SI24212A

SI24212A - Veäśnamenski pametni modul za zaznavanje stanja delovanja elektriäśnih naprav

Info

Publication number: SI24212A
Application number: SI201200295A
Authority: SI
Inventors: Marko Bokal; JoĹľef SMRKOLJ; JEVĹ ENAK BoĹˇtjan YESHE
Original assignee: Strip's D.O.O.
Priority date: 2012-10-04
Filing date: 2012-10-04
Publication date: 2014-04-30

Abstract

Predmet izuma je večnamenski pametni modul (A,B) za zaznavanje stanja delovanja električnih naprav (D), ki omogoča nadzor nad stanjem priključenih naprav (D) preko inštalacije. Modul (A,B) po izumu je zasnovan na zajemanju podatkov (padca napetosti, velikosti toka, temperature ipd.) na inštalacijskem zaščitnem sredstvu (C) in omogoča zaznavo spremembe (odklopa ali drugih sprememb) in identifikacijo, kje oz. na katerem zaščitnem sredstvu (C) je prišlo do spremembe (odklopa ali drugih sprememb), poleg tega pa je z njim omogočen tudi nadzor delovanja nadzorovane naprave (D), ki lahko brezžično komunicira z nadzorno enoto (E), pri čemer lahko modul (B) poleg omenjenega zajemanja podatkov (padca napetosti, velikosti toka, temperature ipd.) ter posredno merjenja moči tudi brezžično daljinsko vklapljamo oz. izklapljamo.

Description

VEČNAMENSKI PAMETNI MODUL ZA ZAZNAVANJE STANJA DELOVANJA ELEKTRIČNIH NAPRAV

Predmet izuma je večnamenski pametni modul za zaznavanje stanja delovanja električnih naprav, ki omogoča nadzor nad stanjem priključenih naprav preko inštalacije. Modul po izumu je zasnovan na zajemanju podatkov (padca napetosti, velikosti toka, temperature ipd.) na inštalacijskem zaščitnem sredstvu in omogoča zaznavo spremembe (odklopa ali drugih sprememb) in identifikacijo, kje oz. na katerem zaščitnem sredstvu je prišlo do spremembe (odklopa ali drugih sprememb), poleg tega pa je z njim omogočen tudi nadzor delovanja nadzorovane naprave, saj se lahko preko brezžičnega signala prenašajo še različni merilni rezultati tako, da predstavlja npr. z uporabo RFID komunikacije učinkovito in cenovno zelo sprejemljivo rešitev nadzora stanja delovanja električnih naprav.

Tehnični problem, ki ga predložen večnamenski pametni modul za zaznavanje stanja delovanja električnih naprav po izumu uspešno rešuje, je zagotovitev enostavnega, brez večjih posegov v nadzorovano napravo, nadzora nad električno napravo v smislu njene porabe oz. samega delovanja naprave, ter ob dodanih ustreznih elementih tudi vplivanje na delovanje same naprave.

Večnamenski pametni modul za zaznavanje stanja delovanja električnih naprav po izumu je namenjena delovanju v tako imenovanih »pametnih omrežjih«. Znane so rešitve, ki obstajajo na trgu in omogočajo nadzor nad priključeno napravo tako, da uporabnik namesti »monitoring« napravo v tokokrog kot dodatno napravo t.i. »add-on device«.

Glavna filozofija pametnih omrežij je naravnana tako, da se potrošnja električne energije prilagaja proizvedeni električni energiji in ne obratno, kot je veljalo doslej. Za ta namen moramo imeti pod nadzorom potrošnjo energije, da ta ne bi bila večja, kot je njena proizvodnja, saj bi v tem primeru nastal električni mrk, kar pa se absolutno ne sme zgoditi. Zaradi tega je potrebno poleg merjenja skupne porabe energije s kalibriranim in certificiranim števcem še dodatno sprotno merjenje porabe (toka, moči) v posameznem tokokrogu.

Standardne talilne varovalke oz. zaščitna stikala v električnih napravah in omrežjih so zasnovana tako, da v primeru predolgotrajne preobremenitve ali kratkega stika, samodejno prekinejo tokokrog v katerega so vključene is in s tem preprečijo poškodovanje inštalacije (vodnikov), njihovo pregrevanje in s tem grožnjo varnosti ipd. Pri tem pa se pojavlja problem detekcije odklopa, predvsem kateri del omrežja je bil preobremenjen in zakaj. Dosedanji sistemi so reševali detekcijo odklopa inštalacijskih zaščitnih naprav s posebnimi krmilniki, z zunanjimi, dodatnimi napravami,

2o vgrajenimi senzorji ipd. V omrežjih v katerih so vgrajene transformatorske postaje, razdelifniki ipd. v primeru napake, oz. porušitve omrežja, sicer inštalacijska zaščitna sredstva preprečijo nadaljnjo škodo, je pa težko določiti točno mesto, oziroma točno tisto inštalacijsko zaščitno napravo, na kateri je prišlo do izklopa. Ob tem pa seveda niso na voljo podatki o delovanju omrežja, ki so pomembni za detekcijo in odpravo problema.

Z večnamenskim pametnim modulom A,B za zaznavanje stanja delovanja električnih naprav po izumu, ki je priključen na inštalacijsko zaščitno sredstvo C, lahko v njegovi enostavni izvedbi kot modul A le zaznavamo delovanje in/ali prenehanje delovanja inštalacijskega zaščitnega sredstva C, v zahtevnejši izvedbi kot modul B pa lahko izvajamo tudi nadzor nad parametri nadzorovane naprave D in tudi vplivamo na njeno delovanje. Izum bomo podrobneje obrazložili na osnovi izvedbenega primera in pripadajočih slik, od katerih kaže:

slika 1 slika 2 slika 3 blok shemo povezave večnamenskega pametnega modula A,B za zaznavanje stanja delovanja električnih naprav D po izumu;

izvedba večnamenskega pametnega modula po izumu v izvedbi modula A;

izvedba večnamenskega pametnega modula po izumu v izvedbi modula B;

2o Najprimernejše mesto za namestitev večnamenskega pametnega modula A,B za zaznavanje stanja delovanja električnih naprav D po izumu je v razdelilni omarici na posameznem zaščitnem sredstvu C (varovalka, odklopnik, stikalo, itd.).

Namensko lahko pri vgradnji modula A,B po izumu ločimo dve skupini in sicer za potrebe pametnih zaščitnih inštalacijskih naprav (odklopnikov in varovalk) ali pa kot dodatno samostojno napravo. V prvem primeru se lahko že pri proizvajalcu v proizvodnji vgradi v posamezen zaščitni aparat ustrezni večnamenski pametni modul po izumu. V drugem primeru pa je le-ta lahko izveden kot dodatna samostojna naprava, tako da se ga lahko priključi na dovodno in odvodno stran inštalacijskega zaščitnega sredstva C, ali katerokoli drugo ekvivalentno mesto, ki omogoča izvedbo meritve. Glede na funkcionalnost, je lahko večnamenski pametni modul A,B za zaznavanje stanja delovanja električnih naprav po izumu izveden kot modul A, ki opravlja funkcijo detekcije stanja (ali je varovalka prekinjena ali ne) oziroma modul B, preko katerega lahko pridobimo tudi podatek o toku preko zaščitnega sredstva, pri čemer lahko z modulom B tudi generiramo signal za aktuator, ki na našo željo opravi vklop ali izklop inštalacijskega zaščitnega sredstva. Modul B je aktivno vezje in potrebuje napajanje, zaradi česar iz tega naslova izhaja potreba po nevtralnem vodniku oz. po dodatnem napajanju. Nevtralni vodnik lahko nadomestimo z baterijskim napajanjem ali pa napajamo modul B kar preko RFID omrežja (EM polje napaja modul brezžično npr. RFID-PALFI) ali kateregakoli drugega ekvivalentnega sredstva.

Slika 1 prikazuje priključno blok shemo priključitve večnamenskega pametnega modula A,B po izumu, ki je priključen na sponki inštalacijskega zaščitnega sredstva C (odklopnika ali varovalnega vložka) in preko vgrajenega komunikacijskega vezja posreduje informacijo o stanju nadzorovane električne naprave D preko brezžične povezave nadzorni enoti E. Glede na vrsto zajemanih podatkov (padca napetosti, velikosti toka, temperature ipd.) je lahko večnamenski pametni modul A,B po izumu priključen na inštalacijsko zaščitno sredstvo C vzporedno ali zaporedno (kot je prikazano na sliki 1 črtkano). Vrsta in količina posredovanih informacij je odvisna od izvedbe samega modula A,B po izumu. Tako je na sliki 2 prikazana izvedba večnamenskega pametnega modula za zaznavanje stanja delovanja električnih naprav po izumu v io enostavnejši izvedbi kot modul A. Z njim lahko zaznavamo delovanje in/ali prenehanje delovanja zaščitne naprave, ki jo nadzorujemo. Modul A je sestavljen iz vezja 2 za obdelavo in prilagoditev signala, komunikacijskega vezja 3 in ustrezne oddajne antene 4 ter je preko terminalskega dela 1 priključen na sponki zaščitne inštalacijske odklopne naprave. Delovanje modula A je enostavno, ker ne potrebuje posebnega napajanja. Dovolj je že napajanje preko komunikacijskega kanala (pasivni RFID).

Delovanje modula A bomo pojasnili na konkretnem izvedbenem primeru. Pri prekinitvi zaščitnega sredstva, zaradi izklopa ali prekinitve talilne varovalke, se preko terminalskega dela 1 prenese sprememba napetosti iz sponk zaščitnega sredstva. Ta sprememba napetosti, preko terminalskega dela 1, vpliva na delovanje vezja 2. Ta del signal digitalizira in prilagodi za naslednjo stopnjo, t.j. komunikacijsko vezje 3, ki preko prilagojene oddajne antene 4 pošilja brezžični signal. Preko komunikacijskega vezja 3 in oddajne antene 4 lahko dobimo tudi potrebno napajanje za pravilno delovanje celotnega vezja po sliki 2.

Na sliki 3 je prikazana izvedba večnamenskega pametnega modula za zaznavanje stanja delovanja električnih naprav po izumu v izvedbi kot modul B. Z njim lahko izvajamo nadzor nad parametri nadzorovane naprave in tudi vplivamo na njeno delovanje. Modul B sestavljajo vezje 2 za obdelavo in prilagoditev signala, procesor 8, ojačevalna visokoimpedančna predstopnja 7, gonilnik za aktuator 6, napajalnik 5, komunikacijsko vezje 3 in ustrezna oddajna antena 4. Pri modulu B io predstavlja terminalski del 1 vhode za meritve, terminalski del 9 pa izhod za aktuator.

Ojačevalna visokoimpedančna predstopnja 7 zagotavlja ustreznost signala za kasnejšo obdelavo in procesiranje. Z njo lahko na neinvazivni način pridemo do uporabnega signala na inštalacijskem zaščitnem sredstvu, ne da bi vplivali na njeno delovanje (varnost za uporabnika, visoka prebojna trdnost,...). Napajanje je lahko baterijsko, preko napajalnika 5, ali pa je dovedeno preko komunikacijskih kanalov terminalskega dela 9, ali pa kateregakoli drugega načina za zajem energije.

Delovanje modula B bomo pojasnili na konkretnem izvedbenem primeru. Pri prekinitvi tokokroga v inštalacijskem zaščitnem sredstvu, se preko terminalskega dela 1 zazna sprememba merjene veličine. Spremembo merjene veličine lahko povzroči tudi padec napetosti na zaščitnem sredstvu, ki pa je odvisen od toka v tokokrogu, v katerega je vezano zaščitno sredstvo. Zaradi varnosti in pravilnega delovanja tudi ob motnjah, je za terminalskem delu 1 nameščena visokoimpedančna prilagoditvena ojačevalna stopnja 7. Nalogo obdelave, prilagoditve in vzorčenja signala opravlja vezje 2 po sliki 3. Za usklajeno delovanje tega pametnega univerzalnega merilnega principa skrbi procesorska enota 8. Ta enota izmerjen podatek pošlje brezžično preko komunikacijskega dela 3 in 4, po isti poti (dvosmerni prenos) pa prejme lahko tudi zahtevo za aktuacijo. Aktuator, ki je lahko motor, EM sprožilnik, ipd.,in je upravljan preko io terminalskega dela 9 in gonilnika 7 s pomočjo procesorja 8. Sklop teh opisanih delov nam omogoča pametni nadzor nad delovanjem tokokroga, če pa tako velijo rezultati in analize, pa lahko po potrebi tudi prekinemo tokokrog s pomočjo aktuatorja.

S predlaganim večnamenskim pametnim modulom za zaznavanje stanja is delovanja električnih naprav in sistemom nadzora delovanja inštalacijskih zaščitnih sredstev, lahko z uporabo RFID rešujemo problem nadzora odklopa teh naprav.

Poleg informacije o stanju zaščitne naprave, dobimo tudi ID naprave, kar nam omogoča sledljivost iz proizvodnje preko prodaje do uporabnika.

Prednost sistema je še v tem, da je zaradi RFID tehnologije sistem brezžičen, kar pomeni, da poenostavlja postavitev nadzornega sistema in s tem znatno zmanjšuje inštalacijske stroške.

PATENTI ZAHTEVKI

Claims

1. Večnamenski pametni modul za zaznavanje stanja delovanja električnih naprav,

5 označen s tem, da je modul (A,B) priključen na zaščitno inštalacijsko sredstvo (C) nadzorovane električne naprave (D), ki lahko brezžično komunicira z nadzorno enoto (E).

io

2. Večnamenski pametni modul za zaznavanje stanja delovanja električnih naprav, po zahtevku 1, označen s tem, da je modul (A,B) priključen vzporedno k zaščitnemu inštalacijskemu sredstvu (C) nadzorovane električne naprave (D), ki lahko brezžično

15 komunicira z nadzorno enoto (E).

3. Večnamenski pametni modul za zaznavanje stanja delovanja električnih naprav, po zahtevku 1, označen s tem,

20 da je modul (A,B) priključen zaporedno z zaščitnim inštalacijskim sredstvom (C) nadzorovane električne naprave (D), ki lahko brezžično komunicira z nadzorno enoto (E).

4. Večnamenski pametni modul za zaznavanje stanja delovanja električnih naprav, po zahtevkih 1 do 3, označen s tem, da je modul (A) sestavljen iz vezja (2) za obdelavo in prilagoditev

5 signala, komunikacijskega vezja (3) in ustrezne oddajne antene (4) ter je preko terminalskega dela (1) priključen vzporedno ali zaporedno z zaščitnim inštalacijskim sredstvom (C)

5. Večnamenski pametni modul za zaznavanje stanja delovanja električnih io naprav, po zahtevkih 1 do 3, označen s tem, da je modul (B) sestavljen iz vezja (2) za obdelavo in prilagoditev signala, procesorja (8), ojačevalne visokoimpedančne predstopnje (7), gonilnika za aktuator (6), napajalnika (5), komunikacijskega vezja (3) in

15 ustrezne oddajne antene (4) ter je preko terminalskega dela (1) priključen vzporedno ali zaporedno z zaščitnim inštalacijskim sredstvom (C), ter preko terminalskega dela (9) po potrebi tudi na zunanje napajanje.