PT1770871T - Dispositivo para o acoplamento capacitivo de um dispositivo de transmissão de dados para uma fase de uma linha de energia elétrica - Google Patents
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Description
DESCRIÇÃO
"DISPOSITIVO PARA O ACOPLAMENTO CAPACITIVO DE UM DISPOSITIVO DE TRANSMISSÃO DE DADOS PARA UMA FASE DE UMA LINHA DE ENERGIA ELÉTRICA"
Campo da invenção A invenção refere-se a um dispositivo de acoplamento capacitivo de equipamento de transmissão de dados para uma fase de uma linha de energia elétrica de modo a transmitir, através da referida linha elétrica, um sinal elétrico de dados numa gama de frequências entre 3 kHz e 100 MHz, o referido dispositivo de acoplamento sendo do tipo compreendendo, pelo menos, os seguintes componentes: meios de ligação à linha, meios de ligação a equipamento e meios de ligação à terra, pelo que o referido dispositivo de acoplamento é adequado para ligar respetivamente à referida fase de uma linha elétrica, ao referido equipamento de transmissão de dados e à terra; um condensador de acoplamento ligado através da sua primeira extremidade aos referidos meios de ligação à linha e através da sua segunda extremidade, diretamente ou por meio de um dispositivo de proteção, aos referidos meios de ligação à terra; e meios de proteção, sintonização e adaptação, os quais constituem uma interface entre a referida segunda extremidade do referido condensador de acoplamento e os referidos meios de ligação a equipamento. 0 dispositivo de acoplamento capacitivo ao qual a invenção se refere é, particularmente, aplicável na transmissão de dados através da tecnologia de linhas elétricas, conhecida pelas iniciais PLC, que significa "comunicação através da rede elétrica". Esta tecnologia permite estabelecer uma elevada velocidade de uma rede de transmissão de dados utilizando redes elétricas existentes de baixa e média tensão como linhas de transmissão, por este motivo, suprimindo a necessidade de instalar cablagem especifica, tal como, por exemplo, uma linha de fibra ótica. De acordo com este principio, uma linha elétrica existente, por exemplo, uma linha de média tensão com 24 kV entre fases, pode transmitir simultaneamente energia elétrica, por meio de um sinal na frequência habitual de 50 Hz (ou 60 Hz), e um fluxo de dados a uma frequência mais elevada, entre 3 kHz e 100 MHz.
De modo a transmitir dados entre dois pontos particulares de uma linha de energia elétrica, os nós de ligação entre uma fase na referida linha e uma rede local de transmissão de dados ou utilizador final devem ser estabelecidos nos referidos pontos. Em cada dos referidos nós de ligação, o equipamento de transmissão de dados, responsável pela gestão do fluxo de dados a ser transmitido, é ligado à referida fase por meio de um dispositivo de acoplamento, cujo objetivo principal é adaptar as impedâncias entre a linha elétrica e o equipamento de transmissão de dados, enquanto também condiciona a largura de banda do sinal de dados e proporciona a necessária proteção elétrica em relação à tensão da linha. Esta invenção refere-se a um dos referidos dispositivos de ligação e, em particular, a um do tipo capacitivo, por outras palavras, no qual as impedâncias são essencialmente adaptadas por um condensador de acoplamento.
Estado da técnica
Alguns dispositivos de acoplamento capacitivo são conhecidos por serem utilizados por empresas de eletricidade para transmitir os seus próprios dados entre diferentes pontos de uma rede elétrica de alta tensão, normalmente de modo a controlar o estado da rede. Os referidos dispositivos conhecidos são constituídos por vários componentes que estão separados fisicamente, devem de ser montados separadamente e depois ligados entre si através de cabos. Não é fácil montar estes dispositivos conhecidos, uma vez que a sua montagem deve ter especial atenção à localização e condições de segurança correspondentes a cada componente.
Recentemente alguns dispositivos de ligação foram desenvolvidos e estão especificamente adaptados para transmitir dados ao longo de uma linha elétrica de média tensão e estes são particularmente destinados para definir um estabelecimento sistema de transmissão PLC para Internet a alta velocidade. Estes dispositivos conhecidos são constituídos por um único bloco. A sua compacidade é certamente uma vantagem sobre os dispositivos de alta tensão mencionados acima, uma vez que estes garantem que os componentes são ligados corretamente e torna a construção adequada para condições externas que o referido bloco terá que suportar. Contudo, na prática, montar este tipo de dispositivo não é muito prático dado o seu elevado peso (tipicamente superior a 5 kg) . Deverá considerar-se que estes dispositivos são muitas vezes montados nos atuais postes elétricos, em difíceis condições de montagem. Outro inconveniente deste tipo de dispositivo é que, uma vez que os seus componentes não podem ser abertos, estes não podem ser substituídos ou ajustados para melhor os adaptar às condições reais da rede elétrica. 0 documento EP1309098 Al divulga um dispositivo de acoplamento capacitivo de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1.
Divulgação da invenção 0 objetivo da invenção é superar estes inconvenientes. Este objetivo é conseguido através de um acoplamento capacitivo de acordo com a reivindicação 1. 0 dispositivo de acoplamento de acordo com a invenção possui a vantagem de ser compacto, quando montado, e consideravelmente mais fácil de montar que os exemplos da técnica anterior. De facto, o indivíduo que realiza a montagem será capaz de primeiro posicionar o primeiro bloco, fixando-o a uma estrutura devido aos referidos meios de fixação, ajustar as ligações à terra, montar o segundo bloco no primeiro formando uma unidade compacta, com a garantia que todos os elementos do dispositivo estão corretamente ligados devido ao simples facto de que os dois blocos estão montados e, por fim ajustar a ligação a uma fase da linha elétrica. Também, se a adaptação às condições reais da rede não for satisfatória, ou se, por exemplo, pretender-se modificar a largura de banda para transmissão de dados, é possível substituir apenas o primeiro bloco do dispositivo, mantendo o segundo bloco. De facto, a constituição do dispositivo de acoplamento de acordo com a invenção é de tal modo que o primeiro bloco contém todos os componentes que provavelmente necessitarão de ajustamento, enquanto o segundo bloco apenas contém o condensador de acoplamento, cujas características são constantes para uma particular tensão nominal da linha elétrica à qual este deverá ser ligado.
De um modo preferido, os referidos primeiro e segundo blocos são, cada, constituídos por um encapsulamento numa resina moldada, onde os referidos encapsulamentos apenas deixam acessível as partes destinadas a ligação ou fixação, ou seja, os meios de ligação à terra, os meios de ligação ao equipamento, os meios de fixação a uma estrutura, os meios de ligação à linha elétrica, os correspondentes meios de ligação elétrica e os correspondentes meios de acoplamento mecânico. As resinas que constituem os encapsulamentos são, de um modo preferido, resinas epoxi com endurecedores, as quais possuem a vantagem de poderem ser moldadas de modo adequado e de possuir uma elevada resistência mecânica e uma elevada rigidez dielétrica.
De um modo vantajoso, o referido primeiro bloco compreende uma placa de circuito impresso que aloja, pelo menos, uma parte dos referidos meios de proteção, sintonização e adaptação, com a resina constituindo a referida encapsulação do primeiro bloco, sendo uma resina que é adequada para moldagem a frio e a referida resina sendo aplicada em contacto direto com a referida placa de circuito impresso. Utilizando uma resina de moldagem a frio é possível colocar os meios de proteção, sintonização e adaptação numa placa de circuito impresso, por este motivo, otimizando o fabrico, sem ter de proporcionar proteção especial para a referida placa durante o processo de moldagem.
De um modo vantajoso, a encapsulação do referido segundo bloco possui uma forma externa com a forma de um alojamento cilíndrico ou cónico constituído por uma série de tampas concêntricas truncadas, cujo objetivo é prolongar a linha de fuga e, por este motivo, aumentar a descarga de tensão. A encapsulação assim formada, por esse motivo, possui a dupla função de recipiente estrutural para o segundo bloco e isolamento de proteção contra sobretensões da linha elétrica. De um modo preferido, a encapsulação do primeiro bloco possui uma forma externa cilíndrica ou cónica com uma superfície de suporte inferior que aloja os referidos meios de fixação a uma estrutura, de modo que a unidade compacta formada pelos dois blocos ligados também constitui isolamento de proteção adequado contra sobretensões da linha elétrica.
De um modo preferido, os referidos meios de acoplamento mecânico entre os primeiro e segundo blocos são constituídos por material eletricamente condutor e também formam os referidos correspondentes meios de ligação elétrica. De um modo mais preferido, os referidos meios de acoplamento mecânico são constituídos, por um lado, por um espigão roscado constituído integralmente por material eletricamente condutor com o primeiro bloco e ligado de modo elétrico aos meios de proteção, sintonização e adaptação e, por outro lado, por um furo roscado constituído por um casquilho constituído por material eletricamente condutor que está alojado no segundo bloco e ligado à segunda extremidade do condensador de acoplamento, o referido espigão roscado e o referido furo roscado são complementares. De um modo vantajoso, o primeiro bloco possui uma superfície superior no centro da qual o referido espigão roscado é proporcionado, e o segundo bloco possui uma superfície de fundo, complementar à referida superfície superior, no centro da qual o referido orifício roscado está disposto. Devido a esta configuração, os dois blocos estão acoplados e ligados simplesmente por enroscamento do segundo bloco no primeiro, enroscando o referido espigão no referido orifício, com os assim ligados dois blocos que formam uma unidade compacta.
De um modo vantajoso, os referidos meios de fixação a uma estrutura consistem de um dispositivo de fixação mecânica constituído por material eletricamente condutor e também constitui os referidos meios de ligação à terra e, de um modo preferido, o referido dispositivo de fixação mecânica consiste de uma pluralidade de parafusos cujos seus espigões projetam-se através da referida superfície de suporte inferior e cujas cabeças são aplicadas à referida placa de circuito impresso em contacto com as partes dos referidos meios de proteção, sintonização e adaptação que devem possuir uma ligação à terra. Deste modo, é obtida uma solução simples e eficaz para, simultaneamente, assegurar o suporte da placa de circuito impresso suporte, a ligação à terra e a fixação do dispositivo.
De um modo preferido, os referidos meios de ligação a um equipamento consistem de um único dispositivo de acoplamento alojado numa reentrância no referido primeiro bloco. Este único dispositivo de acoplamento é normalmente dispositivo de acoplamento do tipo BNC e está protegido devido à sua localização na reentrância.
De um modo vantajoso, os referidos meios de ligação à linha elétrica consistem de um furo roscado num casquilho constituído por material eletricamente condutor e o qual está alojado no referido segundo bloco e ligado à primeira extremidade do referido condensador de acoplamento. 0 furo roscado destina-se a receber um espigão roscado no qual o cabo de ligação é fixo a uma fase da linha elétrica. Esta solução reduz o número de partes do dispositivo e impede o segundo bloco, o qual é mais pesado, de possuir partes que se projetam, as quais tornam o transporte e armazenamento inadequado e o qual pode tornar-se perigoso quando o dispositivo está a ser montado.
De um modo preferido, a capacidade do referido condensador de acoplamento é superior ou equivalente a 0,1 nF e inferior ou equivalente a 5 nF, com o dispositivo de acoplamento de acordo com a invenção sendo adequado para ser ligado a uma fase de uma linha de energia elétrica cuja tensão entre a fase e o neutro seja superior ou equivalente a 5 kv, por outras palavras, que o referido dispositivo de acoplamento seja adequado para implementar um sistema de comunicação PLC através de percurso de uma linha elétrica de média tensão.
Breve descrição dos desenhos
Outras vantagens e caracteristicas da invenção são evidentes a partir da seguinte descrição, na qual, com carácter não limitativo, é explicada numa forma de realização preferida da invenção, fazendo referência aos desenhos em anexo.
As figuras mostram:
Fig. 1, uma vista superior frontal em perspetiva, explodida, de um dispositivo de acoplamento de acordo com a invenção, no qual os dois blocos que constituem o dispositivo estão separados um em frente do outro para serem ligados;
Fig. 2, uma vista semelhante da Fig. 1, de acordo com uma vista inferior frontal;
Fig. 3, uma vista em corte do dispositivo nas figuras anteriores;
Fig. 4, uma vista semelhante à Fig. 3, representando um diagrama elétrico dos componentes do primeiro bloco.
Descrição detalhada de uma forma de realização da invenção A forma de realização mostrada nas Fig. 1 até 4 corresponde a um dispositivo de acoplamento destinado a ligar um equipamento de transmissão de dados a uma das fases de uma linha de energia elétrica trifásica. Neste exemplo particular, a tensão nominal entre fases na linha elétrica é 24 kV e a gama de frequências (largura de banda) da transmissão de sinal de dados é entre 2 MHz e 38 MHz. 0 dispositivo de acoplamento é constituído por dois blocos 1, 2 que podem ser ligados um ao outro de modo mecânico para formar uma unidade compacta. 0 primeiro bloco 1 possui uma forma substancialmente cilíndrica e compreende meios 9 de proteção, sintonização e adaptação, meios 4 de ligação ao referido equipamento de transmissão de dados e meios 5 de fixação a uma estrutura, com o último também sendo meios de ligação à terra. Os meios 9 de proteção, sintonização e adaptação são constituídos por uma bobina 24 de descarga, um descarregador 25 de gás e um circuito 28 de sintonização disposto no lado de ligação à linha e ligado por meio de um transformador 27 de isolamento no lado do equipamento de transmissão de dados, onde um descarregador 26 de gás está também disposto, tudo de acordo com o diagrama elétrico mostrado na Fig. 4. 0 referido primeiro bloco 1 é dotado com um espigão 13 metálico roscado que se projeta na posição central a partir da superfície 15 superior do referido primeiro bloco 1 e o qual, em conjunto com um furo 14 roscado num casquilho 19 metálico alojado no segundo bloco 2, forma, como será observado posteriormente, meios de acoplamento mecânico e elétrica entre os dois blocos 1 e 2. Os meios de ligação a um equipamento de transmissão de dados consistem de um único dispositivo 4 de ligação do tipo BNC alojado numa reentrância 18 disposta na parede lateral do referido primeiro bloco 1. 0 circuito 28 de sintonização está disposto numa placa 12 de circuito impresso que está fixa ás cabeças de três parafusos 5 metálicos. Os espigões destes parafusos 5 projetam-se a partir da superfície 17 de suporte inferior do primeiro bloco 1 e as suas cabeças estão em contacto com as partes dos referidos meios 9 de proteção, sintonização e adaptação que devem possuir uma ligação à terra, de acordo com o diagrama elétrico na Fig. 4, de modo que estes parafusos 5 formem simultaneamente meios de fixação a uma estrutura e meios de ligação à terra. Por outro lado, a extremidade interior do espigão 13 é enroscada num alojamento na placa 12 de circuito impresso onde esta está ligada aos meios 9 de proteção, sintonização e adaptação de acordo com o diagrama elétrico na Fig. 4.
Este primeiro bloco 1 é formado numa encapsulação 10 de resina epoxi com endurecedores e agente de coloração, com esta resina sendo do tipo que é moldada a frio. Por esse motivo, os vários componentes do primeiro bloco 1 estão ligados de acordo com a disposição mostrada na Fig. 3 e estes são colocados num molde com a forma cilíndrica, onde o espaço de reentrância 18 é mantido. Uma mistura fria da referida resina epoxi com endurecedor é colocada no referido molde, a referida mistura é despejada diretamente na placa 12 de circuito impresso que não possui qualquer proteção. Depois de ajustar o processo, o passo seguinte é extração do molde e, depois uma série de operações de acabamento as quais consistem basicamente na remoção do material em excesso, o referido primeiro bloco 1 é obtido, nos quais apenas estão acessíveis os espigões de parafusos 5, único dispositivo 4 de ligação do tipo BNC e o espigão 13 roscado. 0 segundo bloco 2 compreende um condensador 6 de acoplamento, o qual neste exemplo particular possui uma capacidade de 2 nF. A primeira extremidade 7 do referido condensador 6 está ligada, por um cabo 23 rígido, a um casquilho 20 metálico dotado com um furo 3 roscado na superfície superior do referido segundo bloco 2 e o qual constitui meios de ligação a uma fase de uma linha elétrica. Esta ligação pode ser constituída enroscando no furo 3 uma haste 22 com as correspondentes porcas para fixar a um cabo de ligação á linha elétrica. A segunda extremidade 8 do condensador 6 está ligada por meio de parafusos a um casquilho 19 metálico dotado com um furo 14 roscado na posição central da superfície 16 inferior do referido segundo bloco 2. O furo 14 roscado e o espigão 13 roscado são complementares. As formas das superfícies superior 15 e inferior 16 dos blocos 1 e 2 são também complementares, cujas superfícies, neste caso, são circulares e planas com um diâmetro igual. 0 segundo bloco 2 é, por este motivo, ligado ao primeiro bloco 1, enroscando o espigão 13 no furo 14 roscado até que as duas superfícies 15 e 16 formem um conjunto compacto, uma contra a outra, no seu todo formado uma unidade compacta.
Este segundo bloco 2 é formado numa encapsulação 11 de uma resina epóxi com endurecedor, enchimento, sílica e agente de coloração, com esta resina sendo do tipo de injeção a quente. Por esse motivo, o condensador 6 é colocado num molde de injeção a quente ligado aos casquilhos 19 e 20 de acordo com a disposição mostrada na Fig. 3 e a resina com enchimento é injetada a quente. Depois do processo de ajuste, a parte é desenformada a quente do molde, depois esta é arrefecida e é verificada eletricamente. Por este motivo, o segundo bloco 2 é obtido no qual apenas os furos 3 e 14 roscados estão acessíveis. A geometria do molde de injeção confere a forma de um alojamento cilíndrico para o segundo bloco 2, constituído por uma série de elementos 21 de tampa concêntricos truncados cuja função é aumentar a linha de fuga, de modo que esta encapsulação 11 também forme isolamento adequado contra sobretensões da linha elétrica.
Lisboa, 14 de novembro de 2017
Claims (13)
1. Dispositivo de acoplamento capacitivo de equipamento de transmissão de dados a uma fase de uma linha de energia elétrica de modo a transmitir, através da referida linha elétrica, um sinal elétrico de dados numa gama de frequências entre 3 kHz e 100 MHz, sendo o referido dispositivo de acoplamento do tipo que compreende, pelo menos, os componentes seguintes: meios (3) de ligação à linha, meios (4) de ligação a equipamento e meios de ligação à terra (5), pelo que o referido dispositivo de acoplamento é adequado para ligar respetivamente à referida fase de uma linha elétrica, ao referido equipamento de transmissão de dados e à terra; um condensador (6) de acoplamento ligado através da sua primeira extremidade (7) aos referidos meios (3) de ligação à linha e através da sua segunda extremidade (8), diretamente ou por meio de um dispositivo de proteção, aos referidos meios de ligação à terra (5); e meios (9) de proteção, sintonização e adaptação, os quais formam uma interface entre a referida segunda extremidade (8) do referido condensador (6) de acoplamento e os referidos meios (4) de ligação a equipamento, o referido dispositivo de acoplamento sendo constituído por dois blocos (1, 2) que podem ser ligados um ao outro de modo mecânico para formar uma unidade compacta: um primeiro bloco (1) que compreende os referidos meios (9) de proteção, sintonização e adaptação, e os referidos meios (4) de ligação a equipamento, a segundo bloco (2) que compreende o referido condensador (6) de acoplamento e os referidos meios (3) de ligação à linha, os referidos primeiro (1) e segundo (2) blocos estando dotados com correspondentes meios (13, 14) de ligação elétrica e correspondentes meios (13, 14) de acoplamento mecânico, caracterizado por os referidos meios (5) de ligação à terra que também são meios (5) de fixação a uma estrutura serem proporcionados no referido primeiro bloco (1), o qual compreende os referidos meios (9) de proteção, sintonização e adaptação.
2. Dispositivo de acoplamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os referidos primeiro (1) e segundo (2) blocos serem, cada, constituídos por uma resina moldada por encapsulação (10, 11), onde os referidos encapsulamentos (10, 11) apenas deixam acessível a referida ligação (5) à terra, os referidos meios (4) de ligação a equipamento, os referidos meios (5) de fixação a uma estrutura, os referidos meios (3) de ligação à linha, os correspondentes referidos meios (13, 14) de ligação elétrica e os correspondentes referidos meios (13, 14) de acoplamento mecânico.
3. Dispositivo de acoplamento de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o referido primeiro bloco (1) compreender uma placa (12) de circuito impresso que aloja, pelo menos, uma parte dos referidos meios (9) de proteção, sintonização e adaptação, com a resina que forma a referida encapsulação (10) do primeiro bloco (1) sendo adequada para moldagem a frio e a referida resina sendo aplicada em contacto direto com a referida placa (12) de circuito impresso.
4. Dispositivo de acoplamento de acordo com as reivindicações 2 ou 3, caracterizado por a encapsulação (11) do referido segundo bloco (2) possuir uma forma exterior com a forma de um alojamento cilíndrico ou cónico constituído por uma série de elementos (21) de tampa concêntricos truncados.
5. Dispositivo de acoplamento de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por a referida encapsulação (10) do referido primeiro bloco (1) possuir uma forma exterior cilíndrica ou cónica com uma superfície (17) de suporte inferior que contém os referidos meios (5) de fixação a uma estrutura.
6. Dispositivo de acoplamento de acordo com qualquer das reivindicações 1 até 5, caracterizado por os referidos meios (13, 14) de acoplamento mecânico entre os referidos primeiro (1) e segundo (2) blocos serem constituídos por um material eletricamente condutor e também formam os referidos correspondentes meios (13, 14) de ligação elétrica.
7. Dispositivo de acoplamento de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por os referidos meios de acoplamento mecânico entre os referidos primeiro (1) e segundo (2) blocos, os quais também formam os referidos correspondentes meios de ligação elétrica, serem constituídos, por um lado, por um espigão (13) roscado constituído por material eletricamente condutor integrado com o referido primeiro bloco (1) e ligado de modo elétrico aos referidos meios (9) de proteção, sintonização e adaptação e, por outro lado, por um furo (14) roscado num casquilho (19) constituído por material eletricamente condutor e que está no referido segundo bloco (2) e ligado à segunda extremidade (8) do referido condensador (6) de acoplamento, o referido espigão (13) roscado e o referido furo (14) roscado sendo complementares.
8. Dispositivo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por o referido primeiro bloco (1) possuir uma superfície (15) superior no centro da qual o referido espigão (13) roscado está disposto, e o referido segundo bloco (2) possuir uma superfície (16) inferior, complementar à referida superfície (15) superior, no centro da qual o referido furo (14) roscado está disposto.
9. Dispositivo de acoplamento de acordo com qualquer das reivindicações 1 até 8, caracterizado por os referidos meios (5) de fixação a uma estrutura consistirem de um dispositivo de fixação mecânica constituído por material eletricamente condutor e o qual também forma os referidos meios (5) de ligação à terra.
10. Dispositivo de acordo com as reivindicações 3, 5 e 9, caracterizado por os referidos meios de fixação mecânicos consistirem de uma pluralidade de parafusos (5), cujos seus espigões projetam-se a partir da referida superfície (17) de suporte inferior e as suas cabeças são aplicadas na referida placa (12) de circuito impresso em contacto com as partes dos referidos meios (9) de proteção, sintonização e adaptação que devem possuir uma ligação à terra.
11. Dispositivo de acoplamento de acordo com qualquer das reivindicações 1 até 10, caracterizado por os referidos meios (4) de ligação a equipamento consistirem de um único dispositivo de acoplamento alojado numa reentrância (18) no referido primeiro bloco (1).
12. Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações 1 até 11, caracterizado por os referidos meios (3) de ligação à linha consistirem de um furo roscado num casquilho (20) constituído por material eletricamente condutor que está alojado no referido segundo bloco (2) e ligado à primeira extremidade (7) do referido condensador (6) de acoplamento.
13. Dispositivo de acoplamento de acordo com qualquer das reivindicações 1 até 12, caracterizado por o referido condensador (6) de acoplamento possuir uma capacidade superior ou igual a 0,1 nF e inferior ou igual a 5 nF, com o referido dispositivo de acoplamento sendo adequado para ligar a uma fase de uma linha de energia elétrica cuja tensão entre a fase e o neutro é superior ou equivalente a 5 kV. Lisboa, 14 de novembro de 2017
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