ITFI20060278A1

ITFI20060278A1 - Un sistema di sorveglianza dello stato di alimentazione elettrica e di tensione meccanica in una linea di contatto aerea

Info

Publication number: ITFI20060278A1
Application number: IT000278A
Authority: IT
Inventors: Maurizio Gori
Original assignee: Bitimec S R L
Priority date: 2006-11-10
Filing date: 2006-11-10
Publication date: 2008-05-11
Also published as: WO2008056393A1; EP2084032A1; US8217799B2; CA2669458A1; US20100073182A1

Description

UFFICIO TECNICO ING.A.MANNUCCI

BITIMEC s.r.l.

a MONTEVARCHI (AR)

"UN SISTEMA DI SORVEGLIANZA DELLO STATO DI ALIMENTAZIO-NE ELETTRICA E DI TENSIONE MECCANICA IN UNA LINEA DI

5 CONTATTO AEREA"

DESCRIZIONE

La presente invenzione concerne un sistema per migliorare la sicurezza delle linee elettriche aeree di contatto utilizzate per la movimentazione di veicoli a LO trazione elettrica quali treni, tram, filobus e simili, sia per soddisfare la normativa europea "EN 50122-1 /1998-03 - Provvedimenti di protezione concernenti la sicurezza elettrica e la messa a terra", volta ad evitare che la rottura accidentale di un conduttore di una 15 linea di contatto possa costituire un pericolo di folgorazione od altro, sia per evitare che uno di detti veicoli impegni una tratta di linea mancante di tensione elettrica, con il conseguente arresto imprevisto del veicolo ed ostruzione del percorso.

20 In generale, tali linee di contatto sono formate da una successione di tratte di conduttori sezionabili elettricamente e tensionate meccanicamente in modo indipendente una dall'altra. Secondo l'invenzione, il sistema di sorveglianza comprende, per ogni

25 nea, almeno un dispositivo di controllo

A 2/17

UFFICIO TECNICO OiG.A.MAMPiUCCI

zione luminosa disposto lungo la linea di contatto per fornire un segnale di allarme ai conducenti dei veicoli che utilizzano la linea di contatto quando la tensione elettrica della linea risulta mancante, e per interrompere di conseguenza l'alimentazione dei conduttori della rispettiva tratta in modo automatico e rapido. Infatti, la mancanza di tensione elettrica in tali conduttori, oltre a provocare l'arresto improvviso dei veicoli che impegnano tale tratta di linea, con possibile intralcio del traffico locale, può derivare da uno stato anomalo della linea stessa, stato che può presentare pericoli per le persone trasportate o che si trovano in prossimità della linea stessa.

Secondo l'invenzione, il dispositivo di controllo e segnalazione può anche comprendere un dispositivo atto a rilevare il valore della tensione meccanica dei conduttori di ciascuna tratta mediante rispettivi sensori e, nel caso di anomalia (ad esempio in seguito alla rottura del conduttore), attivare un segnale di allarme e togliere l'alimentazione elettrica alla rispettiva tratta di linea. Per quest'ultimo scopo, in prossimità del dispositivo è posta una cassetta di contattori azionati dal dispositivo stesso in caso di anomalia della tensione meccanica di un tratto di linea confrollato, ciascun contattore essendo atto a porre in UFFICIO TECNICO IMii-A.M ÀiWRIlJCJ<TI

corto circuito il rispettivo tratto di linea e così far scattare il rispettivo sezionatore di sottostazione togliendo tensione al tratto stesso. In tal modo si pone in sicurezza il tratto di linea in cui si è presentata una tensione meccanica anomala, e l’alimentazione elettrica potrà essere ripristinata solo dopo aver riparato il guasto.

Il sistema può anche comprendere una unità centrale di sorveglianza alla quale, mediante adatti mezzi di trasmissione, detti dispositivi di controllo e segnalazione periferica trasmettono lo stato di alimentazione e di integrità meccanica delle rispettive tratte di linea, così da centralizzare la sorveglianza e le possibilità di intervento rapido in caso di anomalia.

Detti mezzi di trasmissione sono preferibilmente in telefonia GSM con invio automatico di un messaggio SMS al verificarsi di un'anomalia, oppure possono essere un qualsiasi altro sistema di comunicazione conosciuto, come telefonia via cavo, a fibre ottiche, vìa etere, ecc.

Altri aspetti caratteristici dell'invenzione sono citati nelle rivendicazioni annesse.

Il trovato sarà meglio compreso seguendo la descrizione e l'unito disegno, il quale mostra una esempiifreazione non limitativa del trovato stesso. Nel diUFFICIO TBCNICO IMG.A.MAIimJCCI

segno: le

Figg.1 e 2 mostrano il sistema di sorveglianza secondo l'invenzione applicato rispettivamente ad una linea di filobus e ad una linea tranrviaria, cioè su rotaia; la

Fig.3 è uno schema elettrico semplificato del sistema; la

Fig.4 è una vista laterale di un dispositivo rilevatore della tensione meccanica di un conduttore di linea dì contatto delle Figg, 1 e 2; la

Fig.5 è una vista in sezione trasversale secondo V-V di Fig.4; e la

Fig.6 è una vista analoga a quella di Fig,4 in un'altra forma costruttiva del dispositivo.

Si fa riferimento alle Figg.l e 2, in cui elementi aventi la stessa funzione sono indicati con lo stesso numero di riferimento. Il sistema secondo l'invenzione è previsto per la sorveglianza di una linea aerea di contatto per veicoli elettrici. A titolo di esempio, nella Fig.1 si fa riferimento ad una linea doppia 1 per alimentare fìlobus, mentre nella Fig.2 ci si riferisce ad una linea singola 101 con ritorno a terra per una linea su rotaia.

Per ciascuna tratta indipendente di linea il sistema comprende un dispositivo dì controllo e segnalaUFFICIOTECNICO ÌNfi.A.MANNIJCCI

zione periferico 3 di forma scatolare munito esternamente di un pannello 5 per segnalazioni luminose, l'unità essendo applicata ad esempio ad un pilone 6 di supporto della linea 1, 101 in modo che il pannello 5 sia ben visibile ai guidatori dei veicoli che percorrono la tratta di linea precedente a quella sorvegliata dal dispositivo.

Il dispositivo 3 comprende sostanzialmente: un circuito 3A (vedere anche Fig.3) atto a rilevare la presenza della tensione elettrica sulla lìnea; un circuito 3B atto a rilevare la presenza della corretta tensione meccanica nei conduttori della linea di contatto 1, 101, tale tensione essendo rilevata per ciascun conduttore da un relativo sensore 7 (vedere anche Figg.4 a 7) e trasmessa al circuito 3B mediante cavi 9 di collegamento; mezzi di trasmissione, quali una unità telefonica GSM 9 con relativa antenna 9A, atti ad inviare ad una unità centrale di sorveglianza 11 (Fig.3) messaggi brevi (SMS) preregistrati corrispondenti ad eventi prefissati da sorvegliare; un circuito di controllo 13 a microprocessore che dialoga con detti circuiti rilevatori 3A, 3B e, mediante uscite 13A, accende sul pannello 5 luci di segnalazione di colori prefissati in funzione degli eventi da segnalare.

II complesso è alimentato dalla linea 1, 101 atUFFICIO TECNICO ING.A.MANNUCCI

traverso un convertitore di tensione continua 15 atto ad abbassare la tensione di linea (ad es. 750 V) ad una tensione di sicurezza adatta per i circuiti logici di comando (ad es. 24V), il convertitore 15 essendo munito anche di una batteria 17 mantenuta carica in tampone per consentire il funzionamento dell'unità periferica 3 anche in mancanza di tensione elettrica nella linea di contatto 1.

In una forma di realizzazione preferita (Figg.4 e 5), ciascun sensore 7 della tensione meccanica del conduttore X comprende:

una struttura 7A a forma di trave longitudinale, ad esempio in trafilato metallico, sviluppata parallelamente al conduttore X e fissata superiormente ad esso mediante morsetti di estremità 7B, 7C con interposizione di rispettivi isolatori IS, in modo da impedire che la tensione elettrica del conduttore X si trasmetta al sensore stesso. Tali morsetti 7A, 7B fanno presa in una coppia di scanalature XI, X2 (Fig.5) ricavate longitudinalmente nella parte superiore del conduttore X e per tutta la lunghezza di questo. In tal modo, restando al di sopra del conduttore, il sensore 7 può essere applicato lungo il conduttore X in una posizione qualsiasi per consentire il libero passaggio dei trolley dei veicoli che UFFICIO ΤΕ:«Π3⁄4ϊϊ«0Ο I NG.A. MAMNUCCI

percorrono la linea, i trolley essendo a contatto della superficie inferiore del conduttore X,-una cella di carico 7G applicata centralmente alla struttura 7A nel modo di seguito descritto, che impegnà un terzo morsetto 7D con interposizione di un rispettivo isolatore IS. Tale morsetto centrale 7D è simile ai morsetti di estremità 7B, 7C e similmente è ammorsettato superiormente al conduttore X ma, diversamente dai morsetti di estremità, non è fissato solidalmente alla struttura 7A del sensore 7. La parte sensibile della cella di carico 7G comprende un estensìmetro ES applicato in modo classico ad ima barretta metallica 7Z la quale è sviluppata parallelamente al conduttore X ed una cui estremità è fissata rigidamente alla struttura 7A. All'altra estremità della barretta 7Z è fissato un blocchetto terminale 7V che presenta un foro filettato nel quale è inserita, ortogonalmente alla barretta 7Z, una vite di pressione 7H che è fatta puntare in una cavità superiore di un perno 7W filettato che è avvitato nell'isolante IS del morsetto centrale 7D, L'estensimetro () è collegato elettricamente, mediante cavi 9, con il circuito 3B (Fig.3) di sorveglianza della tensione meccanica della linea di contatto. Un coperchio 7K della struttura 7A ed un soffietto 7L UFFICIO TECNICO ING.A.MANNUCCI

proteggono la cella di carico 7G dagli urti e dagli agenti atmosferici.

Per il funzionamento, il sensore 7, mediante i relativi morsetti 7B, 7C, 7D, è applicato al conduttore X quando questo si trova sottoposto ad una corretta forza di trazione longitudinale, ad esempio dell'ordine di 1000 kg per un conduttore di circa 15 mm di diametro. In tali condizioni, la vite 7H di regolazione della forza trasmessa dal conduttore X alla cella di carico 7G secondo un valore prefissato è avvitata a puntare sul morsetto centrale 7D. In tal modo, una variazione della forza di trazione nel conduttore X esternamente ai morsetti di estremità 7B, 7C, non più bilanciata da una uguale sollecitazione del tratto di conduttore compreso fra detti morsetti, produce una variazione dell'assetto elastico della struttura 7A inflettendola, con variazione della forza trasversale trasmessa dal conduttore X, mediante il morsetto centrale 7D, alla cella di carico 7G. Pertanto il segnale inviato dalla cella di carico 7G al circuito di controllo 3B viene variato di conseguenza e, qualora tale variazione superi una soglia prestabilita, il circuito di controllo 3B attiva un allarme ed interrompe l'alimentazione della tratta di linea relativa. Ciò avviene ad esempio quando la linea di contatto si è interrotta fisicamente o si è UFFICIO TECNICO ING.A. MANNUCCI

d<i>staccata da uno o più sostegni, con variazione so-stanziale del proprio stato di tensione meccanica.

Nella Fig.6 è mostrata un'altra forma di attuazio-ne di un rilevatore della tensione meccanica del conduttore X. Anche in questo caso il rilevatore 107 com-prende una struttura longitudinale 107A fissata al con-duttore X mediante due morsetti 107B, 107C, ed un terzo morsetto 107D, analogo a quello 7D della Fig.4, è applicato ad una cella di carico 107G fissata alla struttura 107A. Tuttavia in questo caso il morsetto 107D e la cella 107G sono posti ad una estremità della barretta 105A anziché al centro di questa. Anche in questo caso, una variazione dello stato di tensione meccanica del conduttore X della linea di contatto determina una variazione dello stato di sollecitazione della struttura 107A, producendo una variazione del segnale emesso dalla cella di carico 107G.

Ciascun pannello di segnalazione 5 comprende ad esempio cinque lampade di vari colori, per indicare ai conducenti dei veicoli alimentati dalla linea di contatto, ed anche al manutentore dell'impianto, lo stato di alimentazione e di continuità fisica della tratta di linea di contatto che il convoglio sta per impegnare. Ad esempio, la segnalazione ottica luminosa può assumere il colore verde o rosso a seconda che nella tratta UFFICIO TECNICO ING.A.MAJÌNUCCI

di lìnea controllata la tensione elettrica sia presente o meno.

Preferibilmente la segnalazione è realizzata con lampade a stato solido (High Power LED) che assicurano elevata efficienza luminosa, lunga vita operativa (di alcune decine di volte maggiore rispetto alle tradizionali lampade ad incandescenza), ottima resistenza alle sollecitazioni meccaniche ed eccellente gradazione ed intensità di colore.

Per garantire la massima visibilità della segnalazione sia nelle ore e zone fortemente illuminate come nelle ore notturne, il dispositivo di controllo e segnalazione 3 può comprendere un rilevatore di luce ambiente (non illustrato) che modula in modo proporzionale l'emissione luminosa delle lampade.

In sostanza, in una forma preferita di realizzazione del dispositivo di controllo e di segnalazione, l'apparecchiatura comprende:

un primo circuito 13 che, operando a bassissima tensione (di sicurezza) mediante un microprocessore, controlla un circuito alimentatore delle lampade, si occupa della diagnostica preventiva e di allarme, gestisce la composizione e la trasmissione di allarmi e di dati, e sorveglia la carica della batteria; - un secondo circuito 15 che consta di un convertitore UFFICIO TECNICO IKG-A-MASTNUCCI

DC/DC ad alta efficienza e, con adeguato isolamento, trasforma la tensione di linea ai livelli e con la potenza necessari all'alimentazione dell'intero sistema;

- un terzo circuito 3A per il riconoscimento della presenza della tensione elettrica di linea, il circuito essendo indipendente e parallelo al convertitore 15, per cui la segnalazione sarà corretta anche in caso di rottura del convertitore stesso, con il conseguente funzionamento a batteria;

- un quarto circuito 3B collegato ai sensori 7 di tensione meccanica dei cavi della linea 1, 101 applicati in prossimità di sospensioni dei cavi stessi, in grado di monitorare la continuità fisica del conduttore di contatto e, tramite una cassetta 3C di contattori di corto circuito 19, mettere in corto circuito il tratto di linea nel quale si è verificata un'anomalia di tensione meccanica, e così far scattare il relativo sezionatore di sottostazione per togliere la tensione elettrica al tratto stesso.

Il sistema è così in grado di evitare rischi di folgorazione in caso di rotture del conduttore stesso con la linea alimentata. Infatti, nel caso in cui il rilevatore di tensione meccanica segnali una tensione meccanica del cavo mancante od insufficiente, il sìsteUFFICIO TECNICO ING-A.MANNUCCI

ma provvede a cortocircuitare la linea e quindi a togliere tempestivamente l'alimentazione elettrica alla linea per il ripristino delle condizioni di sicurezza. La situazione di anomalia è inviata al posto o unità centrale di controllo attraverso i mezzi di comunicazione del dispositivo periferico di controllo e segnalazione 3, in modo che il posto centrale viene informato immediatamente ed automaticamente in quale zona della linea si è verificato il guasto.

Il sistema può pertanto rilevare e segnalare localmente - mediante il pannello di segnalazione 5 - ed all'unità remota di controllo 11 mediante i citati mezzi di trasmissione, i seguenti malfunzionamenti:

assenza in linea della tensione elettrica atta alla trazione (in tali condizioni i singoli dispositivi 3 di controllo e segnalazione funzionano a batteria); funzionamento scorretto del convertitore DC/DC; rottura di singole lampade,-funzionamento scorretto del gruppo alimentatore delle lampade;

- batteria scarica o prossima a fine vita.

Attraverso la parte di controllo della continuità meccanica del conduttore, il sistema è in grado di rilevare e segnalare anomalie dello stato meccanico della linea di contatto provocate, in generale, dalla rottura UFFICIO TECNICO ING.A.MANNTJCCI

del conduttore.

Il centro operativo di controllo comprende un elaboratore sul quale funziona un programma diagnostico di sorveglianza e protezione per le linee di contatto. Il centro permette di controllare ed interagire a distanza con le alimentazioni elettriche per la sicurezza della 1inea .

E' inteso che il disegno non mostra che una esemplificazione data solo quale dimostrazione pratica del trovato, potendo esso trovato variare nelle forme e disposizioni senza peraltro uscire dall'ambito del concetto che informa il trovato stesso. L'eventuale presenza di numeri di riferimento nelle rivendicazioni accluse ha lo scopo di facilitare la lettura delle rivendicazioni con riferimento alla descrizione, e non limita l'ambito della protezione rappresentata dalle rivendicazioni .

Claims

UFFICIO TECNICO ING.A.MANNUCCI RIVENDICAZIONI 1.Un sistema di sorveglianza di linee di contatto aeree per la trazione elettrica di veicoli, quali ad esempio treni, tram, filobus e simili, le linee essendo suddivise in tratte indipendenti per alimentazione elettrica e per tensionamento meccanico, caratterizzato dal fatto di comprendere, per ciascuna di dette tratte di linea, un dispositivo di controllo munito di un circuito {3B) collegato - mediante cavi elettrici (9) - ad uno o più sensori (7, 107) della tensione meccanica dei cavi (X) dei tratti di linea (1, 101) controllati, per attivare un allarme e/o interrompere l'alimentazione elettrica ai conduttori (X) della tratta stessa quando il valore di detta tensione meccanica si trova al di fuori di un campo di accettabilità.
2. Sistema di sorveglianza come da rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo (7; 107) di controllo dello stato di tensionamento meccanico di un singolo conduttore (X) della linea di contatto (1, 101) comprende una struttura lineare (7A; 1Q7A) fissata al conduttore (X), superiormente a questo, mediante almeno due morsetti (7B, 7C; 1G7B, 107C) solidali con la detta struttura lineare e fra loro distanziati lungo il conduttore, ed un terzo morsetto (7D; 107D) fissato al conduttore (X) ed applicato ad una cella di UFFICIO TECN ICO ING.A.MANNUCCI carico (7G, 107G) per rilevare la forza trasmessa dal conduttore (X) a detta cella di carico (7G, 107G) ortogonalmente al conduttore (X) stesso, tale forza essendo correlata allo stato di tensione meccanica del conduttore.
3.Sistema di sorveglianza come da rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto terzo morsetto (7D) del dispositivo di controllo dello stato di tensionamento di un conduttore (X) si trova, lungo il conduttore, interposto fra gli altri almeno due morsetti (7B, 70 .
4. Sistema di sorveglianza come da rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto terzo morsetto (107D) del dispositivo di controllo dello stato di tensionamento di un conduttore si trova, lungo il conduttore, esternamente agli altri almeno due morsetti (1Q7B, 107C).
5. Sistema di sorveglianza come da una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di controllo di ciascuna tratta di linea comprende anche un circuito (3A) atto a rilevare la presenza - nella rispettiva tratta di linea di contatto (1, 101) - della tensione elettrica di trazione ed a segnalarne localmente la presenza o meno mediante almeno un dispositivo di segnalazione luminosa (3) colUFFICIO TECNICO ING.A.MANNUCCI<Β 2>°°<β>Α 000278 locato in modo da mostrare la segnalazione luminosa ai guidatori dei veicoli che percorrono la tratta prece-dente a quella sorvegliata dal dispositivo stesso.
6.Sistema come da rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detta segnalazione è eseguita mediante un pannello (5) munito di lampade a più colori.
7.Sistema come da rivendicazioni 5 o 6, caratterizzato dal fatto che ciascuno di detti dispositivi di controllo e segnalazione (3) comprende mezzi di trasmissione (9, 9A) di segnali ad una unità centrale di sorveglianza (11), per attivarvi una segnalazione di allarme quando viene rilevata la mancanza di tensione elettrica e/o una inadeguata tensione meccanica in una tratta della linea (1, 101).
8. Sistema come da rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di trasmissione comprendono una unità trasmittente/ricevente GSM, e che per ogni evento controllato dal dispositivo (3) è memorizzato un relativo messaggio SMS da trasmettere.
9. Un sistema di sorveglianza dello stato di alimentazione elettrica e di tensione meccanica in una linea di contatto aerea; il tutto come sopra descritto e rappresentato nell'annesso disegno.