ITNO950006U1

ITNO950006U1 - ALTERNATING VOLTAGE PRESENCE-ABSENCE DETECTOR SENSOR, WITH CAPACITIVE INDUCTION IN AIR, FOR DISTRICT LINES

Info

Publication number: ITNO950006U1
Authority: IT
Inventors: Gian Luigi Saracco
Original assignee: Lbs Elettronica Di Ronchi Tizi
Priority date: 1995-11-29
Filing date: 1995-11-29
Publication date: 1997-05-29
Also published as: IT237736Y1; ITNO950006V0

Abstract

Il sensore è composto da una placca captatrice di materiale elettroconduttivo o resistivo, da una placca schermo di materiale elettroconduttivo, sovrapposta alla prima con interposto materiale isolante, da un cavetto con calza di schermo che collega le placche all'unità elettronica amplificatrice di segnale quale stadio finale.Il sensore rivela la presenza-assenza di tensione alternata, esistente sui conduttori delle linee elettriche, principalmente negli scomparti di distribuzione elettrica in media tensione, senza alcuna parte in contatto diretto con i conduttori stessi. Il sensore posto a distanza di sicurezza dal conduttore in tensione, con la placca captatrice rivolta verso lo stesso e la placca schermo collegata al potenziale di terra, è in grado di rilevare per effetto induttivo capacitivo in aria o attraverso dielettrico, un segnale di tensione alternata di pochi mV, che opportunamente amplificato da una unità elettronica segnalerà la presenza della tensione sul conduttore interessato.The sensor is made up of an electro-conductive or resistive material receiving plate, an electro-conductive material shielding plate, superimposed on the first with insulating material interposed, a cable with shielding that connects the plates to the electronic signal amplifier unit such as stage The sensor reveals the presence-absence of alternating voltage, existing on the conductors of the power lines, mainly in the medium voltage electrical distribution compartments, with no part in direct contact with the conductors themselves. The sensor placed at a safe distance from the live conductor, with the captive plate facing towards it and the shield plate connected to the earth potential, is able to detect an AC voltage signal by means of an inductive capacitive effect in air or through dielectric. a few mV, which suitably amplified by an electronic unit will signal the presence of voltage on the conductor concerned.

Description

Descrizione del Modello Industriale di Utilità dal titolo: SENSORE RIVELATORE DI PRESENZA-ASSENZA DI TENSIONE ALTERNATA, AD INDUZIONE CAPACITIVA IN ARIA, PER SCOMPARTÌ DI LINEE ELETTRICHE DI DISTRIBUZIONE IN MEDIA TENSIONE. Description of the Industrial Utility Model entitled: ALTERNATING VOLTAGE PRESENCE-ABSENCE DETECTOR SENSOR, WITH CAPACITIVE INDUCTION IN AIR, FOR DISTRIBUTION OF ELECTRICAL DISTRIBUTION LINES IN MEDIUM VOLTAGE.

“ DESCRIZIONE -Il presente trovato concerne un sensore rivelatore di presenza o assenza di tensione alternata sui conduttori delle linee elettriche, principalmente ed idealmente applicabile negli scomparti di manovra delle linee elettriche di distribuzione in media tensione. I rivelatori di presenza-assenza tensione, ed i loro relativi dispositivi elettronici, in uso per rivelare la tensione esistente sulle fasi delle linee elettriche di distribuzione MT,esistenti nello stato della tecnica anteriore, prelevano il segnale di tensione dalle fasi a diretto contatto con i conconduttori di linea. Il segnale viene prelevato dalle linee principalmente per mezzo di " TV n o riduttori di tensione ad induzione, o per mezzo di condensatori o '· TV capacitivi ". Questi apparati di rilevazione del segnale di tensione dalle fasi della linea presentano dei punti di contatto diretto con i conduttori in tensione della stessa, ponendo seri problemi per quanto riguarda il loro isolamento galvanico, dato gli alti valori nominali di tensione di esercizio delle reti in MT. Tali apparati, per evitare il rischio di pericolose scariche elettriche distruttive, assumono quindi notevoli dimensioni. Secondo il presente trovato il problema viene risolto,sfruttando il segnale di tensione che viene irradiato dal conduttore della linea MT, per effetto d'induzione capacitiva,verso il potenziale di terra. Tale segnale viene opportunamente rilevato dal sensore riguardante il presente trovato, mediante una placca di piccole dimensioni rivolta verso il con-( duttore della linea MT in tensione. Il sensore, che non presenta alcun punto di contatto con la linea in tensione, viene posto per la rilevazione ad una distanza di sicurezza dal conduttore della linea, e solidamente collegato al potenziale di terra. Per queste salienti caratteristiche,il sensore rivelatore di presenza tensione secondo il presente trovato, é realizzabile in ridotte dimensioni, offrendo allo stesso tempo il massimo grado d'isolamento dalla tensione di esercizio delle linee MT. "DESCRIPTION - The present invention relates to a sensor for detecting the presence or absence of alternating voltage on the conductors of electrical lines, mainly and ideally applicable in the switching compartments of medium voltage electrical distribution lines. The voltage presence-absence detectors, and their related electronic devices, in use to detect the voltage existing on the phases of the MV power distribution lines, existing in the state of the prior art, take the voltage signal from the phases in direct contact with the with line conductors. The signal is taken from the lines mainly by means of "VTs or induction voltage reducers, or by means of capacitors or capacitive VTs". These devices for detecting the voltage signal from the phases of the line have points of direct contact with the live conductors of the same, posing serious problems as regards their galvanic isolation, given the high rated operating voltage values of MV networks. . These devices, to avoid the risk of dangerous destructive electrical discharges, therefore assume considerable dimensions. According to the present invention, the problem is solved by exploiting the voltage signal which is radiated by the conductor of the MV line, due to the effect of capacitive induction, towards the earth potential. This signal is suitably detected by the sensor relating to the present invention, by means of a small plate facing the conductor of the live MV line. The sensor, which has no point of contact with the live line, is placed to the detection at a safe distance from the conductor of the line, and solidly connected to the earth potential. Due to these salient characteristics, the voltage presence detector sensor according to the present invention can be made in reduced dimensions, while offering the maximum degree of d '' insulation from the operating voltage of MV lines.

Con riferimento al disegno che illustra la realizzazione sostanziale del trovato:la fig.l rappresenta una vista frontale del sensore, dal conduttore della linea verso le placche di rilevazione, e la fig.2 ne rappresenta una vista trasversale. With reference to the drawing which illustrates the substantial embodiment of the invention: Fig. 1 represents a front view of the sensor, from the conductor of the line towards the detection plates, and Fig. 2 represents a transverse view thereof.

Il sensore rivelatore di presenza-assenza di tensione alternata riguardante il presente trovato si compone essenzialmente riferendosi alla fig.l è fig.2, di una placca captatrice (1), di una placca schermo (2) parallelamente sovrapposta alla (1), separata da essa con interposizione di materiale isolante{3). La placca captatrice (1) verrà rivolta frontalmente verso il conduttore della linea elettrica (6),mentre quella di schermo sarà rivolta e solidamente collegata verso terra. Il segnale di tensione catturato o rivelato tra le due placche, di valore" liminale " ossia a relativamente basso valore, é portato per mezzo di cavetto con calza di schermo (4), rispettivamente collegando il conduttore interno con la (1), e la calza di schermo con la (2), ad una unità elettronica amplificatrice (5) che provvede a rendere in uscita un congruo segnale visivo, acustico o di comando a relè di presenza o assenza di tensione sul conduttore della linea sondata. With reference to fig. 1 and fig. 2, the sensor for detecting the presence-absence of alternating voltage relating to the present invention consists of a capturing plate (1), of a shield plate (2) superimposed parallel to (1), separate from it with interposition of insulating material {3). The pick-up plate (1) will be facing frontally towards the conductor of the electric line (6), while the shield plate will be facing and solidly connected to the ground. The voltage signal captured or detected between the two plates, of "liminal" value, that is to say a relatively low value, is carried by means of a cable with shield braid (4), respectively connecting the internal conductor with (1), and shield braiding with (2), to an electronic amplifier unit (5) which provides to output a suitable visual, acoustic or relay control signal of presence or absence of voltage on the conductor of the probed line.

La placca captatrice (1) é realizzabile in materiale elettroconduttivo ,semiconduttivo o resistivo, di dimensione utile superficiale variabile a seconda del valore di tensione rilevabile, di qualsivoglia conformazione.Si cita ad esempio la possibilità di realizzare la placca con piastrine di rame, allumunio o materiali ferrosi oppure con dischi in carbone o silicio di forma tonda, quadra o rettangolare, o più semplicemente sfruttando il terminale di un filo conduttore. Lo spessore della placca (1) potrà essere tenuto alle minime dimensioni utili possibili, in quanto ininfluente per la rilevazione del segnale. La placca schermo (2) é realazzabile in materiale elettroconduttivo di dimensione utile superficiale leggermente superiore a quélla della placca (1),poiché deve schermare da eventuali altri segnali interferenti, e sarà rivolta e collegata solidamente al potenziale di terra.Lo spessore della placca (2) potrà essere tenuto alle minime dimensioni utili possibili,in quanto schermo di segnali di basso valore. Si precisa che applicando il sensore rivelatore, in scomparti o quadri di manovra di linee MT ove vi sia una sola tensione o una comunione di tensioni da rivelare^ possibile realizzare il sensore stesso senza la placca di schermo (2), collegando la calza del cavetto schermato (4),anziché alla placca schermo(2) in questo caso mancante, direttamente al potenziale di terra considerando placca schermo le pareti stesse degli scomparti di solito realizzati in lamiera. In questo caso la placca (1) rileverà un segnale che risulterà la somma di più segnali di eventuali più conduttori in tensione presenti nella cella MT. The pick-up plate (1) can be made of electroconductive, semiconductive or resistive material, with a useful surface dimension that varies according to the detectable voltage value, of any conformation. For example, the possibility of making the plate with copper, aluminum or ferrous materials or with carbon or silicon discs of round, square or rectangular shape, or more simply using the terminal of a conductor wire. The thickness of the plate (1) can be kept to the minimum possible useful dimensions, as it is irrelevant for the detection of the signal. The shield plate (2) can be manufactured in electroconductive material with a useful surface dimension slightly greater than that of the plate (1), since it must shield from any other interfering signals, and will be facing and solidly connected to the earth potential. 2) can be kept at the minimum possible useful size, as it is a shield for low value signals. It should be noted that by applying the detector sensor, in compartments or control panels of MV lines where there is only one voltage or a communion of voltages to be detected, it is possible to make the sensor itself without the shield plate (2), by connecting the braid of the cable shielded (4), instead of the shield plate (2) in this case missing, directly to the earth potential considering the shield plate the walls of the compartments usually made of sheet metal. In this case the plate (1) will detect a signal which will be the sum of several signals of any more live conductors present in the MV cell.

Il materiale (3) interposto tra le placche potrà essere dell'isolante plastico, ceramico,in vetroresina o bachelite, policarbonato ecc. oppure più semplicemente solo aria, di spessore tale da assicurare un buon grado d'impedenza d'isolamento tra le placche. Il cavetto (4), di collegamento delle placche all'unità elettronica di amplificazione(5)potrà essere di tipo unipolare con calza di schermo per bassa frequenza. Nel caso in cui il sensore rivelatore sia conformato in modo da integrare ed incapsulare in un'unico contenitore, l'unità elettronica di amplificazione (5) con le placche (1) e (2), l'uso del cavetto (4) non sarà necessario, in quanto il tratto di collegamento in questo caso risulta breve e non occorre necassariamente la schermatura del segnale. L'unità elettronica di amplificazione (5) potrà essere realizzata chiaramente con una varietà schematica funzionale praticamente senza limitazioni, senza per altro uscire dall'ambito del trovato e quindi dal dominio del presente brevetto. A titolo di esempio viene di seguito illustrato una forma di esecuzione schematica dell'unità elettronica di amplificazione (5), essendo naturalmente inteso che questa non risulta limitativa per quanto concerne la sua messa in opera con tutte le varianti possibili. The material (3) interposed between the plates can be plastic, ceramic, fiberglass or bakelite, polycarbonate, etc. or more simply just air, of such thickness as to ensure a good degree of insulation impedance between the plates. The cable (4) connecting the plates to the electronic amplification unit (5) can be of the unipolar type with low frequency shield braid. If the detector sensor is shaped so as to integrate and encapsulate in a single container, the electronic amplification unit (5) with the plates (1) and (2), the use of the cable (4) does not it will be necessary, as the connection section in this case is short and the signal shielding is not necessary. The electronic amplification unit (5) can be clearly realized with a functional schematic variety practically without limitations, without however departing from the scope of the invention and therefore from the domain of the present patent. By way of example, a schematic embodiment of the electronic amplification unit (5) is illustrated below, it being naturally understood that this is not limiting as regards its implementation with all possible variants.

Per la spiegazione di quanto segue si fa riferimento allo schema di fig.3. L'unità elettronica si compone essenzialmente di un primo stadio amplificatore d'ingresso (Al), dove viene portato il segnale rilevato dalla placca (1) rispetto la (2),caratterizzato da una elevata impedenza d'ingresso e da una elevato guadagno di amplificazione autoregolato, il segnale d'ingresso é sostanzialmente un segnale di tensione alternata di pochi mV,della stessa frequenza di rete della linea MT, che l'amplificatore (Al) provvede a discriminare ed amplificare. Il segnale in uscita di (Al) viene portato all'ingresso del secondo amplificatore (A2) il quale provvede a squadrarlo e a pilotare con la sua uscita i tre stadi finali,(A3) pilota dell'indicazione luminosa, (A4) pilota dell'indicazione acustica e (A5) pilota del comando a relè. Facendo riferimento alla fig.4 si fa ora qualche accenno teorico sul sistema di rilevazione ad induzione capacitiva. La placca captatrice (1) e la placca schermo (2) rappresentano le armature di un condensatore ideale (C2)con il dielettrico interposto (3). For the explanation of what follows, reference is made to the diagram in fig. 3. The electronic unit essentially consists of a first input amplifier stage (A1), where the signal detected by the plate (1) is carried with respect to (2), characterized by a high input impedance and a high gain of self-regulated amplification, the input signal is substantially an alternating voltage signal of a few mV, of the same mains frequency as the MV line, which the amplifier (A1) discriminates and amplifies. The output signal of (Al) is brought to the input of the second amplifier (A2) which squares it and drives with its output the three final stages, (A3) pilot of the luminous indication, (A4) pilot of the acoustic indication and (A5) pilot of the relay control. With reference to fig. 4, some theoretical hints are now made on the capacitive induction detection system. The pick-up plate (1) and the shield plate (2) represent the plates of an ideal capacitor (C2) with the dielectric interposed (3).

Le linee di forza della notevole tensione presente sul conduttore (6) della linea MT, attraverso l'aria o altro dielettrico, vengono radialmente irradiate verso terra, ed il sistema di questo campo elettrico 10 si può paragonare idealmente ad un condensatore (Cl) di dispersione interessato dalla tensione di fase-terra della linea MT. Rivolgendo la placca (1) di (C2) frontalmente verso il conduttore (6) con la placca (2) solidamente collegata al potenziale di terra, la tensione su (Cl)verrà ora ripartita su(C2) con una seconda tensione, ovvero il segnale rilevato dalla placca rivelatrice (1) del sensore. Il segnale 'icbsf rilevato risulta direttamente proporzionale alla distanza della placca rivelatrice (1) dal conduttore della linea MT, e alla sua superfice utile. The lines of force of the considerable voltage present on the conductor (6) of the MV line, through the air or other dielectric, are radially radiated towards the ground, and the system of this electric field 10 can ideally be compared to a capacitor (Cl) of dispersion affected by the phase-to-earth voltage of the MV line. Turning the plate (1) of (C2) frontally towards the conductor (6) with the plate (2) solidly connected to the earth potential, the voltage on (Cl) will now be distributed on (C2) with a second voltage, that is the signal detected by the detector plate (1) of the sensor. The 'icbsf signal detected is directly proportional to the distance of the detector plate (1) from the conductor of the MV line, and to its useful surface.

11 sensore rivelatore riguardante il presente trovato, é applicabile per la rivelazione di presenza-assenza di tensione sui conduttori di qualsiasi rete elettrica ma é idealmente applicabile per la rivelazione negli scomparti di manovra delle linee elettriche di distribuzione in MT dove si potrà comodamente applicarlo sui terminali dei cavi in arrivo o teste cavo. In questo caso si fa riferimento alla fig.7 che rappresenta il terminale di un cavo MT o testacavo (7), dove il conduttore della linea MT (6) attraverso il dielettrico (8) induce il segnale al sensore (9) che per l'occasione assume la conformazione preferenziale di collare,come meglio illustrato nelle fig.5 e fig.6. Il sensore realizzato secondo la conformazione preferenziale a collare " rende particolarmente agevole la sua applicazione sul terminale del cavo potendolo cingere alla sua base. Secondo la fig.5 il collare é praticamente rappresentato, come supporto di applicazione, dalla placca schermo che sarà all'uopo formata ad esempio da una sottile piattina di rame o alluminio, mentre il resto del sensore potrà essere eseguito con la soluzione già descritta alla fig.l. La fig.6 rappresenta una soluzione realizzativa del sensore a forma di collare in cui l'unità elettronica amplificatrice(5) viene integrata ed incapsulata sul retro della placca schermo, evitando cosi il collegamento per mezzo del cavetto schermato. Per la realizzazione delle placche del sensore a forma di collare, é preferibile usare strisce di materiale per la costruzione dei circuiti stampati a doppia faccia flessibili o fiatcable, su cui da un lato sarà mantenuto completamente integro lo strato di rame che comporrà la placca schermo, e sull'altro lato verrà incisa la placca captatrice possibilmente di forma tonda. The detector sensor relating to the present invention is applicable for the detection of the presence-absence of voltage on the conductors of any electrical network but is ideally applicable for the detection in the switching compartments of the MV electrical distribution lines where it can be conveniently applied on the terminals. of incoming cables or cable heads. In this case, reference is made to fig. 7 which represents the terminal of a MV cable or cable head (7), where the conductor of the MV line (6) through the dielectric (8) induces the signal to the sensor (9) which for the occasion assumes the preferential shape of a collar, as better illustrated in fig. 5 and fig. 6. The sensor made according to the preferential collar conformation "makes it particularly easy to apply it on the cable terminal, being able to surround it at its base. According to fig. 5 the collar is practically represented, as an application support, by the shield plate which will be used for this purpose. formed for example by a thin copper or aluminum strip, while the rest of the sensor can be performed with the solution already described in Fig. 1. Fig. 6 represents an embodiment of the collar-shaped sensor in which the electronic unit amplifier (5) is integrated and encapsulated on the back of the shield plate, thus avoiding the connection by means of the shielded cable. For the realization of the sensor plates in the shape of a collar, it is preferable to use strips of material for the construction of double printed circuits flexible or fiatcable face, on which on one side the copper layer that will make up the plate will be kept completely intact screen, and on the other side the pick-up plate will be engraved, possibly with a round shape.

Il sensore di rivelazione di presenza-assenza di tensione riguardante il presente trovato, potrà assumere molteplici altre forme schematiche esecutive anche molto differenti da quelle sopra elencate a titolo d'esempio, sia per quanto riguarda le placche di rilevazione sia per quanto riguarda l'unità elettronica di amplificazione ed il loro assemblaggio, senza per altro uscire dall'ambito del trovato e quindi dal dominio del presente brevetto. The voltage presence-absence detection sensor relating to the present invention may take many other schematic executive forms, even very different from those listed above by way of example, both as regards the detection plates and as regards the unit. amplification electronics and their assembly, without however departing from the scope of the invention and therefore from the domain of the present patent.

Claims

CLAIMS 1- Detector sensor for presence-absence of alternating voltage, for compartments of medium voltage electrical distribution lines. 2- Detector sensor according to claim 1, characterized by the fact that the detection of the voltage signal from the conductor of the medium voltage line takes place by capacitive induction in air or dielectric material, i.e. the detectable voltage signal is radiated by the conductor of the line MT, in air or through dielectric material towards the sensor. 3- Detector sensor according to claims 1 and 2, characterized in that the voltage signal is detected without any point of contact of the sensor with the conductor of the MV electric line, and that the signal itself is referred to the earth potential. 4- Detector sensor according to claims 1-3, consisting of a plate or sensor of electroconductive or resistive material, of any conformation and surface dimension and useful thickness, which constitutes the active detection pole, to always be turned frontally towards the conductor of the MT line you want to probe. 5- Sensor is a detector according to claims 1-4, consisting of a second plate or screen of electroconductive material, with surface dimensions slightly larger than the first and superimposed parallel to it without contact. 6- Detector sensor according to claims 1-5, characterized by the fact that the second plate, as from point 5, is electrically connected to ground or ground potential, and that in a subordinate way it is possibly constituted by the walls already existing on site (frames , metal walls, etc. already connected to the earth potential) of the same cells or switchgear compartments of the medium voltage lines in the electrical substations, since it constitutes the shielding of the active detection pole. 7- Detector sensor according to claims 1-6, characterized in that between the two plates, as in points 4,5 or 6, there is interposed insulating material or air, and that they constitute the walls of an ideal electric capacitor with a wall connected to ground or ground potential. 8- Detector sensor according to claims 1-7, characterized in that the signal picked up by capacitive induction between the pickup plate and the earthed shield plate, is an alternating voltage signal, of the same mains frequency as the voltage line probed, and of a value ranging from a few mV to a few Volts, depending on the size of the surface of the two plates and the distance between the live conductor of the MV line to be probed and the sensor itself. 9- Detector sensor according to claims 1-8, characterized in that the voltage signal detected as in point 8, is suitably amplified by an electronic unit, however constituted and without any limitation of schematic variety of construction, having as basic characteristics, a high input impedance and a high amplification gain of the electronic signal amplifier circuit. 10 - Detector sensor according to claims 1-9, characterized by the fact that the electronic unit as in point 9, constituting the final stage of the sensor, after having appropriately processed the input voltage signal, outputs a congruent status signal presence or absence of voltage, on the conductor of the MV line probed, by visual, acoustic or relay control means. 11- Detector sensor according to claims 1-10, characterized in that the electronic unit or final stage as in points 9 and 10, can be incorporated with the two plates, as in points 4 and 5, in a suitable container, if necessary shielded and encapsulated. 12- Detector sensor according to claims 1-11 characterized by the fact that the electronic unit or final stage as in points 9 and 10, can be placed in a separate container and in any case detached and allocated far from the two plates, as in points 4 and 5, although constituting an integral part of the sensor itself. 13- Detector sensor according to claims 1-12, characterized in that the voltage signal detected as in point 8, is sent to the electronic amplifier unit as in point 12, by means of a cable equipped with a shield braid, constituting the electrical connection between the plates (internal conductor connected to the pick-up plate and the shield braid connected to the shield plate) and the amplifying electronic unit, in this solution for the realization of the sensor, the aforementioned shielded cable forms an integral part of the sensor itself. 14- Detector sensor according to claims 1-13, characterized by the fact that it can be applied for the detection of the presence or absence of alternating voltage to the conductors of low voltage distribution lines, preferably in the operating compartments of the electrical substations. applicable to all cases of conductors of MV electrical lines both in cable (detection on cable head or terminal) and overhead. 15- Detector sensor according to claims 1-14, characterized in that if it is applied for voltage detection on a cable head or terminal of a conductor in a MV cable, y the execution conformation of the sensor or in any case the part of it constituted by the plates as 3.1 point 4 and 5, is preferably in the form of a collar so as to comfortably surround the cable head at its base, as better described and illustrated in the annexes. 16- Sensor for detecting the presence or absence of alternating voltage, with capacitive induction in air, of electrical conductors of medium voltage distribution lines, preferentially allocable in the switching compartments of the electrical substations, as in the previous claims and substantially as described and illustrated in the attached drawings and descriptions.