves to supply electrical energy to an apparatus. A small element of thick glass is situated in the center between two coils. This small central element has, by function only, to pass an infrared optical signal intended for positioning. The element separating the two coils is a circular induction plate having a coating adapted to the public space, and in particular non-slip and discrete. The invention is therefore more particularly intended to overcome these disadvantages and to solve these problems by means of coupling devices specially designed to meet these safety requirements.
Ela propõe, portanto, para tal, um dispositivo de acoplamento electromagnético compreendendo dois circuitos separados podendo constituir, de modo alternativo, um circuito primário e/ou um circuito secundário, estes dois circuitos estando separados um do outro por uma matéria electricamente isolante através da qual se efectua o acoplamento.For this purpose, it proposes an electromagnetic coupling device comprising two separate circuits, which may alternatively constitute a primary circuit and / or a secondary circuit, these two circuits being separated from one another by an electrically insulating material through which the coupling is effected.
De acordo com a invenção, este dispositivo é caracterizado por a referida matéria isolante ser opticamente transparente, de modo a que se possa constatar visualmente a separação entre os dois circuitos.According to the invention, said device is characterized in that said insulation material is optically transparent, so that the separation between the two circuits can be visually detected.
Deste modo, a referida matéria isolante poderá consistir em vidro ou numa matéria plástica transparente apresentando duas faces paralelas opostas contra as quais estão dispostos os dois circuitos do dispositivo de acoplamento.Accordingly, said insulation material may consist of glass or a transparent plastic material having two opposing parallel faces against which the two circuits of the coupling device are arranged.
De um modo vantajoso, este dispositivo de acoplamento poderá ser do tipo electromagnético e compreender dois enrolamentos (um por circuito) sintonizados para a frequência dos sinais de alta ou média frequência a transmitir.Advantageously, this coupling device may be of the electromagnetic type and comprise two windings (one per circuit) tuned to the frequency of the high or medium frequency signals to be transmitted.
Cada destes enrolamentos poderia ser incluído num circuito de filtragem passa alto ou passa banda, apresentando uma impedância mínima na frequência dos referidos sinais e uma 4 impedância máxima na frequência da corrente alterna das linhas às quais este circuito está ligado.Each of these windings could be included in a high pass or band pass filtering circuit having a minimum impedance in the frequency of said signals and a maximum impedance in the frequency of the alternating current of the lines to which this circuit is connected.
Os modos de realização da invenção serão descritos adiante, por exemplos não limitativos, com referência aos desenhos anexos, nos quais: A figura 1 é uma representação esquemática da arquitectura de uma rede de distribuição de electricidade equipada com um dispositivo de comando e vigilância de uma iluminação pública; A figura 2 é um diagrama eléctrico de um dispositivo de acoplamento; A figura 3 é um corte axial esquemático de um primeiro modo de execução do dispositivo de acoplamento; A figura 4 é uma vista em perspectiva deste dispositivo; A figura 5 é um corte esquemático de um segundo modo de execução do dispositivo.Embodiments of the invention will be described below, by way of non-limiting examples, with reference to the accompanying drawings, in which: Figure 1 is a schematic representation of the architecture of an electricity distribution network equipped with a control and monitoring device of a Street lighting; Figure 2 is an electrical diagram of a coupling device; Figure 3 is a schematic axial section of a first embodiment of the coupling device; Figure 4 is a perspective view of this device; Figure 5 is a schematic cross-section of a second embodiment of the device.
Como representado na figura 1, a rede compreende dois postos 1, 2 eléctricos independentes, cada um permitindo transformar a electricidade em alta tensão que recebem, numa corrente trifásica de baixa tensão (220 V). Estes postos 1, 2 servem para alimentar dois conjuntos de armários 6i, 62 - 6'i, 6'2 de distribuição eléctrica, dos quais alguns (por exemplo, os armários 6i e 6'2) estão afectados à iluminação pública. 5 0 armário 61 recebe na entrada a corrente de baixa tensão trifásica, e alimenta um conjunto de linhas 7 eléctricas em baixa tensão monofásica. Cada destas linhas 7 compreende dois fios 15, 16 que permitem alimentar uma multiplicidade de lâmpadas de descarga, associadas cada uma a um dispositivo 10 comando e de vigilância.As shown in figure 1, the network comprises two independent electrical stations 1, 2, each one allowing to transform the high voltage electricity they receive into a three-phase low-voltage current (220 V). These stations 1, 2 serve to power two sets of cabinets 6i, 62 - 6'i, 6'2 of electrical distribution, of which some (eg cabinets 6i and 6'2) are allocated to public lighting. The cabinet 61 receives at the input the three-phase low voltage current and feeds a set of 7 single-phase low voltage electrical lines. Each of these lines 7 comprises two wires 15, 16 for feeding a multiplicity of discharge lamps, each associated with a control and monitoring device 10.
Este dispositivo 10 é concebido para emitir e receber informações por corrente portadora, em modulação de fase, por exemplo numa frequência de 132 kHz, através das linhas 7 da rede de distribuição eléctrica, para comunicar com um posto 3 central, ligado aqui a uma das linhas de um outro armário 6'2 de distribuição eléctrica que alimenta linhas 17 eléctricas independentes das linhas 7. Para tal, o posto 3 central está equipado com uma calculadora 5, ligada à linha 17, por intermédio de um módulo 4 de interface.This device 10 is designed to emit and receive information by carrier current, in phase modulation, for example at a frequency of 132 kHz, via the lines 7 of the electric distribution network, to communicate with a central station 3, connected here to one of the lines from another electrical distribution cabinet 6,2 which feeds electrical lines 17 independent of the lines 7. To this end, the central station 3 is equipped with a calculator 5, connected to the line 17, by means of an interface module 4.
Como mencionado acima, a invenção tem por objectivo, em particular, permitir a comunicação entre o posto 3 central e os dispositivos 10 de comando e vigilância associados às lâmpadas de descarga alimentadas pelas linhas 7 e 17, ligadas aos armários 6i e 6'2 de distribuição. Para tal, ela prevê efectuar um acoplamento ligando os condutores 15, 16 de uma das linhas 7 aos condutores de uma das linhas 17 ligadas ao armário 2 de distribuição.As mentioned above, the object of the invention is in particular to enable communication between the central station 3 and the control and control devices 10 associated with the discharge lamps fed by the lines 7 and 17, connected to the cabinets 6i and 6'2 of distribution. To this end, it is intended to carry out a coupling by connecting the conductors 15, 16 of one of the lines 7 to the conductors of one of the lines 17 connected to the distribution cabinet 2.
Este acoplamento é assegurado por um acoplador 18 representado esquematicamente na figura 1 por um quadripolo ligado por dois dos seus terminais Bi, b2 aos dois condutores 15, 16, e pelos seus dois outros terminais B3, B4 aos condutores 20, 21 da linha 17. 6This coupling is ensured by a coupler 18 shown schematically in Figure 1 by a quadripole connected by two of its terminals Bi, b2 to the two conductors 15, 16, and by its two other terminals B3, B4 to the conductors 20, 21 of the line 17. 6
No exemplo representado nas figuras 2 a 4, este acoplador utiliza duas bobinas Ei, E2 dispostas em frente uma da outra, cada uma destas bobinas Ex, E2 estando ligada a dois condutores 15, 16 - 20, 21 da linha correspondente através de dois condutores de ligação e um circuito de filtragem compreendendo um conjunto indutância Lx, L2/condensador Cx, C2 em série e um condensador C'i, C'2 em paralelo. Este circuito constitui, com a bobina Ex, E2, um filtro passa banda, cuja banda passante está centrada na frequência dos sinais trocados entre o posto central e os dispositivos de controlo e de vigilância das lâmpadas 10 (por exemplo, 130 kHz).In the example shown in Figures 2 to 4, this coupler uses two coils Ei, E2 arranged opposite one another, each of these coils Ex, E2 being connected to two conductors 15, 16-20, 21 of the corresponding line through two conductors and a filter circuit comprising an inductance assembly Lx, L2 / capacitor Cx, C2 in series and a capacitor C'1, C'2 in parallel. This circuit constitutes, with coil Ex, E2, a bandpass filter, the passband of which is centered on the frequency of the signals exchanged between the central station and the control and monitoring devices of the lamps 10 (for example, 130 kHz).
Neste exemplo, cada uma das bobinas Ex, e2 é realizada por enrolamento de um fio condutor em redor de um núcleo Nx, N2 de ferrite. As duas bobinas Ex, E2 têm os eixos paralelos um ao outro e estão montadas, respectivamente, em dois discos Dx, D2 de circuito impresso, coaxiais, com os eixos perpendiculares às bobinas Ex, E2. Cada um destes circuitos Dx, D2 impressos contém a indutância e os dois condensadores do circuito de filtragem.In this example, each of the coils Ex, e2 is performed by winding a conductive wire around a ferrite core Nx, N2. The two coils Ex, E2 have the axes parallel to one another and are respectively mounted on two coaxial printed circuit disks Dx, D2 with the axes perpendicular to the coils Ex, E2. Each of these printed Dx, D2 circuits contains the inductance and the two capacitors of the filter circuit.
Os dois discos Dx, D2, de circuitos impressos dotados dos seus componentes, estão alojados em duas mangas Mx, M2 tubulares, por exemplo, em cloreto de polivinil (PVC) dispostas coaxialmente uma à outra e separadas uma da outra por um disco R espesso, feito numa matéria transparente electricamente isolante. 7 A fixação da unidade é assegurada: por um lado, por colagem das bordas em frente das mangas Mi, M2 nas faces opostas do disco R, e por outro lado, por parafusos Vi, V2 em matéria electricamente isolante que se estendem axialmente nas mangas Μχ, M2 passando pelas aberturas coaxiais previstas no disco R e nos circuitos Di, D2 impressos; as cabeças destes parafusos Vi, V2 vêm apoiar-se contra a face exterior de um dos circuitos D2 impressos, ao passo que porcas enroscadas nas extremidades roscadas dos parafusos vêm apoiar-se na face exterior do outro circuito Dx impresso, sendo o afastamento entre os circuitosThe two printed circuit boards Dx, D2, with their components are housed in two tubular Mx, M2 sleeves, for example in polyvinyl chloride (PVC) arranged coaxially to each other and separated from each other by a thick disk R , made of an electrically insulating transparent material. 7 The fastening of the unit is ensured: on the one hand, by bonding the edges in front of the sleeves Mi, M2 on the opposing faces of the disk R, and on the other hand, by electrically insulating screws Vi, V2 that extend axially in the sleeves Μχ, M2 passing through the coaxial apertures provided in the disk R and in the printed circuits Di, D2; the heads of these screws V1 and V2 come against the outer face of one of the printed circuits D2, whereas nuts screwed on the screw ends of the screws come to rest on the outer face of the other printed circuit Dx, the spacing between the circuits
impressos e o disco R imposto por espaçadores ET tubulares pelos quais passam os parafusos Vx, V2.and the disk R imposed by tubular spacers ET through which the screws Vx, V2 pass.
No lado oposto ao disco R, o volume delimitado pelo circuito Di, D2 impresso e a manga Μχ, M2 tubular permite a passagem do fio FLi, FL2 de ligação. Este volume pode ser enchido por uma matéria de revestimento garantindo a impermeabilidade do conjunto.On the side opposite the disk R, the volume delimited by the printed circuit D1, D2 and the tubular sleeve χ2, M2 allows the passage of the connecting wire FL1, FL2. This volume can be filled by a coating material ensuring the impermeability of the whole.
Uma vez montado, o dispositivo de acoplamento apresenta uma forma cilíndrica que apresenta duas parcelas Ρχ, P2 opacas contendo cada uma um circuito de acoplamento respectivo. Estas duas parcelas Ρχ, P2 estão separadas por uma parcela P3 transparente, de maior diâmetro, constituída pelo disco R.Once assembled, the coupling device has a cylindrical shape which has two opaque Ρχ, P2 plots each containing a respective coupling circuit. These two plots χ, P2 are separated by a transparent P3 portion of larger diameter, consisting of the disk R.
Deste modo, um operador poderá verificar visualmente o isolamento entre os dois circuitos do acoplamento. Separando fisicamente os condutores de ligação ligados, respectivamente, às duas extremidades dos dispositivos de acoplamento, afasta-se, além disso, qualquer possibilidade de erro de cablagem e garante-se um isolamento perfeito entre estes condutores.In this way, an operator can visually check the insulation between the two coupling circuits. By physically separating the connecting conductors connected respectively to the two ends of the coupling devices, furthermore, there is no possibility of a wiring error and a perfect insulation between these conductors is ensured.
No exemplo representado na figura 5, as bobinas compreendem, cada, um enrolamento E'i, E'2 realizado em redor do núcleo central de potes PFi, PF2 de ferrite de secção em forma de E.In the example shown in Figure 5, the coils each comprise a winding E'i, E'2 carried out around the central core of E-shaped section ferrite pots PFi, PF2.
Dois potes PFi, PF2 de ferrite estão dispostos coaxialmente, em frente um do outro, no lado oposto aos seus fundos FDX, FD2, e estão separados um do outro por um disco DT em matéria transparente. A fixação do conjunto é obtida por colagem das faces radiais dos dois potes sobre as duas faces paralelas opostas do disco.Two ferrule PF, PF2 pots are arranged coaxially opposite each other, opposite their bottoms FDX, FD2, and are separated from each other by a transparent disc DT. The fastening of the assembly is obtained by gluing the radial faces of the two pots on the two opposite parallel faces of the disk.
Naturalmente, a invenção não está limitada ao comando e à vigilância de uma iluminação pública. Pode ser utilizada em muitos circuitos de corrente portadora, em particular, entre os postos de emissão e/ou de recepção e as linhas de distribuição de corrente eléctrica utilizadas como linhas de transmissão.Of course, the invention is not limited to the control and monitoring of public lighting. It can be used in many carrier current circuits, in particular between the transmitting and / or receiving stations and the power distribution lines used as transmission lines.
Lisboa, 5 de Julho de 2010 9Lisbon, July 5, 2010 9
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