Die
vorliegende Erfindung betrifft die Kommunikation eines Datensignals über ein
Energieverteilungssystem und insbesondere die Verwendung eines induktiven
Kopplers zur Kopplung eines Datensignals über einen Leiter in einem Energieübertragungskabel.The
The present invention relates to the communication of a data signal via a
Energy distribution system and in particular the use of an inductive
Coupler for coupling a data signal via a conductor in a power transmission cable.
Auf
einen Haushalt oder ein Firma begrenzte Niederspannungs-(NS-) Leitungen
sind als Datenträger
für Punkt-zu-Punkt-
oder Netzwerkkommunikationen unter Verwendung so genannter "Träger"-Systeme verwendet
worden, in denen ein Datensignal auf einen Hochfrequenz-(HF-) Träger moduliert
und über
die Energieleitungen übertragen
wird. Ein Internetzugang, der eine "Last-Mile"-Konnektivität zwischen dem Internet-Datenstamm
und jedem Haushalt erfordert, würde
die Nützlichkeit
solcher Netzwerke stark vergrößern.On
a household or a company limited low-voltage (LV) lines
are as volumes
for point-to-point
or network communications using so-called "bearer" systems
in which a data signal is modulated onto a radio frequency (RF) carrier
and over
transmit the power lines
becomes. An Internet access that has a "last-mile" connectivity between the Internet data base
and every household would require
the usefulness
greatly increase such networks.
Eine
Mittelspannung (MS), gewöhnlich
4–66 kV,
wird über
einen MS-NS-Verteilungstransformator auf eine Niederspannung (NS)
von gewöhnlich 100–500 Volt
verringert. Ein Mittelspannungs-Energieverteilungsnetz versorgt
viele Haushalte und Firmen über
Verteilungstransformatoren. Wenn Daten im Mittelspannungsnetz vorhanden
sind, wäre
es wünschenswert,
Breitband-Datenströme
von Umspannstationen an gesamte Teilstrecken einer Wohngegend zu
koppeln, aber die Verteilungstransformatoren blockieren wirksam Hochfrequenzenergie
und hindern so die Daten daran, in die NS-Fallleitungen zu gelangen.A
Medium voltage (MS), usually
4-66 kV,
will over
a MS-NS distribution transformer to a low voltage (NS)
usually 100-500 volts
reduced. A medium-voltage power distribution network supplied
many households and companies over
Distribution transformers. If data is available in the medium-voltage network
are, would be
it desirable
Broadband pipes
from substations to entire legs of a residential area
but the distribution transformers effectively block high frequency energy
and thus prevent the data from entering the NS downpipes.
In
Ländern,
die nominale Niederspannungen von 125 Volt oder weniger verwenden,
wie in Nordamerika, werden Fallleitungen vom Verteilungstransformator
zur elektrischen Last im Haus oder im Büro gewöhnlich kürzer als etwa 50 Meter gehalten,
damit der Spannungsabfall entlang der Leitungen verringert und eine
angemessene Spannungsregulation beibehalten wird. Gewöhnlich werden
von jedem Verteilungstransformator nur ein bis zehn Haushalte oder
Firmen versorgt. Für
eine derart kleine Zahl von möglichen
Verbrauchern ist es nicht wirtschaftlich, eine teure Einspeisung
mit hoher Datenübertragungsrate,
wie Faser oder T1, bereitzustellen und sie über Vorrichtungen zur Energieleitungskommunikation
an die Niederspannungsseite des Transformators zu koppeln. Um das
Mittelspannungs-Energieverteilungsnetz
als Datenrücktransport-(Backhaul-)
kanal zu nutzen, ist also eine Vorrichtung erforderlich, mit der
der Verteilungstransformator überbrückt werden kann.In
countries
use the nominal low voltages of 125 volts or less,
As in North America, downcomers are from the distribution transformer
usually kept shorter than about 50 meters for electrical load in the home or office,
so that the voltage drop along the lines decreases and a
adequate voltage regulation is maintained. Usually will
from each distribution transformer only one to ten households or
Companies supplied. For
such a small number of possible
It is not economical for consumers, an expensive feed
with high data transmission rate,
such as fiber or T1, and provide them via power line communication devices
to couple to the low voltage side of the transformer. To that
Medium voltage power distribution network
as data return (backhaul)
Thus, a device is required with the
the distribution transformer can be bridged.
Bei
einem Energieverteilungssystem wird eine Hochspannung (HS) mit gewöhnlich 100–800 kV
von einem HS-MS-Abwärtstransformator
in einem Umspannwerk auf eine Mittelspannung herunter transformiert.
Die hochfrequenzblockierenden Merkmale von Verteilungstransformatoren
isolieren das Mittelspannungs-Energieverteilungsnetz
von Hochfrequenzrauschen, das sowohl auf den Niederspannungs- als
auch den Hochspannungs-(HS-) leitungen vorhanden ist. Das Mittelspannungsnetz
ist folglich ein verhältnismäßig rauschfreier
Träger,
der für
die Hochgeschwindigkeitsdatenkommunikation als Datenverteilungssystem
oder "Backhaul-Leitung" ideal ist.at
A power distribution system becomes a high voltage (HS), usually 100-800 kV
from a HS-MS step-down transformer
transformed down to a medium voltage in a substation.
The high frequency blocking features of distribution transformers
isolate the medium-voltage power distribution network
high-frequency noise affecting both the low-voltage and
also the high voltage (HS) lines is present. The medium voltage network
is therefore a relatively noise-free
Carrier,
the for
the high-speed data communication as a data distribution system
or "backhaul pipe" is ideal.
Die
vorstehend erwähnten
Transformatoren blockieren nahezu jede Leistung im Megahertz-Frequenzbereich.
Um hochfrequenzmodulierte Daten aus den MS-Leitungen mit den NS-Leitungen zu koppeln,
muss eine Überbrückungsvorrichtung
an jeder Transformatorenstelle installiert werden. Zurzeit sind Vorrichtungen
erhältlich
und werden für
Datenkopplungsanwendungen mit niedriger Frequenz und niedriger Datenübertragungsrate
verwendet. Solche Anwendungen werden häufig als Power Line Communications
(PLC) bezeichnet. Diese Vorrichtungen umfassen gewöhnlich einen
Hochspannungs-Reihenkopplungskondensator,
der einer Basic Impulse Loading-(BIL-)
Spannung, gewöhnlich über 50 kV,
standhalten muss.The
mentioned above
Transformers block almost every megahertz frequency range.
To couple high frequency modulated data from the MS lines to the NS lines,
Must have a lock-up device
be installed at each transformer station. At the moment there are devices
available
and will be for
Low-frequency, low-data-rate data link applications
used. Such applications are often called Power Line Communications
(PLC). These devices usually include one
High voltage series coupling capacitor,
the one Basic Impulse Loading- (BIL-)
Voltage, usually over 50 kV,
must withstand.
Solche
Vorrichtungen sind sehr teuer und sperrig und haben einen Einfluss
auf die gesamte Zuverlässigkeit
des Energieversorgungsnetzes. Außerdem erfordern sie in einigen
Fällen
während
ihrer Installation die Energieabschaltung bei den Kunden.Such
Devices are very expensive and bulky and have an impact
on the entire reliability
of the power supply network. Besides, they require in some
make
while
their installation, the energy shutdown at the customer.
In
Ländern
mit einer nominalen Niederspannung im Bereich von 100–120 Volt,
wie Japan und den USA, ist die Anzahl der Verteilungstransformatoren
besonders hoch. Der Grund dafür
ist, dass die MS-NS-Verteilungstransformatoren verhältnismäßig nahe
an der Last angeordnet werden, um den Einspeisungswiderstand niedrig
zu halten. Ein niedriger Einspeisungswiderstand ist wünschenswert,
um einen angemessenen Grad an Spannungsregulation, d.h. minimale
Schwankungen in der Versorgungsspannung bei verschiedenen Lastströmen, beizubehalten.
NS-Versorgungsleitungen für
Abstände
von viel mehr als 50 Meter würden
undurchführbar
dicke Kabel erfordern.In
countries
with a nominal low voltage in the range of 100-120 volts,
like Japan and the US, is the number of distribution transformers
especially high. The reason for this
is that the MS-NS distribution transformers are relatively close
be placed on the load to low the feed resistance
to keep. A low feed resistance is desirable
by an adequate degree of voltage regulation, i. minimum
Fluctuations in the supply voltage at different load currents, maintain.
NS supply lines for
distances
of much more than 50 meters would
impracticable
require thick cables.
Damit
ein Datenkoppler wirksam ist, muss er in dem Rahmen betrachtet werden,
in dem er in Verbindung mit den Hochfrequenzeigenschaften der MS-Stromleitungen
und mit anderen, an diese Leitungen angeschlossenen Komponenten
arbeitet, wie Transformatoren, Leistungsfaktorkorrekturkondensatoren,
PLC-Koppungskondensatoren
und Trennschalter. Diese Komponenten arbeiten in verschiedenen Ländern und
Regionen bei unterschiedlichen Spannungen. Die Höhe der Betriebsspannung hat
einen direkten Einfluss auf die Konstruktionsgeometrie von Mittelspannungsenergievorrichtungen
sowie auf die Klemmenimpedanz dieser Vorrichtungen bei Megahertzfrequenzen.
Andere Faktoren, die Hochfrequenzsignale in MS-Energieleitungen beeinflussen, sind
u.a. die Geometrie des Netzwerks, z.B. die Verzweigung, die Verwendung
von Untergrundkabeln mit sehr kleiner Impedanz, die mit Oberleitungen
hoher Impedanz verbunden sind, und die Möglichkeit der Aufspaltung eines
Netzwerks in Unternetzwerke durch Bedienen eines Trennschalters.
Daher muss die Eignung einer MS-NS-Kopplungsvorrichtung im Zusammenhang
mit den spezifischen Merkmalen der in jedem Land verwendeten Ausrüstung und
des MS-Spannungsniveaus betrachtet werden.For a data coupler to be effective, it must be considered in the context where it operates in conjunction with the high frequency characteristics of the MS power lines and other components connected to those lines, such as transformers, power factor correction capacitors, PLC coupling capacitors, and circuit breakers. These components work in different countries and regions at different voltages. The level of operating voltage has a direct impact on the design geometry of medium voltage power devices as well as on the clamp impedance of these devices at megahertz frequencies. Other factors that affect radio frequency signals in MS power lines include network geometry, such as branching, the use of very low impedance underground cables connected to high impedance catenaries, and the ability to split a network into subnetworks by operation a circuit breaker. Therefore, the suitability of an MS-NS coupling device must be considered in the context of the specific characteristics of the equipment used in each country and the MS voltage level.
Oberirdische Übertragungsleitungen
sind durch zwei oder mehrere Kabel gekennzeichnet, die mit im Wesentlichen
konstantem Abstand mit Luft-Dielektrikum dazwischen verlaufen. Solche
Leitungen haben eine charakteristische Impedanz im Bereich von 300
bis 500 Ohm und sehr geringe Verluste. Koaxiale Untergrundkabel
umfassen einen Mittelleiter, der von einem Dielektrikum umgeben
ist, über
den Mittelleiter gewickelt sind. Solche Kabel haben eine charakteristische
Impedanz im Bereich von 20 bis 40 Ohm und zeigen Verluste für Megahertz-Signale,
die je nach den Verlusteigenschaften des Dielektrikums nur 2 dB
pro hundert Meter Länge
betragen können.Overground transmission lines
are characterized by two or more cables that are in essence
constant distance with air dielectric in between. Such
Lines have a characteristic impedance in the range of 300
up to 500 ohms and very low losses. Coaxial underground cable
include a center conductor surrounded by a dielectric
is over
the center conductor are wound. Such cables have a characteristic
Impedance in the range of 20 to 40 ohms and show losses for megahertz signals,
depending on the loss characteristics of the dielectric only 2 dB
per hundred meters in length
can be.
Ein
MS-NS-Verteilungstransformator, ob er nun für den Betrieb von Ein-Phase
zu Mittelleiter oder von Phase zu Phase in einem Dreiphasennetz
konstruiert worden ist, hat eine primärseitige Wicklung auf der MS-Seite,
die mit einer Impedanz im Bereich von 40 bis 300 Ohm für Frequenzen
oberhalb von 10 MHz auftritt.One
MS-NS distribution transformer, whether he is now for the operation of one-phase
to center conductor or from phase to phase in a three-phase network
has a primary side winding on the MS side,
those with an impedance in the range of 40 to 300 ohms for frequencies
above 10 MHz occurs.
Leistungsfaktorkorrekturkondensatoren
haben hohe nominale Kapazitätswerte
(z.B. 0,05–1 μF), aber
ihre Hochfrequenzimpedanz wird in erster Linie durch Reiheninduktivität bestimmt,
die in ihrer Bauweise begründet
ist. PLC-Kopplungskondensatoren haben niedrigere nominale Kapazitäten, zum
Beispiel 2,2–10
nF, können
aber Hochfrequenzimpedanzen haben, die im Verhältnis zur charakteristischen Impedanz
des Energiekabels verhältnismäßig niedrig sind.
Jede der vorstehend erwähnten
Vorrichtungen kann eine Resonanz im Megahertzbereich erzeugen, d.h.
der imaginäre
Teil einer komplexen Impedanz wird Null Ohm, die Vorrichtungen haben
jedoch keine hohen Q-Faktoren bei diesen Frequenzen, und so nähert sich
die Größenordnung
der Impedanz in der Regel nicht Null für eine Reihenresonanz oder
einem extrem hohen Wert für
eine Parallelresonanz.Power factor correction capacitors
have high nominal capacity values
(e.g., 0.05-1 μF), but
their high-frequency impedance is determined primarily by series inductance,
which is based on their design
is. PLC coupling capacitors have lower nominal capacitances, for example
Example 2.2-10
nf, can
but have high frequency impedances that are proportional to the characteristic impedance
of the power cable are relatively low.
Each of the above mentioned
Devices can produce a resonance in the megahertz range, i.
the imaginary
Part of a complex impedance will be zero ohms that have devices
however, no high Q factors at these frequencies, and so is approaching
the order of magnitude
the impedance is usually not zero for a series resonance or
an extremely high value for
a parallel resonance.
Eine
andere Vorrichtung, die insbesondere in Japan auf MS-Energieversorgungsnetzen
verwendet wird, ist ein ferngesteuerter Dreiphasen-Trennschalter.
Wenn ein Datensignal über
eine Phasenleitung übertragen
wird, die durch einen solchen Schalter läuft, muss die Kontinuität der Daten
aufrechterhalten werden, sogar wenn die Phasenleitung durch den Schalter
geöffnet
wird.A
other device, especially in Japan on MS power supply networks
used is a remote-controlled three-phase disconnector.
When a data signal over
transmit a phase line
will, which runs through such a switch, must ensure the continuity of the data
be maintained, even if the phase line through the switch
open
becomes.
Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten
Koppler zur Kopplung eines Datensignals an einen Leiter in einem
Energieübertragungskabel
bereitzustellen.It
It is an object of the present invention to provide an improved
Coupler for coupling a data signal to a conductor in one
Power transmission cables
provide.
Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen derartigen
Koppler bereitzustellen, der kostengünstig ist und eine hohe Datenübertragungsgeschwindigkeit
besitzt.It
is another object of the present invention, such
To provide coupler, which is inexpensive and a high data transmission speed
has.
Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen derartigen
Koppler bereitzustellen, der ohne Unterbrechung der Versorgung an
Energieabnehmer installiert werden kann.It
is another object of the present invention, such
Provide coupler without interrupting the supply to
Energy consumers can be installed.
Es
ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
derartigen Koppler bereitzustellen, der nur passive Komponenten
verwendet, die eine praktisch unbeschränkte Lebensdauer haben.It
is still another object of the present invention, a
provide such coupler, the only passive components
used, which have a virtually unlimited life.
Diese
und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch eine
Vorrichtung zur Ermöglichung
der Kommunikation eines Datensignals über ein Energieübertragungskabel
erreicht, umfassend (a) eine erste Wicklung zur Kopplung des Datensignals über einen
Leiter des Energieübertragungskabels
und (b) eine zweite Wicklung, die an die erste Wicklung induktiv
gekoppelt ist, zum Koppeln des Datensignals über einen Dateneingang.These
and further objects of the present invention are achieved by a
Device for enabling
the communication of a data signal via a power transmission cable
achieved, comprising (a) a first winding for coupling the data signal via a
Head of power transmission cable
and (b) a second winding that is inductive to the first winding
coupled to couple the data signal via a data input.
1 ist
eine Darstellung eines üblichen
Untergrund-Mittelspannungsverteilungskoaxialkabels, das
einen Neutralleiter zeigt, der als ein erfindungsgemäßes Kommunikationsmedium
verwendet wird. 1 Fig. 10 is an illustration of a conventional underground medium voltage distribution coaxial cable showing a neutral conductor used as a communication medium according to the present invention.
2A ist
eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung einer einseitig
geerdeten Übertragungsleitung,
die einen einzigen Neutralleiter zur Datenkommunikation verwendet. 2A is an illustration of an inventive arrangement of a single-ended transmission line, which uses a single neutral conductor for data communication.
2B ist
eine schematische Darstellung der Anordnung der 2A. 2 B is a schematic representation of the arrangement of 2A ,
3A ist
eine Veranschaulichung eines Energieübertragungskabels, in dem zwei
Neutralleiter als erfindungsgemäße Übertragungsleitung
für die
Kommunikation eines Datensignals verwendet werden. 3A Figure 11 is an illustration of a power transmission cable in which two neutral conductors are used as the transmission line according to the invention for the communication of a data signal.
3B ist
eine schematische Darstellung der in 3A gezeigten
Anordnung. 3B is a schematic representation of in 3A shown arrangement.
3C ist
eine schematische Darstellung eine r Alternative zu der in 3A gezeigten
Anordnung, die eine Mehrzahl von Neutralleitern zur Bildung einer
Datenübertragungsleitung
verwendet. 3C is a schematic representation of a r alternative to the in 3A shown arrangement that uses a plurality of neutral conductors to form a data transmission line.
3D ist
eine Veranschaulichung einer Technik zur Realisierung der in 3C gezeigten
Anordnung. 3D is an illustration of a technique for realizing the in 3C shown arrangement.
4A und 4B veranschaulichen
Ausführungsformen
einer Magnetkerntopologie für
einen Koppler für
die Verwendung mit einem Paar Neutralleitern, die mit einem Datensignal
differenziell betrieben werden. 4A and 4B illustrate embodiments of a magnetic core topology for a coupler for use with a pair of neutral conductors that are differentially operated with a data signal.
5A ist
eine Darstellung einer Anordnung eines Kabels mit einer hohen Impedanz,
die durch Anordnung eines magnetischen Ringspulenkerns eingeführt wurde. 5A Fig. 10 is an illustration of an arrangement of a high-impedance cable inserted by arranging a magnetic loop core.
5B ist
eine schematische Darstellung der Anordnung von 5A. 5B is a schematic representation of the arrangement of 5A ,
6A–6C sind
Darstellungen mehrerer erfindungsgemäßer Anordnungen einer symmetrischen Übertragungsleitung,
die zwei Neutralleiter und magnetische Induktion verwendet. 6A - 6C Figures 12 and 12 are diagrams of several symmetrical transmission line arrangements according to the invention using two neutral conductors and magnetic induction.
6D ist
eine schematische Darstellung der Anordnungen von 6A–6C. 6D is a schematic representation of the arrangements of 6A - 6C ,
7 ist
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen symmetrischen Übertragungsleitung,
die eine magnetische Induktion verwendet. 7 is a schematic representation of a symmetrical transmission line according to the invention, which uses a magnetic induction.
8 ist
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, die mehrere Übertragungsleitungen
mit mehreren Sätzen
von Neutralleitern verwendet. 8th Figure 4 is a schematic representation of an embodiment of the present invention utilizing multiple transmission lines with multiple sets of neutral conductors.
9A ist
eine schematische Darstellung eines Systems zur Identifizierung
einer Leitung aus einer Mehrzahl von Leitungen eines Energieübertragungskabels. 9A is a schematic representation of a system for identifying a line of a plurality of lines of a power transmission cable.
9B ist
eine Darstellung eines Systems zur Identifizierung einer Leitung
aus einer Mehrzahl von Leitungen eines Energieübertragungskabels. 9B FIG. 4 is an illustration of a system for identifying a line from a plurality of lines of a power transmission cable. FIG.
10A und 10B sind
schematische Darstellungen von Teilen eines erfindungsgemäßen Datenkommunikationsnetzwerks,
das ein Energieverteilungssystem verwendet, wobei die Daten auf einem
Phasenleiter des Energieverteilungssystems übertragen werden. 10A and 10B Fig. 2 are schematic illustrations of portions of a data communication network according to the invention employing a power distribution system, the data being transmitted on a phase conductor of the power distribution system.
11A ist eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
eines induktiven Kopplers zur Kopplung von Daten über einen
Phasenleiter. 11A is an illustration of an embodiment of an inductive coupler according to the invention for coupling data via a phase conductor.
11B ist eine schematische Darstellung der in 11A gezeigten Ausführungsform. 11B is a schematic representation of in 11A shown embodiment.
12 ist
eine schematische Darstellung eines Teils eines Netzwerks, das Wechselkopplungsmodems
an einem induktiven Koppler aufweist. 12 Fig. 12 is a schematic representation of a portion of a network having inter-coupling modems on an inductive coupler.
13 ist
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Technik
zum passiven Koppeln modulierter Daten zwischen Abschnitten eines Energieversorgungsnetzes. 13 is a schematic representation of a technique according to the invention for the passive coupling of modulated data between sections of a power grid.
14 ist
eine schematische Darstellung einer Technik zur Kopplung modulierter
Daten zwischen Abschnitten eines Energieversorgungsnetzes unter
Verwendung von Wechselkopplungsmodems. 14 Figure 4 is a schematic representation of a technique for coupling modulated data between portions of a power grid using inter-coupling modems.
15 ist
eine schematische Darstellung, die mehrere erfindungsgemäße Techniken
zur Kopplung von Daten an einen Phasenleiter von einem Energieverteilungssystem
bei einer Realisierung eines Datenkommunikationsnetzwerks zeigt. 15 Figure 4 is a schematic diagram showing several techniques of the invention for coupling data to a phase conductor of a power distribution system in a data communication network implementation.
16A ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen kapazitiven
Kopplers als Abschluss eines unbenutzten Endes einer Übertragungsleitung. 16A is a schematic representation of a capacitive coupler according to the invention as a conclusion of an unused end of a transmission line.
16B ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen kapazitiven
Kopplers zum Verbinden eines Modems mit einen unbenutzten Ende einer Übertragungsleitung. 16B is a schematic representation of a capacitive coupler according to the invention for connecting a modem to an unused end of a transmission line.
16C ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung
eines kapazitiven Kopplers zur Aufrechterhaltung der Kontinuität eines
Datensignals über
einen Netztrennschalter. 16C is a schematic representation of an inventive arrangement of a capacitive coupler for maintaining the continuity of a data signal via a power disconnect switch.
Ober-
und unterirdische Mittelspannungsübertragungsleitungen können für die bidirektionale Übertragung
digitaler Daten verwendet werden. Solche Übertragungsleitungen decken
den Weg zwischen der Umspannstation eines Stromerzeugers und einem
oder mehreren MS-NS-Verteilungstransformatoren ab, die innerhalb
einer Wohngegend angeordnet sind. Die MS-NS-Verteilungstransformatoren transformieren
die Mittelspannungsenergie auf Niederspannung herunter, die dann
in Haushalte und Firmen eingespeist wird.upper
and underground medium voltage transmission lines may be used for bidirectional transmission
digital data. Cover such transmission lines
the way between the substation of a generator and a
or multiple MS-NS distribution transformers within
a residential area are arranged. Transform the MS-NS distribution transformers
down the medium voltage power to low voltage, which then
into households and companies.
Die
vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines Kopplers in
einem Mittelspannungsenergienetz. Der Koppler dient der Ermöglichung
von Kommunikation eines Datensignals über ein Energieübertragungskabel.
Er hat eine erste Wicklung zur Kopplung des Datensignals über einen
Leiter des Energietransmissionskabels und eine zweite Wicklung, die
mit der ersten Wicklung induktiv gekoppelt ist, zur Kopplung des
Datensignals über
einen Dateneingang.The
The present invention relates to the use of a coupler in
a medium voltage power grid. The coupler serves to enable
of communication of a data signal via a power transmission cable.
He has a first winding for coupling the data signal via a
Head of the power transmission cable and a second winding, the
is inductively coupled to the first winding, for coupling the
Data signal over
a data input.
Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird mit einem Energieübertragungskabel verwendet,
das einen oder mehrere Neutralleiter besitzt, d.h. Leiter, die ähnlich wie
bei einem Koaxialkabel um eine Außenschicht des Kabels gewickelt
sind. Einer oder mehrere der Neutralleiter des Energieübertragungskabels
dienen als Leiter für
ein oder mehrere Datensignale.An embodiment of the present invention is provided with a power transmission cable used, which has one or more neutral conductors, ie conductors which are wound around an outer layer of the cable similar to a coaxial cable. One or more of the neutral conductors of the power transmission cable serve as conductors for one or more data signals.
Eine
andere Ausführungsform
wird mit einem Phasenleiter eines Energieübertragungskabels verwendet.
In diesem Fall dient der Phasenleiter des Energieübertragungskabels
als Leiter für
ein oder mehrere Datensignale.A
other embodiment
is used with a phase conductor of a power transmission cable.
In this case, the phase conductor of the power transmission cable is used
as head of
one or more data signals.
1 ist
eine Darstellung eines üblichen
Untergrund-Mittelspannungsverteilungs-koaxialkabels 100 mit
einem daran gekoppelten erfindungsgemäßen induktiven Koppler. Das
Kabel 100 besitzt eine Mehrzahl von N Mittelleitern 105,
die spiralförmig
um einen Kernisolator 120 gewickelt sind, der einen Phasenleitungsdraht 115 umgibt.
Bei einem Pirelli-Kabel X-0802/4202/0692 TRXLPE 25 KV 260 mil 1/0
A WG A1-Kabel, das von Pirelli Cavi e Sistemi S.p.A, Viale Sarca,
222, Mailand, Italien 20126, erhältlich
ist, ist zum Beispiel ein Phasenleitungsdraht von einer Isolierung
umgeben, um die 8 Stränge
Kupfer mit einem Durchmesser von 2,8 mm gewickelt sind. Kabel mit 12
bis 16 Mittelleitern sind ebenfalls gebräuchlich. 1 Figure 3 is an illustration of a standard underground medium voltage distribution coaxial cable 100 with an inductive coupler according to the invention coupled thereto. The cable 100 has a plurality of N center conductors 105 spiraling around a core insulator 120 are wound, the one phase line wire 115 surrounds. For example, a Pirelli cable X-0802/4202/0692 TRXLPE 25 KV 260 mil 1/0 A WG A1 cable, available from Pirelli Cavi e Sistemi SpA, Viale Sarca, 222, Milan, Italy 20126, is available a phase conductor wire surrounded by insulation, wrapped around the 8 strands of copper with a diameter of 2.8 mm. Cables with 12 to 16 center conductors are also common.
Die
Mittelleiter 105 sind in einem Kabelabschnitt voneinander
getrennt und gegeneinander isoliert. An einem Ende des Kabels 100 ist
ein Strang jedes Mittelleiters 105 offen und tangential
gewickelt, so dass ein Ring aus Kupferdraht 125 in einem
kurzen Abstand vom Kabelende gebildet wird, der einen Abschluss
bildet. Diese Stränge
werden zusammen in einem einlitzigen Leiter 130 vereinigt
und an einer Erdungsstelle am MS-NS-Verteilungstransformator angeschlossen.The middle conductors 105 are separated in a cable section and isolated from each other. At one end of the cable 100 is a strand of each middle conductor 105 wound open and tangential, leaving a ring of copper wire 125 is formed at a short distance from the cable end, which forms a close. These strands come together in a single-stranded ladder 130 and connected to a grounding point on the MS-NS distribution transformer.
Ein
Koppler 140 ist bereits vom Phasenleiter 115 isoliert,
wobei für
den Letzteren garantiert ist, dass er sowohl den stationären als
auch den transienten Spannungen standhält, für die das Kabel ausgelegt ist.
Durch Nutzung bereits bestehender Isolierung muss diese nicht erneut
für den
Koppler bereitgestellt werden. Der Koppler kann mit gewöhnlichen Kunststoffmaterialien
verpackt werden.A coupler 140 is already from the phase conductor 115 The latter is guaranteed to withstand both the steady state and transient voltages for which the cable is designed. By using existing insulation, it does not need to be re-provisioned for the coupler. The coupler can be packed with ordinary plastic materials.
Der
Koppler 140 umfasst eine erste Wicklung (in 1 nicht
gezeigt) und eine zweite Wicklung (in 1 nicht
gezeigt). Die erste Wicklung wird durch das Kabel selbst bereitgestellt,
während
die zweite Wicklung eine oder zwei Windungen einer Schaltlitze mit
kleinem Querschnitt und minimaler Isolierung umfassen kann.The coupler 140 comprises a first winding (in 1 not shown) and a second winding (in 1 Not shown). The first winding is provided by the cable itself, while the second winding may comprise one or two turns of a small cross-section stranded wire with minimal insulation.
Bei
einem Untergrundkabel, wie dem Kabel 100, ist die Verwendung
des induktiven Kopplers 140 besonders kostengünstig, da
er den bestehenden Isolator 120 zur Bereitstellung einer
Isolierung von den Mittelspannungsleitungen nutzt.For a submarine cable, such as the cable 100 , is the use of the inductive coupler 140 particularly cost-effective, as it uses the existing insulator 120 to provide isolation from the medium voltage lines.
Ein
erfindungsgemäßer induktiver
Koppler eignet sich auch zur Verwendung mit einem oberirdischen
Energieübertragungskabel.
Der induktive Koppler ist im Allgemeinen weniger teuer als ein kapazitiver
Koppler, da die Schichtzunahme der Isolierung des induktiven Kopplers
die Leistungsfähigkeit des
Kopplers im Wesentlichen nicht vermindert, während die Zunahme der Isolierungsdicke
im Kondensator seine Kapazität
pro Flächeneinheit
direkt herabsetzt und eine größere Plattenfläche erforderlich macht.
Daher kann im Vergleich zu einem kapazitiven Koppler der induktive
Koppler wesentlich kostengünstiger
hergestellt werden.One
inventive inductive
Coupler is also suitable for use with an above-ground
Power transmission cable.
The inductive coupler is generally less expensive than a capacitive one
Coupler, as the layer increase of the isolation of the inductive coupler
the performance of the
Kopplers essentially not diminished while the increase in insulation thickness
in the capacitor its capacity
per unit area
directly degrades and requires a larger plate area.
Therefore, compared to a capacitive coupler, the inductive
Coupler much cheaper
getting produced.
Es
gibt mehrere alternative Ausführungsformen
der Erfindung. Für
Untergrundkabel kann man ein oder mehrere Neutralleiter des Untergrundkabels in
Anspruch nehmen, die Hochfrequenzübertragungsleitungen bilden
können,
während
die Energieleitungsfunktion des (der) ausgewählten Mittelleiter(s) aufrechterhalten
bleibt.It
There are several alternative embodiments
the invention. For
Underground cable allows one or more neutral conductors of the underground cable in
Claim to form the high-frequency transmission lines
can,
while
maintain the power line function of the selected center conductor (s)
remains.
2A ist
eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung einer einseitig
geerdeten Übertragungsleitung,
die einen einzigen Neutralleiter zur Datenkommunikation verwendet. 2B ist
eine schematische Darstellung der Anordnung der 2A.
Ein Kabel 200 umfasst eine Vielzahl von Mittelleitern 205,
z.B. Leiter, die als eine flache Datenübertragungsleitung betrachtet
werden können,
die in einer leichten Spirale um einen Hochspannungsisolator 240 und einen
Mittelphasenleiter 245 gewickelt sind. 2A is an illustration of an inventive arrangement of a single-ended transmission line, which uses a single neutral conductor for data communication. 2 B is a schematic representation of the arrangement of 2A , A cable 200 includes a variety of center conductors 205 , eg, conductors, which may be considered as a flat data transmission line, in a slight spiral around a high voltage insulator 240 and a middle phase conductor 245 are wound.
Eine
ausgewählter
Strang aus den Mittelleitern 205, d.h. der Mittelleiter 202,
wird isoliert, damit er als Leiter einer Datenübertragungsleitung für ein Datensignal
fungieren kann, und die verbleibenden Mittelleiter 205,
hauptsächlich
zwei Mittelleiter 205, die zum Mittelleiter 202 benachbart
sind, dienen als zweiter Leiter für eine Datenübertragungsleitung.
Für den
Querschnitt des vorstehend beschriebenen Pirelli-Kabels wird die
charakteristische Impedanz in Bezug auf Signale in einem Frequenzbereich
von 1–50
MHz, wovon ein Unterbereich im Allgemeinen bei einer Datenübertragung
verwendet wird, auf etwa 95 Ohm geschätzt. Um die Anordnung der 2A in einem
bereits installiertem Untergrundkabel zu realisieren, wird der Mittelleiter 202 aus
den mehreren Mittelleitern 205 ausgewählt und an einem offenen Abschnitt 210 an
jedem Ende des Kabels 200 geschnitten. Eine Ader 215 des
Mittelleiters 202 bleibt mit einem Ring 250 an
jedem Ende des Kabels 200 verbunden. Der Mittelleiter 202 und
die Ader 215 werden mit einer ersten Wicklung 225 eines
Kopplers 220 verbunden. Die erste Wicklung 225 ist
folglich zwischen dem Mittelleiter 202 und der Erde in
Reihe angeschlossen. Eine zweite Wicklung 235 des Kopplers 220 wird
an einen Eingang 255 gekoppelt, durch den Daten übertragen
und empfangen werden. Folglich wird das Kabel 200 für die Verwendung
als Hochfrequenzübertragungsleitung
genutzt, die mit Kommunikationsausrüstung, wie einem Modem (nicht
gezeigt), über
den Koppler 220 verbunden werden kann.A selected strand from the middle ladder 205 ie the center conductor 202 , is isolated so that it can act as the head of a data transmission line for a data signal, and the remaining center conductors 205 , mainly two center conductors 205 leading to the center conductor 202 adjacent serve as a second conductor for a data transmission line. For the cross section of the Pirelli cable described above, the characteristic impedance with respect to signals in a frequency range of 1-50 MHz, of which a subrange is generally used in a data transmission, is estimated to be about 95 ohms. To the arrangement of 2A to realize in an already installed underground cable, the center conductor 202 from the several middle conductors 205 selected and at an open section 210 on each end of the cable 200 cut. A vein 215 the middle conductor 202 stays with a ring 250 on each end of the cable 200 connected. The center conductor 202 and the vein 215 be with a first winding 225 a coupler 220 connected. The first winding 225 is therefore between the middle conductor 202 and the earth connected in series. A second winding 235 the Kopp toddlers 220 gets to an entrance 255 coupled through which data is transmitted and received. Consequently, the cable becomes 200 for use as a radio frequency transmission line connected to communication equipment such as a modem (not shown) via the coupler 220 can be connected.
Elektrotechnisch
ausgedrückt,
ist der Koppler 220 ein Transformator. Die Impedanz entlang
der primärseitigen,
d.h. ersten, Wicklung 225 eines solchen Transformators
ist bei den Frequenzen, die für die
Energieleitung verwendet werden, vernachlässigbar. Die erste Wicklung 225,
die mit dem Mittelleiter 202 und der Ader 215 verbunden
ist, sollte mit einem Draht gewickelt werden, der mindestens so
dick ist wie der Mittelleiter 202. Unter diesen Umständen hat der
ausgewählte,
Daten übertragende
Mittelleiter 202 im Wesentlichen die gleiche Impedanz wie
alle anderen Mittelleiter. Er überträgt im Wesentlichen
den gleichen Strom, wie jeder der anderen Mittelleiter, und die
gesamte zulässige
die Stromstärke
und die Stoßstromkapazität des Nullstromkreises
werden nicht abgeschwächt.Electrotechnically expressed, is the coupler 220 a transformer. The impedance along the primary-side, ie first, winding 225 such a transformer is negligible at the frequencies used for the power line. The first winding 225 that with the center conductor 202 and the vein 215 should be wound with a wire that is at least as thick as the center conductor 202 , Under these circumstances, the selected data-carrying center conductor has 202 essentially the same impedance as all other center conductors. It transmits substantially the same current as any of the other center conductors, and the total allowable amperage and surge current capacity of the zero circuit is not attenuated.
In
den 2A und 2B fließt der neutrale Strom
des einzigen Mittelleiters 202 durch den Koppler 220.
Für ein
200-Ampere-Kabel mit acht Neutralleitern überträgt der Daten übertragende
Leiter dann einen maximalen stationären Strom von 25 Ampere rms.
Der maximale stationäre
Strom durch einen einzigen Mittelleiter ist für ein Kabel mit geringerer
zulässiger
Stromstärke
und für
ein Kabel mit einer größeren Anzahl
an Mittelleitern kleiner. Der Koppler 220 muss in der Lage
sein, ohne Magnetkernsättigung den
durch diesen Strom erzeugten Fluss zu bewältigen, damit er seine Datenkopplungsfunktion
ausüben
kann.In the 2A and 2 B the neutral current of the single center conductor flows 202 through the coupler 220 , For a 200-amp cable with eight neutral conductors, the data-carrying conductor then transmits a maximum steady state current of 25 amps rms. The maximum steady state current through a single center conductor is smaller for a lower allowable power cable and for a cable with a larger number of center conductors. The coupler 220 must be able to cope with the flux generated by this current without magnetic saturation, so that it can perform its data coupling function.
Der
Mittelleiter 202 überträgt Strom
für ein Hochfrequenzdatensignal
in einer ersten Richtung. Die anderen Mittelleiter 205 übertragen
den Rückstrom
des Datensignals in die entgegengesetzte Richtung, wobei sie dazu
neigen, eine Intensität
des abgestrahlten Magnetfelds auf Grund des modulierten Datensignals
aufzuheben und somit stark abzuschwächen. Diese Anordnung stellt
auch einen elektrostatischen Abschirmeffekt gegen Rauschkopplung von
einem externen elektrischen Feld bereit.The center conductor 202 transmits power for a high frequency data signal in a first direction. The other middle conductors 205 Transmit the reverse current of the data signal in the opposite direction, and they tend to cancel an intensity of the radiated magnetic field due to the modulated data signal and thus greatly attenuate. This arrangement also provides an electrostatic shielding effect against noise coupling from an external electric field.
3A ist
eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Energieübertragungskabels 300,
in dem zwei Neutralleiter als Übertragungsleitung
zur Kommunikation eines Datensignals verwendet werden. 3B ist
eine schematische Darstellung der in 3A gezeigten
Anordnung. 3A is an illustration of a power transmission cable according to the invention 300 in that two neutral conductors are used as a transmission line for communication of a data signal. 3B is a schematic representation of in 3A shown arrangement.
Ein
Koppler 307, zum Beispiel ein Hochfrequenztransformator,
wird mit zwei benachbarten Neutralleitern 302, 305 in
Reihe geschaltet. Die Neutralleiter 302, 305,
die bevorzugt parallel und einander benachbart sind, werden kurz
vor einem Punkt geschnitten, an dem sie mit dem neutralen Verbindungsring 330 zusammentreffen.A coupler 307 , for example, a high-frequency transformer, comes with two adjacent neutral conductors 302 . 305 connected in series. The neutral conductors 302 . 305 which are preferably parallel and adjacent to each other are cut short before a point where they connect with the neutral connecting ring 330 meet.
Siehe 3B:
Die Adern der Neutralleiter 302, 305, die sich
von dem Kabel 300 erstrecken, werden an eine erste Wicklung 310 des
Kopplers 307 angeschlossen. Die erste Wicklung 310 ist
somit zwischen dem Mittelleiter 302 und dem Mittelleiter 305 in Reihe
angeschlossen. Die erste Wicklung 310 umfasst eine Mittelanzapfung 312 und
einen Magnetkern 315. Die Mittelanzapfung 312 ist
an den neutralen Verbindungsring 330 angeschlossen.Please refer 3B : The wires of the neutral conductors 302 . 305 that are different from the cable 300 extend are to a first winding 310 of the coupler 307 connected. The first winding 310 is thus between the center conductor 302 and the center conductor 305 connected in series. The first winding 310 includes a center tap 312 and a magnetic core 315 , The center tap 312 is to the neutral connecting ring 330 connected.
Ein
Bereich 310A der ersten Wicklung 310 ist an den
Neutralleiter 302 angeschlossen und in einer ersten Richtung
um den Kern 315 gewickelt, und ein zweiter Bereich 310B der
ersten Wicklung 310 ist an den Neutralleiter 305 angeschlossen
und in der entgegengesetzten Richtung um den Kern 315 gewickelt.
Die Bereiche 310A und 310B werden aus Drähten mit
etwas größerem Durchmesser
als die Neutralleiter des Energiekabels hergestellt und sind daher
in der Lage, stationäre
und Stoßströme mindestens
genauso gut zu tragen, wie die nicht ausgewählten Mittelleiter. Jeder der
Bereiche 310A und 310B kann selbst als eine Wicklung
betrachtet werden.An area 310A the first winding 310 is to the neutral conductor 302 connected and in a first direction around the core 315 wrapped, and a second area 310B the first winding 310 is to the neutral conductor 305 connected and in the opposite direction around the core 315 wound. The areas 310A and 310B are made from wires of slightly larger diameter than the neutral wires of the power cable and are therefore able to support steady state and surge currents at least as well as the unselected center conductors. Each of the areas 310A and 310B can itself be considered as a winding.
Die
Anordnung der 3A gewährleistet, dass in Reihe mit
den zwei Mittelleitern 302, 305 nur eine vernachlässigbare
Impedanz eingebracht wird, die die im Wesentlichen gleiche Teilung
des Netzfrequenzstroms unter allen Mittelleitern nicht stört. Für das vorstehend beschriebene
Pirelli-Kabel wird die charakteristische Impedanz der parallelen
Leiter 302 und 305, die als eine Parallelleiterübertragungsleitung
wirken, auf etwa 130 Ohm geschätzt.
Bei Netzfrequenz führt
die in 3A und 3B gezeigte Anordnung
ferner zu einer Aufhebung des Flusses auf Grund des neutralen Stroms,
der in den Wicklungen 310A und 310B in entgegengesetzte
Richtungen fließt,
was zu einem vernachlässigbaren
Nettofluss durch den Kern 315 führt.The arrangement of 3A ensures that in line with the two center conductors 302 . 305 only a negligible impedance is introduced, which does not interfere with the substantially equal division of the line frequency current among all center conductors. For the Pirelli cable described above, the characteristic impedance of the parallel conductors 302 and 305 which act as a parallel conductor transmission line is estimated to be about 130 ohms. At mains frequency, the in 3A and 3B Furthermore, the arrangement shown to cancel the flow due to the neutral current in the windings 310A and 310B flows in opposite directions, resulting in a negligible net flow through the core 315 leads.
Eine
weitere Wicklung 320 ist an einen Eingang 350 angeschlossen,
durch den Daten übertragen
und empfangen werden. Die Wicklung 320 ist vom Starkstromkreis-Mittelleiter 325 isoliert,
so dass eine Erdungsschleife vermieden wird, die Störrauschen
und Störstoßströme in den
Datenkreisläufen verursachen
könnte.Another winding 320 is at an entrance 350 connected through which data is transmitted and received. The winding 320 is from the power circuit center conductor 325 is isolated so as to avoid a ground loop that could cause noise and surge currents in the data loops.
Das
Kabel 300 kann als eine Hochfrequenzübertragungsleitung betrachtet
werden, die an die Kommunikationsausrüstung über den Koppler 307 angeschlossen
werden kann. Bei dieser Konfiguration wird ein Datensignal durch
die Mittelleiter 302, 305 unterschiedlich geleitet.
Eine derartige Übertragungsleitung
sollte für
ein vorgegebenes Betriebsenergieniveau sogar eine noch niedrigere
elektromagnetische Strahlung aussenden als die in 2A beschriebene
einseitig geerdete Anordnung.The cable 300 may be considered as a radio frequency transmission line connected to the communication equipment via the coupler 307 can be connected. In this configuration, a data signal passes through the center conductors 302 . 305 guided differently. Such a transfer transmission line should emit even lower electromagnetic radiation for a given operating power level than that in 2A described one-sided grounded arrangement.
3C ist
eine schematische Darstellung einer Alternative zu der in 3A und 3B gezeigten
Anordnung, die eine Mehrzahl von Mittelleitern verwendet, um eine
Datenübertragungsleitung
zu bilden. Das Kabel 300 hat eine Mehrzahl von Mittelleitern 330,
die im Wesentlichen parallel zueinander sind, wobei Einzelne aus
einer ersten Untergruppe 330A der Mehrzahl von Mittelleitern 330 mit
Einzelnen aus einer zweiten Untergruppe 330B der Mehrzahl
von Mittelleitern 330 abwechseln. Die erste Untergruppe 330A wird
insgesamt als ein erster Mittelleiter betrachtet und miteinander
verbunden, um eine erste Litzenader 332 zu einem Koppler 307A zu
bilden. Die zweite Untergruppe 330B wird insgesamt als
ein zweiter Mittelleiter betrachtet und miteinander verbunden, um
eine zweite Litzenader 333 zu einem Koppler 307A zu
bilden. 3C is a schematic representation of an alternative to the in 3A and 3B shown arrangement that uses a plurality of center conductors to form a data transmission line. The cable 300 has a plurality of middle conductors 330 which are substantially parallel to each other, with individuals from a first subgroup 330A the majority of middle conductors 330 with individuals from a second subgroup 330B the majority of middle conductors 330 alternate. The first subgroup 330A is considered overall as a first center conductor and connected together to form a first stranded wire 332 to a coupler 307A to build. The second subgroup 330B is considered overall as a second center conductor and connected together to form a second stranded wire 333 to a coupler 307A to build.
Vorzugsweise
wird die Mehrzahl der Neutralleiter 330 als N/2-Übertragungsleitungen konfiguriert, die
parallel verbunden sind, wobei N die Anzahl der Neutralleiter 330 ist
und N/2 die Anzahl der Neutralleiter in jeder Untergruppe 330A und 330B ist.
Eine solche parallele Verbindung hat die Wirkung, dass die durch
das Kabel 300 erzeugte Abschwächung um einen Faktor von etwa
N/2 verringert und die charakteristische Impedanz um denselben Faktor
gesenkt wird.Preferably, the plurality of neutral conductors 330 configured as N / 2 transmission lines connected in parallel, where N is the number of neutral conductors 330 and N / 2 is the number of neutral conductors in each subgroup 330A and 330B is. Such a parallel connection has the effect of being through the cable 300 reduced attenuation by a factor of about N / 2 and the characteristic impedance is lowered by the same factor.
3D ist
ein Diagramm, das zeigt, wie die Anordnung der 3C einfach
realisiert werden kann. Um den Anschluss der ersten Untergruppe 330A an
die erste Litzenader 332 zu vereinfachen, wird ein erster
Isolierungsring 335 über
alle Mittelleiter, d.h. die erste Untergruppe 330A und
die zweite Untergruppe 330B, in der Nähe eines Punktes angeordnet,
an dem sich der Koppler 307A befinden wird. Die erste Untergruppe 330A wird über den
ersten Isolierungsring 335 gewickelt und miteinander verbunden,
um die erste Litzenader 332 zu bilden. Ebenso wird die
zweite Untergruppe 330B über einen zweiten Ring 345 gewickelt,
der isolierend oder nicht isolierend sein kann, und miteinander
verbunden, um die zweite Litzenader 333 zu bilden. Die
verbesserte geometrische Symmetrie des Stromflusses und die geringeren
Spannungsniveaus sollten die elektromagnetische Strahlung verglichen
mit der Strahlung, die mit der Zweileiter-Umsetzung der 3A ausgesendet
wird, weiter verringern. 3D is a diagram that shows how the arrangement of the 3C can be easily realized. To the connection of the first subgroup 330A to the first stranded wire 332 To simplify, becomes a first insulation ring 335 over all middle conductors, ie the first subgroup 330A and the second subgroup 330B , located near a point where the coupler is located 307A will be located. The first subgroup 330A is over the first insulation ring 335 wrapped and joined together to the first stranded wire 332 to build. Likewise, the second subgroup 330B over a second ring 345 wound, which may be insulating or non-insulating, and connected together to the second stranded wire 333 to build. The improved geometric symmetry of the current flow and the lower voltage levels should reduce the electromagnetic radiation compared to the radiation associated with the two-wire implementation of the 3A is sent out, further reduce.
Ein
Stromversorgungsunternehmen hat möglicherweise Einwände dagegen,
zwei Neutralleiter zu zerschneiden und sie über einen Koppler wieder zu
verbinden. Erfindungsgemäß ist es
möglich, einen
Magnetkern um die zwei ausgewählten
Neutralleiter in einer Weise zu "wickeln", die topologisch und
magnetisch gleichwertig mit der in 3A und 3B gezeigten
Ausführungsform
ist.A power company may have objections to cutting two neutral conductors and reconnecting them via a coupler. According to the invention, it is possible to "wind" a magnetic core around the two selected neutral conductors in a manner that is topologically and magnetically equivalent to the one in FIG 3A and 3B shown embodiment.
4A und 4B veranschaulichen
Ausführungsformen
einer Magnetkerntopologie für
einen Koppler zur Verwendung mit einem Paar von Mittelleitern, die
mit einem Datensignal differenziell betrieben werden. Ein derartiger
Kern hat einen ersten Bereich in der Nähe eines ersten Mittelleiters
und einen zweiten Bereich in der Nähe eines zweiten Mittelleiters.
Der Koppler umfasst eine Wicklung, die um einen Teil des Kerns gewickelt
ist. Über
den Kern induziert die Wicklung einen ersten Strom in dem ersten Mittelleiter
in einer ersten Richtung und einen zweiten Strom in dem zweiten
Mittelleiter in einer zweiten Richtung, die zur ersten Richtung
entgegengesetzt ist. 4A and 4B illustrate embodiments of a magnetic core topology for a coupler for use with a pair of center conductors that are differentially operated with a data signal. Such a core has a first area near a first center conductor and a second area near a second center conductor. The coupler includes a winding wound around a portion of the core. Via the core, the winding induces a first current in the first center conductor in a first direction and a second current in the second center conductor in a second direction opposite to the first direction.
Siehe 4A:
Einen Kern 400 kann man sich als eine Figur "8" ohne Kontakt am Überkreuzungspunkt vorstellen.
Die Figur "8" bildet eine topologische "Verdrillung". Ein erster Bereich
umfasst eine erste Schleife 405 der Figur "8". Ein erster Mittelleiter 410 wird
durch die erste Schleife 405 geführt. Ein zweiter Bereich umfasst
eine zweite Schleife 415 der Figur "8".
Ein zweiter Mittelleiter 420 wird durch die zweite Schleife 415 geführt. Der
Kern 400 ist gewissermaßen ein fortlaufender Ein-Fenster-Kern, durch
den die Leiter 410 und 420 in entgegengesetzten
Richtungen geführt
werden, so dass der Fluss auf Grund von Netzfrequenzströmen aufgehoben
wird. Eine Wicklung 425 erzeugt Hochfrequenzsignalströme mit entgegengesetzter
Phase in den Neutralleitern 410 und 420.Please refer 4A : A core 400 can be thought of as a figure "8" without contact at the crossover point. The figure "8" forms a topological "twist". A first area includes a first loop 405 the figure "8". A first center conductor 410 gets through the first loop 405 guided. A second area includes a second loop 415 the figure "8". A second center conductor 420 gets through the second loop 415 guided. The core 400 is sort of a continuous single-window core through which the ladder 410 and 420 be guided in opposite directions, so that the flow is canceled due to mains frequency currents. A winding 425 generates high frequency signal currents with opposite phase in the neutral conductors 410 and 420 ,
Die
Topologie der Figur "8" kann auf der Oberfläche eines
Kabels umgesetzt werden, ohne die Mittelleiter zu zerschneiden.
Wie in 4B gezeigt, wird ein Kern, der
die Kernbereiche 400A und 400B umfasst, mit einem
ersten Spalt 430 in der ersten Schleife 405 und
einem zweiten Spalt 435 in der zweiten Schleife 415 konfiguriert.
Der Mittelleiter 410 wird durch den ersten Spalt 430 geführt, und
der Mittelleiter 420 wird durch den zweiten Spalt 435 geführt. Durch
Anordnen der Kerne 400A und 400B gegen die Isolierung 440 der
Mittelleiter 410 und 420 werden die Mittelleiter 410 und 420 in
dem Pfad des Magnetflusses angeordnet.The topology of Figure "8" can be implemented on the surface of a cable without cutting the center conductors. As in 4B shown, becomes a core, which is the core areas 400A and 400B includes, with a first gap 430 in the first loop 405 and a second gap 435 in the second loop 415 configured. The center conductor 410 gets through the first gap 430 led, and the center conductor 420 is through the second gap 435 guided. By arranging the cores 400A and 400B against the insulation 440 the middle conductor 410 and 420 become the middle conductors 410 and 420 arranged in the path of the magnetic flux.
Ein
weiteres Verfahren zur Vermeidung der physikalischen Trennung der
Neutralleiter besteht darin, eine hohe Impedanz für hohe Frequenzen
in Reihe mit ihnen zu schalten, ohne die Leiter zu zerschneiden.
Die vorliegende Erfindung erreicht dies durch Umgeben des gesamten
Kabels mit einem oder mehreren Magnetspulenkernen.One
Another method for avoiding the physical separation of
Neutral is a high impedance for high frequencies
to line up with them without cutting the ladder.
The present invention accomplishes this by surrounding the entire
Cable with one or more magnet coil cores.
5A ist
eine Darstellung einer Anordnung eines Kabels mit einer Hochfrequenz-Hochimpedanz,
die durch Anordnen eines Magnetspulenkerns über dem Kabel eingeführt wird. 5B ist
eine schematische Darstellung der Anordnung der 5A. 5A Fig. 10 is an illustration of an arrangement of a cable with a high-frequency high-impedance danz, which is introduced by arranging a magnet coil core over the cable. 5B is a schematic representation of the arrangement of 5A ,
Eine
oder mehrere Magnetspulenkerne 502 werden um einen Bereich
eines Energieübertragungskabels 500 angeordnet.
Eine erste Wicklung 530 (5B) eines
Kopplers 515 wird zwischen einem ersten Mittelleiter 510 und
einem zweiten Mittelleiter 512 in Bezug auf die Magnetspulenkerne 502 einwärts des
Kabels 500 angeschlossen. Eine zweite Wicklung 532 des
Kopplers 515 stellt einen Datenweg zu einem Modemeingang 520 bereit.One or more magnet coil cores 502 become around an area of a power transmission cable 500 arranged. A first winding 530 ( 5B ) of a coupler 515 is between a first center conductor 510 and a second center conductor 512 in relation to the magnet coil cores 502 inward of the cable 500 connected. A second winding 532 of the coupler 515 provides a data path to a modem input 520 ready.
Der
erste und der zweite Mittelleiter 510, 512 sind
zwei von einer Mehrzahl von Mittelleitern 505 innerhalb
des Kabels 500. Jeder Mittelleiter 505 steht gewissermaßen einer
Drossel 502A (5B) kurz vor einem neutralen
Sammelring 525 gegenüber. Folglich
schalten die Magnetspulenkerne 502 einen isolierenden Blindwiderstand,
bevorzugt in einer Größenordnung
von wenigen Mikro-Henry, zwischen jeden der Neutralleiter 505 und
Erde.The first and the second center conductor 510 . 512 are two of a plurality of center conductors 505 inside the cable 500 , Every middle conductor 505 is a sort of throttle 502A ( 5B ) just before a neutral collection ring 525 across from. As a result, the solenoid cores switch 502 an insulating reactance, preferably of the order of a few micro-Henry, between each of the neutral conductors 505 and earth.
Die
Magnetspulenkerne 502 können
als gespaltener Kern aus zwei Hälften
mit einer mechanischen Verpackung konfiguriert sein, die derart
bereitgestellt wird, dass die Kernhälften genau passend verbunden
werden und der Kern am Kabel 500 befestigt wird. Der Vorteil
dieser Ausführungsform
ist, dass keiner der Neutralleiter 505 während der
Installation der Magnetspulenkerne 502 durchtrennt werden
muss.The magnet coil cores 502 may be configured as a split core of two halves with a mechanical packaging provided such that the core halves are accurately mated and the core on the cable 500 is attached. The advantage of this embodiment is that none of the neutral conductors 505 during the installation of the magnet coil cores 502 must be severed.
Ein
Datensignal kann von einem Modem (nicht gezeigt), das über einen
Eingang 520 des Kopplers 515 angeschlossen und
an die Mittelleiter 510, 512 stromaufwärts der
Magnetspulenkerne 502 gekoppelt ist, übertragen oder davon empfangen werden.
Als Kabel 500 kann man sich eine Hochfrequenzübertragungsleitung
mit den Verbindungsendpunkten 535 und 540 vorstellen,
die von Erde durch Spulen, die als Drosseln fungieren, teilweise
isoliert sind.A data signal may be from a modem (not shown) that has an input 520 of the coupler 515 connected and to the center conductor 510 . 512 upstream of the magnet coil cores 502 is coupled, transmitted or received by it. As a cable 500 you can get a high frequency transmission line with the connection endpoints 535 and 540 Imagine that are partially isolated from earth by coils that act as throttles.
Bei
Netzfrequenz ist der Nettostrom, der durch die Magnetspulenkerne 502 fließt, im Wesentlichen
Null, weil der Phasenstrom eines Mittelleiters 517, der
in eine Richtung fließt,
durch den entgegengesetzt gerichteten neutralen Strom ausbalanciert wird,
der durch die Mehrzahl von Neutralleitern 505 fließt, die
sämtlich
durch die Magnetspulenkerne 502 gehen. Eine Kernsättigung
ist somit ausgeschlossen. Die Netzstromverteilung unter den Neutralleitern 505 bleibt
durch das Vorliegen der Magnetspulenkerne 502 unverändert, da
ein sehr geringer Blindwiderstand durch die Drosselwirkung der Magnetspulenkerne 502 induziert
wird, die alle Neutralleiter in gleicher Weise beeinflussen.At mains frequency, the net current is that through the magnet coil cores 502 flows, essentially zero, because the phase current of a center conductor 517 flowing in one direction, being balanced by the oppositely directed neutral current passing through the plurality of neutral conductors 505 flows, all through the magnet coil cores 502 walk. A core saturation is thus excluded. The power distribution under the neutral conductors 505 remains due to the presence of the magnet coil cores 502 unchanged, because a very low reactance due to the throttling effect of the magnet coil cores 502 is induced, which influence all neutral conductors in the same way.
6A–6C sind
Darstellungen mehrerer erfindungsgemäßer Anordnungen einer symmetrischen Übertragungsleitung,
die zwei Neutralleiter und magnetische Induktion verwendet. 6D ist eine
schematische Darstellung der Anordnungen von 6A–6C.
Wiederum ist der gewonnene Vorteil die Vermeidung der Durchtrennung
oder Manipulation der Neutralleiter für Stromkreise, die unter Spannung
gesetzt werden können
oder nicht. 6A - 6C Figures 12 and 12 are diagrams of several symmetrical transmission line arrangements according to the invention using two neutral conductors and magnetic induction. 6D is a schematic representation of the arrangements of 6A - 6C , Again, the advantage gained is the avoidance of the disconnection or manipulation of the neutral conductors for circuits which may or may not be energized.
Jede
der Ausführungsformen
der 6A–6D verwendet
zwei Neutralleiter als Übertragungsleitung.
Der Signalstrom wird in den Bereichen der Neutralleiter in der Nähe eines
geerdeten Sammelrings magnetisch induziert. Ein offener Magnetkern
(wie ein "E-"Kern) wird nahe bei
und senkrecht zu den beiden Neutralleitern angeordnet.Each of the embodiments of the 6A - 6D uses two neutral conductors as transmission line. The signal current is magnetically induced in the regions of the neutral near a grounded collection ring. An open magnetic core (such as an "E" core) is placed near and perpendicular to the two neutral conductors.
Wie
in 6A gezeigt, hat ein offener Magnetkern 605 einen
ersten Schenkel 606, der nahe bei und senkrecht zu einem
ersten der zwei Neutralleiter 602 eines Kabels 600 angeordnet
ist, einen zweiten Schenkel 607, der nahe bei und senkrecht
zu einem zweiten der Neutralleiter 602 angeordnet ist,
und einen dritten Schenkel, d.h. einen gemeinsamen Schenkel 610,
der zwischen dem ersten Schenkel 606 und dem zweiten Schenkel 607 angeordnet
ist. Der gemeinsame Schenkel 610 hat eine um ihn herum
gewickelte Wicklung 608.As in 6A shown has an open magnetic core 605 a first leg 606 near and perpendicular to a first of the two neutral conductors 602 a cable 600 is arranged, a second leg 607 near and perpendicular to a second of the neutral conductors 602 is arranged, and a third leg, that is, a common leg 610 that is between the first leg 606 and the second leg 607 is arranged. The common thigh 610 has a winding wound around it 608 ,
Die
Wicklung 608 ist um den gemeinsamen Schenkel 610 gewickelt,
der zwischen den zwei Neutralleitern 602 des Kabels 600 angeordnet
ist. Diese Anordnung induziert Ströme in den einzelnen Neutralleitern 602 in
zueinander entgegengesetzten Richtungen. Ein Abschnitt 615 (6B)
der Neutralleiter 602, die zusammen in einem geerdetem
Sammelring 625 (6B) enden,
kann ersatzweise als eine Spule mit einer Windung betrachtet werden,
die durch den Spalt zwischen den Polflächen der Schenkel 606 und 610 und
zwischen den Polflächen
der Schenkel 607 und 610 hindurchgeht. So induziert
ein Signalstrom in der Wicklung 608 einen Signalstrom in den
beiden Neutralleitern 602, der ein differenzielles Signal
die Übertragungsleitung
hinunter schickt, die durch diese zwei Neutralleiter 602 gebildet
wird.The winding 608 is around the common thigh 610 wrapped between the two neutral conductors 602 of the cable 600 is arranged. This arrangement induces currents in the individual neutral conductors 602 in opposite directions. A section 615 ( 6B ) the neutral conductor 602 Together in a grounded collection ring 625 ( 6B ), may alternatively be considered as a one-turn coil passing through the gap between the pole faces of the legs 606 and 610 and between the pole faces of the legs 607 and 610 passes. So induces a signal current in the winding 608 a signal current in the two neutral conductors 602 which sends a differential signal down the transmission line passing through these two neutral conductors 602 is formed.
Siehe 6C:
Zur Verringerung der Größe des verhältnismäßig großen Luftspalts
zwischen den Schenkeln bei Standardkernformen (z.B. beim "E"-Kern) und zur Erhöhung des Kopplungskoeffizienten
kann ein Paar Magnetspulenkerne 620 mit bereitgestellten
Spalten 627 verwendet werden, durch die die Neutralleiter 602 geführt werden.
Eine Wicklung 630 wird um einen Bereich jedes der Magnetspulenkerne 620,
z.B. einen gemeinsamen Schenkel 632, gewickelt.Please refer 6C To reduce the size of the relatively large air gap between the legs in standard core shapes (eg, the "E" core) and increase the coupling coefficient, a pair of magnet coil cores 620 with columns provided 627 used by the neutral conductors 602 be guided. A winding 630 is around a range of each of the magnet coil cores 620 , eg a common leg 632 , wrapped.
Der Äquivalenzkreis
der Ausführungsformen der 6A–6C ist
in 6D gezeigt. Die Bereiche der Neutralleiter 602,
in denen der Fluss induziert wird, fungieren als zwei Wicklungen 635 mit
entgegengesetzter Phase, die zusammen an dem Sammelring 625 angeschlossen
sind. Eine Wicklung 645 stellt einen Eingang 640 für die Verbindung
mit einem Modem (nicht gezeigt) bereit.The equivalent circuit of the embodiments of 6A - 6C is in 6D shown. The Berei the neutral conductor 602 , in which the flux is induced, act as two windings 635 with opposite phase, which together at the collecting ring 625 are connected. A winding 645 makes an entrance 640 ready for connection to a modem (not shown).
Die
magnetomotorische Kraft (MMF) der Netzfrequenz wird in dem gemeinsamen
Schenkel des Kerns aufgehoben, tritt aber vollständig an jeden Seitenschenkel
auf. Jedoch bewahrt der Luftspalt, der breiter sein muss als der
Durchmesser eines Neutralleiters, diese Seitenschenkel gewöhnlich davor,
gesättigt
zu werden.The
magnetomotive force (MMF) of the mains frequency is in the common
Leg of the core lifted, but occurs completely on each side leg
on. However the air gap preserves, which has to be wider than that
Diameter of a neutral conductor, these side legs usually before,
saturated
to become.
Der
Vorteil der Ausführungsformen
der 6A–6D ist,
dass sowohl die Unterbrechung als auch der physikalische Kontakt
mit den Neutralleitern 602 vermieden werden. Die Stromverteilung
unter den Neutralleitern bleibt bei Netzfrequenz im Wesentlichen
unverändert,
da der sehr geringe Blindwiderstand, der durch die Drosselwirkung
des Kerns induziert wird, verglichen mit der gesamten Neutralleiterimpedanz über den
gesamten Kabelabschnitt einen vernachlässigbaren Blindwiderstand erzeugt. Das
Kabel 600 kann man sich als eine Hochfrequenzübertragungsleitung
vorstellen, die an jedem Anschluss über einen Koppler an Kommunikationsausrüstung angeschlossen
ist.The advantage of the embodiments of 6A - 6D is that both the interruption and the physical contact with the neutral conductors 602 be avoided. The distribution of current among the neutral conductors remains substantially unchanged at mains frequency because the very low reactance induced by the choke effect of the core produces negligible reactance across the entire cable section as compared to the total neutral impedance. The cable 600 can be thought of as a high frequency transmission line connected to each port via a coupler to communication equipment.
7 ist
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen symmetrischen Übertragungsleitung,
die eine magnetische Induktion verwendet. Diese Ausführungsform
ist ähnlich
der von 6D, wobei sie aber an Stelle
eines einzigen magnetischen Kerns oder Paars von Spulen, die an
ein Paar Neutralleiter koppeln, an alle Neutralleiter koppelt, die
paarweise angeordnet sind. Bei einem Kabel mit einer ungeraden Zahl
von Leitern bleibt ein Leiter unbenutzt. Um dies zu erreichen, kann
jede der Ausführungsformen
der 6A–6D eingesetzt
werden, wobei die Anzahl der Koppler der Anzahl der Neutralleiterpaare
entspricht und die Wicklungen der Koppler zusammengeschlossen sind.
Für minimale Strahlung
sollten die Neutralleiter abwechselnd eine entgegengesetzte Phase
haben. 7 is a schematic representation of a symmetrical transmission line according to the invention, which uses a magnetic induction. This embodiment is similar to that of FIG 6D but instead of a single magnetic core or pair of coils coupling to a pair of neutral conductors, it couples to all neutral conductors arranged in pairs. A cable with an odd number of conductors leaves a conductor unused. To achieve this, each of the embodiments of the 6A - 6D be used, wherein the number of couplers corresponds to the number of neutral pairs and the windings of the coupler are connected together. For minimum radiation, the neutral conductors should alternately have an opposite phase.
Ähnlich den
Ausführungsformen
der 6A–6D,
umfasst die Ausführungsform
der 7 einen Koppler mit einer ersten Wicklung 720 zur
Kopplung eines Datensignals über
einen ersten Mittelleiter 702 von einem Energieübertragungskabel 700 und
einer zweiten Wicklung 740, die induktiv mit der ersten
Wicklung 720 gekoppelt ist, zur Kopplung des Datensignals über einen
Dateneingang 760. Gewöhnlich
verstärkt
die Ausführungsform
der 7 dies noch und enthält eine dritte Wicklung 725 zum Koppeln
des Datensignals über
einen zweiten Mittelleiter 705 des Energieübertragungskabels 700 und eine
vierte Wicklung 745, die mit der dritten Wicklung 725 induktiv
gekoppelt ist, zum Koppeln des Datensignals über den Dateneingang 760.
Das Datensignal wandert auf einem ersten Pfad über den ersten Mittelleiter 702,
die erste Wicklung 720 und die zweite Wicklung 740 und
auf einem zweiten Pfad über den
zweiten Mittelleiter 705, die dritte Wicklung 725 und
die vierte Wicklung 745. Der erste Pfad verläuft parallel
zu dem zweiten Pfad.Similar to the embodiments of 6A - 6D includes the embodiment of the 7 a coupler with a first winding 720 for coupling a data signal over a first center conductor 702 from a power transmission cable 700 and a second winding 740 that is inductive with the first winding 720 is coupled to couple the data signal via a data input 760 , Usually, the embodiment of the 7 this still and contains a third winding 725 for coupling the data signal over a second center conductor 705 of power transmission cable 700 and a fourth winding 745 that with the third winding 725 inductively coupled to couple the data signal via the data input 760 , The data signal travels on a first path over the first center conductor 702 , the first winding 720 and the second winding 740 and on a second path over the second center conductor 705 , the third winding 725 and the fourth winding 745 , The first path is parallel to the second path.
7 veranschaulicht
die Verwendung aller Paare von Neutralleitern gemäß der Ausführungsform
der 6D. Die Leiterpaare 702, 705, 710 und 715 arbeiten
sämtlich
als Übertragungsleitungen
in einer ähnlichen
Weise wie das ausgewählte
Paar 600 der 6D ist. Die Abschnitte der Neutralleiter,
die durch den Magnetfluss der Kerne gehen, fungieren als Wicklungen 720, 725, 730 und 735 und
betreiben die Neutralleiterpaare als Übertragungsleitungen. Die Wicklungen 740, 745, 750 und 755 können, wie gezeigt,
parallel oder in jeder beliebigen Reihen- oder Parallelkombination
angeschlossen werden, die eine konsistente Phaseneinstellung bereitstellt,
so dass ein Datensignal an einen Dateneingang 760 geliefert wird.
Da ein Mittelphasenleiter 715 des Energiekabels 700 einem
gleich- und einem
gegenphasigen Fluss aus den Kopplungsspulen ausgesetzt ist, beeinflusst
der Phasenleiter 715 die Signalübertragung nicht. 7 illustrates the use of all pairs of neutral conductors according to the embodiment of FIG 6D , The conductor pairs 702 . 705 . 710 and 715 all work as transmission lines in a similar way as the selected pair 600 of the 6D is. The sections of the neutral conductors that pass through the magnetic flux of the cores act as windings 720 . 725 . 730 and 735 and operate the neutral pairs as transmission lines. The windings 740 . 745 . 750 and 755 may be connected in parallel or in any series or parallel combination as shown, providing a consistent phase adjustment, such that a data signal is applied to a data input 760 is delivered. As a middle phase conductor 715 of the power cable 700 is exposed to an equal and an opposite phase flux from the coupling coils, the phase conductor is affected 715 the signal transmission is not.
Einige
der Vorteile der Ausführungsform
von 7 sind, (a) dass die Installation eines Kopplers durchgeführt werden
kann ohne Auswahl eines Paars von Mittelleitern und daher, ohne
diese Leiter am entfernten Ende des Abschnitts zu identifizieren (man
beachte, dass eine Phaseninversion hier möglich ist, aber den Datenfluss
nicht beeinflussen würde,
weil Modems eine Phaseninversion des gesamten Signals tolerieren
können),
(b) eine Datenübermittlung
möglich
ist, sogar wenn das Kabel 700 in seinem Verlauf beschädigt wird
und einige der Neutralleiter unbeabsichtigt Erdschluss haben, (c)
eine bessere Aufhebung externer Felder und eine niedrigere Strahlung
sowie (d) kleinere Wegverluste über
den Kabelabschnitt.Some of the advantages of the embodiment of 7 (a) that the installation of a coupler can be done without selecting a pair of center conductors and therefore, without identifying these conductors at the far end of the section (note that phase inversion is possible here, but would not affect the data flow, because modems can tolerate phase inversion of the entire signal), (b) data transmission is possible even if the cable 700 is damaged in its course and some of the neutral conductors unintentionally have ground faults, (c) better cancellation of external fields and lower radiation, and (d) smaller path losses across the cable section.
8 ist
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, die mehrere Übertragungsleitungen
mit mehreren Sätzen
von Neutralleitern verwendet. Diese Ausführungsform nutzt eine beliebige
der in 6A–6D dargestellten
Ausführungsformen,
nutzt aber an Stelle eines einzelnen Signalwegs eine Mehrzahl von Neutralleiterübertragungsleitungen 802, 805, 810, 815,
um mehrere unabhängige Übertragungskanäle bereitzustellen. 8 zeigt
vier Übertragungskanäle. 8th Figure 4 is a schematic representation of an embodiment of the present invention utilizing multiple transmission lines with multiple sets of neutral conductors. This embodiment utilizes any of the 6A - 6D illustrated embodiments, but instead of a single signal path uses a plurality of neutral transmission lines 802 . 805 . 810 . 815 to provide multiple independent transmission channels. 8th shows four transmission channels.
Ähnlich wie
die Ausführungsformen
der 6A–6D,
umfasst die Ausführung
der 8 einen Koppler mit einer ersten Wicklung 820 zur Kopplung
eines Datensignals über
einen ersten Mittelleiter 802 eines Energieübertragungskabels 800 und
eine zweite Wicklung 825, die an die erste Wicklung 820 induktiv
gekoppelt ist, zur Kopplung des Datensignals über einen Dateneingang 830.
Im Allgemeinen verstärkt
die Ausführungsform
der 8 dies und enthält eine dritte Wicklung 835 zur
Kopplung eines zweiten Datensignals über einen zweiten Mittelleiter 805 des
Energieübertragungskabels 800 und eine
vierte Wicklung 840, die induktiv an die dritte Wicklung 835 gekoppelt
ist, zur Kopplung des zweiten Datensignals an einen zweiten Dateneingang 845.Similar to the embodiments of the 6A - 6D , includes the execution of the 8th a coupler with a first winding 820 for coupling a data signal via a first coin telleiter 802 a power transmission cable 800 and a second winding 825 that is connected to the first winding 820 is inductively coupled to couple the data signal via a data input 830 , In general, the embodiment of the 8th this and contains a third winding 835 for coupling a second data signal via a second center conductor 805 of power transmission cable 800 and a fourth winding 840 that is inductively connected to the third winding 835 coupled to couple the second data signal to a second data input 845 ,
Eine
derartige Mehrzahl kann dazu genutzt werden, (a) eine vollständige Doppelübertragung
von Daten auf einem oder mehreren Kanälen, (b) mehreren unidirektionalen
oder bidirektionalen Kanälen, wodurch
folglich die Gesamtbandbreite erhöht wird, (c) eine redundante Übertragung
von Daten, um Fehler zu minimieren, (d) die Einführung von Mehrdrahtschnittstellen
mit getrenntem Takt, getrenntem Taktimpuls und getrennten Datenleitungen
sowie (e) die Verwendung eines Kanals für Überwachungsbefehle, Fehlermeldungen
oder andere Daten, die beim Netzwerkmanagement nützlich sind, zu erreichen.A
such plurality can be used to (a) complete double transmission
data on one or more channels, (b) multiple unidirectional ones
or bidirectional channels, thereby
consequently, the overall bandwidth is increased, (c) a redundant transmission
data to minimize errors; (d) the introduction of multi-wire interfaces
with separate clock, separate clock pulse and separate data lines
and (e) the use of a channel for monitoring commands, error messages
or other data useful in network management.
Für jede der
in 6A–6D gezeigten Ausführungsformen
und für
die in 3–8 gezeigten
Verbesserungen beinhaltet die Auswahl von einem oder zwei Neutralleitern
an einem Ende eines Kabels, dass dieselben Leitungen am distalen
Ende des Kabels identifiziert werden müssen.For each of the in 6A - 6D shown embodiments and for in 3 - 8th Improvements include the selection of one or two neutral conductors at one end of a cable, such that the same leads must be identified at the distal end of the cable.
9A ist
eine schematische Darstellung und 9B ist
eine Veranschaulichung eines Systems 900 zur Identifizierung
einer Leitung aus einer Mehrzahl von Leitungen eines Energieübertragungskabels.
Das System 900 umfasst einen Empfänger 902, der ein
Signal von einem ausgewählten
Neutralleiter des Energieübertragungskabels
misst, und einen Anzeiger 905 für die Stärke des Signals. Das Signal
wird an einen ausgewählten
Leiter 925 an einen ersten Punkt 926 auf dem Energieübertragungskabel angelegt.
Der Empfänger 902 misst
das Signal an einem zweiten Punkt 927 auf dem Energieübertragungskabel,
der vom ersten Punkt entfernt liegt. 9A is a schematic representation and 9B is an illustration of a system 900 for identifying a line from a plurality of lines of a power transmission cable. The system 900 includes a receiver 902 which measures a signal from a selected neutral of the power transmission cable, and an indicator 905 for the strength of the signal. The signal is sent to a selected conductor 925 to a first point 926 applied on the power transmission cable. The recipient 902 measures the signal at a second point 927 on the power transmission cable away from the first point.
Das
System 900 umfasst auch eine Ferritspule 915 mit
einem radialen Schlitz 920, durch den der ausgewählte Neutralleiter 925 geführt wird,
und eine Wicklung 930, die um einen Bereich der Ferritspule 915 gewickelt
und mit einem Eingang 935 des Empfängers 902 verbunden
ist. Das Signal wird von dem ausgewählten Neutralleiter 925 über die Ferritspule 915 induktiv
gekoppelt. Das Signal wird an den ausgewählten Neutralleiter 925 am
ersten Punkt 926 über
einen induktiven Koppler 924 angelegt.The system 900 also includes a ferrite coil 915 with a radial slot 920 through which the selected neutral conductor 925 is guided, and a winding 930 around a portion of the ferrite coil 915 wrapped and with an entrance 935 Recipient 902 connected is. The signal is from the selected neutral 925 over the ferrite coil 915 inductively coupled. The signal is sent to the selected neutral conductor 925 at the first point 926 via an inductive coupler 924 created.
Am
ersten Kabelende, das angeschlossen werden soll, werden die Leitung(en)
ausgewählt,
und ein Koppler wird angeschlossen. 9A zeigt
ein Paar von ausgewählten
Neutralleitungen. Der Koppler wird durch einen Niederspannungs-Hochfrequenz-Oszillator,
gewöhnlich
im MHz-Bereich,
angetrieben. Dies führt
dazu, dass Hochfrequenzstrom am stärksten in dem (den) ausgewählten Leiter(n) fließt.At the first end of the cable to be connected, the line (s) are selected and a coupler is connected. 9A shows a pair of selected neutral lines. The coupler is driven by a low voltage high frequency oscillator, usually in the MHz range. This results in high frequency current flowing the most in the selected conductor (s).
Am
distalen Ende wird der Radioempfänger 900 auf
die gleiche Frequenz eingestellt. Dieser Radioempfänger ist
dahingehend speziell, dass er mit einem Signalstärkenmesser 905 und
einer manuellen oder automatischen Verstärkungsregelung 910 zur
Optimierung der Verstärkung ausgestattet
ist. Zusätzlich
umfasst die Antenne des Empfängers
eine Ferritspule 915 mit einem radialen Schlitz 920,
der etwas größer ist
als der Durchmesser des Neutralleiters 925, und eine auf
den Ring 915 gewickelte Spule, die an die Antenneneingangsanschlüsse des Empfängers 935 angeschlossen
ist. Bevorzugt wird der Ring 915 fest auf das Empfängergehäuse montiert.At the distal end becomes the radio receiver 900 set to the same frequency. This radio receiver is special in that it uses a signal strength meter 905 and a manual or automatic gain control 910 equipped to optimize the gain. In addition, the antenna of the receiver comprises a ferrite coil 915 with a radial slot 920 which is slightly larger than the diameter of the neutral conductor 925 , and one on the ring 915 wound coil that connects to the antenna input terminals of the receiver 935 connected. The ring is preferred 915 firmly mounted on the receiver housing.
Der
Installateur hält
den Empfänger
so, dass der Schlitz in einer Linie mit und in der Nähe des Mittelleiters 925 ausgerichtet
ist, und beobachtet die Ablesung auf dem Signalstärkemesser 905.
Der Installateur bewegt dann den Empfänger tangential um das Kabel,
wobei jeder Leiter der Reihe nach gemessen wird. Der (die) Leiter,
welche(r) die maximale Ablesung auf dem Signalstärkemesser erzeugen, sind diejenigen,
die am anderen Ende des Kabels direkt angeregt werden.The installer holds the receiver so that the slot is in line with and near the center conductor 925 aligned, and observe the reading on the signal strength meter 905 , The installer then moves the receiver tangentially around the cable, measuring each conductor in turn. The conductor (s) that produce the maximum reading on the signal strength meter are those that are directly excited at the other end of the cable.
Demnach
umfasst ein Verfahren zum Identifizieren eines aus einer Mehrzahl
von Neutralleitern eines Energieübertragungskabels
die Schritte (a) Anlegen eines Signals an einen ausgewählten Signalleiter
an einen ersten Punkt auf dem Energieübertragungskabel, (b) Messung
einer relativen Signalstärke an
jeder der Mehrzahl von Neutralleitungen an einem zweiten Punkt auf
dem Energieübertragungskabel, der
vom ersten Punkt weit entfernt ist, und (c) Identifizierung des
ausgewählten
Neutralleiters anhand der relativen Stärken. Der Identifizierungsschritt
identifiziert den ausgewählten
Neutralleiter als denjenigen aus der Mehrzahl der Neutralleiter
mit der größten relativen
Stärke.
Der Anlegungsschritt umfasst die induktive Kopplung des Signals
an den ausgewählten
Neutralleiter, und der Messschritt umfasst die induktive Kopplung
des Signals von dem ausgewählten
Neutralleiter.Therefore
includes a method of identifying one of a plurality
of neutral conductors of a power transmission cable
the steps of (a) applying a signal to a selected signal conductor
to a first point on the power transmission cable, (b) measurement
a relative signal strength
each of the plurality of neutral lines at a second point
the power transmission cable that
far from the first point, and (c) identifying the
chosen
Neutral conductor based on the relative strengths. The identification step
identifies the selected one
Neutral as that of the majority of neutral
with the largest relative
Strength.
The application step involves the inductive coupling of the signal
at the selected
Neutral, and the measuring step includes the inductive coupling
the signal from the selected one
Neutral.
So
weit wurde die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit einem Kabel
mit mehreren getrennten, voneinander isolierten Neutralleitern beschrieben.
Viele Energieverteilungsnetzwerke verwenden jedoch keine Kabel mit
voneinander isolierten Neutralleitern, sondern die Neutralleiter
liegen eher in Form eines Netzes oder als mehrere, durch leitendes
Kupferband miteinander verbundene Leiter vor. Die 10A, 10B, 11A und 11B und
ihre zugehörigen
Beschreibungen betreffen eine Anwendung der vorliegenden Erfindung
für andere gebräuchliche
Mittelspannungs-Energieversorgungsnetze, wie solche, die auf Überlandleitungen übertragen
werden, und solche, die über
pseudo-koaxiale Untergrundkabel mit einem einzigen Neutralleiter übertragen
werden.So far, the present invention has been described in the context of a cable having a plurality of separate, mutually insulated neutral conductors. However, many power distribution networks do not use cables with neutral conductors isolated from each other, but the neutral conductors are located rather in the form of a net or as several conductors interconnected by conductive copper tape. The 10A . 10B . 11A and 11B and their related disclosures relate to an application of the present invention for other common medium voltage power grids, such as those transmitted on land lines and those transmitted over single neutral neutral pseudo-coaxial underground cables.
Ein
Koppler, der den physikalischen Kontakt mit einem Mittelspannungs-Phasenleiter
vermeidet, ist dahingehend wünschenswert,
dass ein solcher Koppler den stationären oder Stoßstromspannungen des
Phasenleiters nicht Stand halten muss, so dass die Konstruktion
vereinfacht wird und die Kosten des Kopplers reduziert werden. Jedoch
setzt die Verwendung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen induktiven
Kopplers eine Stromkreiskontinuität voraus, wodurch der Strom
fließen
kann, während
die Mittelspannungsstromkreise entweder an ihren Enden physikalisch
offene Stromkreise umfassen oder an Transformatorwicklungen angeschlossen
sein können,
deren hohe Impedanz bei Radiofrequenzen in etwa der Wirkung eines
Leerlaufabschlusses entsprechen kann. Erfindungsgemäß können induktive Koppler
in einem Mittelspannungs-Datenbackhaulnetzwerk
verwendet werden, wenn Hochfrequenz-Abschlüsse hinzugefügt werden,
wobei kapazitiv gekoppelte Eingänge
an den Enden des Kabels und, in einem großen Verteilungsnetz, auch an
einer oder mehreren dazwischen liegenden Positionen verwendet werden.
Die Phasenleiter von unterirdischen Energieübertragungsleitungen können als
Datenübertragungsleitungen
verwendet werden, wenn sie mit Lastabschlüssen ausgestattet sind, die
zur Kopplung von Datensignalen an die und von den Übertragungsleitungen
bei den hohen Frequenzen wirksam sind, die für Kommunikationen verwendet werden.One
Coupler, which makes physical contact with a medium-voltage phase conductor
avoids, is desirable to that effect,
that such a coupler the stationary or surge voltages of
Phase conductor does not need to withstand, so the construction
is simplified and the cost of the coupler can be reduced. however
requires the use of the inventively proposed inductive
Kopplers precede a circuit continuity, reducing the current
flow
can, while
the medium voltage circuits either physically at their ends
open circuits include or connected to transformer windings
could be,
their high impedance at radio frequencies in about the effect of a
May correspond to idle completion. According to the invention, inductive couplers
in a medium voltage data backhaul network
used when adding high-frequency terminations,
where capacitively coupled inputs
at the ends of the cable and, in a large distribution network, also at
one or more intermediate positions.
The phase conductors of underground power transmission lines can be used as
Data transmission lines
used when equipped with load locks that
for coupling data signals to and from the transmission lines
are effective at the high frequencies used for communications.
In
Energieverteilungssystemen ist das Mittelspannungsnetz an Vorrichtungen
angeschlossen, die eine Impedanz zeigen, die gegenüber Signalen
bei hohen Frequenzen wesentlich höher ist als die charakteristische
Impedanz des Kabels. Solche Vorrichtungen treten gegenüber Hochfrequenzsignalen
gewissermaßen
als offene Stromkreise auf. Die Kopplung modulierter Datenpakete
auf ein derartiges Leerlaufkabel würde dazu führen, dass ein großer Teil
einer gekoppelten Welle von den Enden des Kabels reflektiert und
möglicherweise
von Datenempfängern
als neue Pakete interpretiert wird. Ein weiteres unerwünschtes
Merkmal solcher Reflexionen wäre,
dass sie die Datenempfänger
fälschlicherweise
zu dem Schluss verleitet, dass neue Pakete das Kabel besetzen, und
Mehrfachzugangstypen gemeinsamer Netzwerke erlitten einen Verlust
an verfügbarer Übertragungszeit.In
Power distribution systems is the medium voltage network of devices
connected, which show an impedance opposite to signals
at high frequencies is much higher than the characteristic one
Impedance of the cable. Such devices are against high frequency signals
so to speak
as open circuits. The coupling of modulated data packets
On such an idling cable would cause a large part
a coupled wave from the ends of the cable and reflected
possibly
of data receivers
is interpreted as new packets. Another unwanted
Feature of such reflections would be
that they are the data recipients
falsely
led to the conclusion that new packages occupy the cable, and
Multiple access types of shared networks suffered a loss
on available transmission time.
Bei
Kabeln und Leitern mit erheblichen Hochfrequenzverlusten verschwinden
diese Reflexionen schnell und verursachen keine Probleme. Jedoch
sowohl für
Oberleitungen als auch für
einige pseudo-koaxiale Untergrundleitungen sind die Verluste gering,
und stark reflektierte Signale und die direkten Signale können sich
gegenseitig überlagern.at
Cables and conductors with significant high frequency losses disappear
These reflections are fast and do not cause any problems. however
as well as
Overhead lines as well for
some pseudo-coaxial underground lines, the losses are low,
and strongly reflected signals and the direct signals can become
overlay each other.
10A und 10B sind
schematische Darstellungen von Teilen eines Datenkommunikationsnetzwerks,
das ein Energieverteilungssystem verwendet, wobei die Daten über einen
Phasenleiter des Energieverteilungssystems übertragen werden. Die vorliegende
Erfindung verwendet eine Kombination aus induktiven und kapazitiven
Kopplern. Wie nachstehend erläutert,
umfasst das Netzwerk (a) einen induktiven Koppler zur Kopplung eines
Datensignals über
den Phasenleiter mit einem Dateneingang zur weiteren Kopplung des
Datensignals und (b) einen kapazitiven Koppler, der zwischen dem
Phasenleiter und Erde in der Nähe
zu einem Ende des Energieübertragungskabels
angeschlossen ist, der Reflektionen des Datensignals absorbiert
und gegebenenfalls als Dateneingang zur Kopplung des Datensignals
dient. 10A and 10B FIG. 13 are schematic illustrations of portions of a data communications network employing a power distribution system, the data being transmitted via a phase conductor of the power distribution system. The present invention uses a combination of inductive and capacitive couplers. As discussed below, the network comprises (a) an inductive coupler for coupling a data signal across the phase conductor to a data input for further coupling the data signal, and (b) a capacitive coupler connected between the phase conductor and ground proximate one end of the power transmission cable is connected, the reflections of the data signal is absorbed and optionally used as a data input for coupling the data signal.
Die
induktiven Koppler 1002 werden als dazwischenliegende Knoten 1005 in
der Nähe
zu einem Verteilungstransformator 1010 verwendet. Jeder
induktive Koppler 1002 stellt einen Eingang 1015 zum Anschluss
an ein Modem (nicht gezeigt) über
ein Niederspannungsnetz bereit, das von der Sekundärseite von
jedem Verteilungstransformator 1010 betrieben wird. Die
kapazitiven Koppler 1020 sind zwischen einem Ende eines
Leiters oder Kabels und einer lokalen Erde angeschlossen, um sowohl
Reflektionen zu absorbieren als auch Signalkopplungsknoten 1025 bereitzustellen.
D.h. ein Signalkopplungsknoten 1025 befindet sich zwischen
einem kapazitiven Koppler 1020 und Erde, um das Datensignal
zwischen dem Phasenleiter zu koppeln und einen weiteren Dateneingang
für das
Datensignal bereitzustellen.The inductive couplers 1002 be as intermediate nodes 1005 close to a distribution transformer 1010 used. Each inductive coupler 1002 makes an entrance 1015 ready for connection to a modem (not shown) via a low voltage network from the secondary side of each distribution transformer 1010 is operated. The capacitive couplers 1020 are connected between one end of a conductor or cable and a local ground to absorb both reflections and signal coupling nodes 1025 provide. That is, a signal coupling node 1025 is located between a capacitive coupler 1020 and ground to couple the data signal between the phase conductor and provide another data input for the data signal.
Das "Leitungs- oder Kabelende" umfasst einen Punkt 1018,
an dem die Energie von einem Hochspannungs-zu-Mittelspannungstransformator in das
Kabel eingespeist wird. Bei Schleifentopologien kehrt das Kabel
zu dieser Position zurück,
erreicht aber ein unbenutztes Ende. An diesen "unbenutzten Enden" sind kapazitive Koppler 1020 enthalten.
Sollte ein T-Zweig 1030 eine Stichleitung 1035 in
dem Energienetz erzeugen, wird ein kapazitiver Koppler 1020 dazu
verwendet, das distale Ende der Stichleitung 1035 zu beenden.The "wire or cable end" includes a dot 1018 where the energy from a high voltage to medium voltage transformer is fed into the cable. In loop topologies, the cable returns to this position, but reaches an unused end. At these "unused ends" are capacitive couplers 1020 contain. Should be a T branch 1030 a stub line 1035 in the energy network, becomes a capacitive coupler 1020 used to the distal end of the stub 1035 to end.
11A ist eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
eines induktiven Kopplers 1102 zur Kopplung von Daten über einen Phasenleiter. 11B ist eine schematische Darstellung der in 11A gezeigten Ausführungsform. 11A is an illustration of an embodiment of an inductive coupler according to the invention 1102 for coupling data via a phase conductor. 11B is a schematic representation development of in 11A shown embodiment.
Ein
induktiver Koppler 1102 umfasst eine erste Wicklung 1104 zur
Kopplung des Datensignals über
einen Phasenleiter 1110 und eine zweite Wicklung 1115,
die an die erste Wicklung 1104 induktiv gekoppelt ist,
zur Kopplung des Datensignals über
einen Dateneingang 1145. Der induktive Koppler 1102 umfasst
einen Kern 1105 durch den der Phasenleiter 1110 geführt wird.
Diese Konfiguration des Phasenleiters 1110 durch den Kern 1105 dient
als erste Wicklung 1104, d.h. eine Wicklung mit einer einzigen Drehung.
Die zweite Wicklung 1115 ist um einen Bereich des Kerns 1105 gewickelt.An inductive coupler 1102 includes a first winding 1104 for coupling the data signal via a phase conductor 1110 and a second winding 1115 that is connected to the first winding 1104 is inductively coupled to couple the data signal via a data input 1145 , The inductive coupler 1102 includes a core 1105 through the phase conductor 1110 to be led. This configuration of the phase conductor 1110 through the core 1105 serves as the first winding 1104 ie a winding with a single turn. The second winding 1115 is around an area of the core 1105 wound.
Der
induktive Koppler 1102 ist ein Stromtransformator, in dem
der Kern 1105 über
einem Abschnitt des Phasenleiters 1110 angeordnet ist.
Der induktive Koppler 1102 kann auch mit einem unterirdischen
Kabel verwendet werden, indem der Kern 1105 über einen
Abschnitt des Untergrundkabels, der nicht ebenfalls durch eine Neutralleiterummantelung bedeckt
ist, angeordnet wird, wobei der Energiekabel-Phasenleiter als Wicklung
mit einer Drehung durch den Kern 1105 hindurchgeht.The inductive coupler 1102 is a current transformer in which the core 1105 over a section of the phase conductor 1110 is arranged. The inductive coupler 1102 Can also be used with an underground cable by the core 1105 is disposed over a portion of the underground cable, which is not also covered by a neutral conductor sheath, wherein the power cable phase conductor as a winding with a rotation through the core 1105 passes.
Der
Kern 1105 besteht aus Ferrit oder einem anderen leichtmagnetischen
Material mit beträchtlicher
Permeabilität
und verhältnismäßig geringem Verlust über den
Frequenzbereich, der für
die modulierten Daten erforderlich ist. Der Kern 1105 hat
einen Luftspalt 1120, der ausreicht, um den Betrieb des
induktiven Kopplers 1102 ohne Sättigung zu ermöglichen,
sogar wenn der Strom durch den Phasenleiter 1110 so hoch
wie der Maximalstrom ist, für
den der Leiter 1110 ausgelegt ist, z.B. 200 Ampere rms.The core 1105 It consists of ferrite or other light magnetic material of considerable permeability and relatively low loss over the frequency range required for the modulated data. The core 1105 has an air gap 1120 , which is sufficient for the operation of the inductive coupler 1102 without saturation, even if the current through the phase conductor 1110 as high as the maximum current for which the conductor 1110 is designed, for example, 200 amps rms.
Der
induktive Koppler 1102 besitzt eine primäre Magnetisierungsinduktivität, die ausreicht,
dass er gegenüber
einem Modemtransmitter eine merkliche Hochfrequenzimpedanz über einen
relevanten Frequenzbereich, aber eine vernachlässigbare Impedanz bei Energieverteilungsfrequenzen
zeigt. Der induktive Koppler 1102 hat über den relevanten Frequenzbereich
sowohl eine Streuinduktivität
als auch eine reflektiert-primäre
Impedanz, die wesentlich geringer sind als die charakteristische
Impedanz der Übertragungsleitung,
von der der Phasenleiter 1110 eine Komponente ist.The inductive coupler 1102 has a primary magnetizing inductance sufficient to exhibit a significant high frequency impedance over a relevant frequency range over a modem transmitter but a negligible impedance at power distribution frequencies. The inductive coupler 1102 has both a leakage inductance and a reflected-primary impedance over the relevant frequency range which are substantially less than the characteristic impedance of the transmission line from which the phase conductor 1110 is a component.
Der
induktive Koppler 1102 besitzt einen Hochspannungskondensator 1125 in
Reihe mit der zweiten Wicklung 1115 und dem Dateneingang 1145, der
an einen Niederspannungsausgang, d.h. einen Starkstromleitungsausgang,
eines Verteilungstransformators 1130 angeschlossen ist,
um zu verhindern, dass die zweite Wicklung 1115 mit einem
Niederspannungsstromkreis 1135 einen Kurzschluss bildet. Folglich
koppelt der Kondensator 1125 ein Datensignal zwischen der
zweiten Wicklung 1115 und dem Starkstromleitungsausgang.The inductive coupler 1102 has a high voltage capacitor 1125 in series with the second winding 1115 and the data input 1145 connected to a low voltage output, ie a power line output, of a distribution transformer 1130 is connected to prevent the second winding 1115 with a low voltage circuit 1135 forms a short circuit. Consequently, the capacitor couples 1125 a data signal between the second winding 1115 and the power line output.
Der
induktive Koppler 1102 hat auch einen Überspannungsschutz 1140,
der mit der zweiten Wicklung 1115 parallel angeschlossen
ist, um den Niederspannungskreislauf 1135 und jede elektronische
Kommunikationsausrüstung,
die daran angeschlossen ist, vor Beeinflussung durch einen Impuls mit
hoher Amplitude zu schützen,
der auf dem Phasenleiter 1110 auftreten kann und durch
den induktiven Koppler 1102 auf die Niederspannungsleitungen gekoppelt
wird.The inductive coupler 1102 also has a surge protection 1140 that with the second winding 1115 connected in parallel to the low voltage circuit 1135 and protect any electronic communications equipment connected thereto from being affected by a high amplitude pulse on the phase conductor 1110 can occur and through the inductive coupler 1102 is coupled to the low voltage lines.
Es
ist zu beachten, dass zwar nur eine NS-Phasenleitung 1150 und
eine NS-Neutralleitung 1155 an den Koppler 1102 angeschlossen
sind, aber die andere Phasenleitung 1160 ein leicht abgeschwächtes Signal
mittels kapazitiver und induktiver Kopplung über die Länge der NS-Fallleitungen erhält.It should be noted that although only one NS phase line 1150 and an NS neutral line 1155 to the coupler 1102 are connected, but the other phase line 1160 a slightly attenuated signal by means of capacitive and inductive coupling over the length of the NS-downpipes receives.
Eine
wichtige Überlegung
und ein wünschenswertes
Ziel ist eine Minimierung der elektromagnetischen Strahlung von den
Leitungen und Kabeln, die für
die Übertragung
von Daten verwendet werden. Diese Leitungen können elektromagnetische Interferenz
abstrahlen, sogar wenn sie einige Fuß unter der Erde vergraben
sind. Störende
Resonanzen können
auch die Übertragung über bestimmte
enge Frequenzbänder
verhindern.A
important consideration
and a desirable one
The aim is to minimize the electromagnetic radiation from the
Cables and cables for
the transfer
to be used by data. These cables can cause electromagnetic interference
even if they bury some feet under the ground
are. disturbing
Resonances can
also the transmission over certain
narrow frequency bands
prevent.
Eine
oder mehrere Techniken sollten eingesetzt werden, um die Strahlung
zu minimieren, Resonanzen zu tolerieren und einen stabilen und zuverlässigen Datenkanal
bereitzustellen. Die Auswahlmöglichkeiten
zur Minimierung der Strahlen umfassen:
- (A)
Verwendung einer Spreizspektrummodulation in den Modems, die zum
und vom Mittelspannungsnetz angeschlossen sind. Die Spreizspektrummodulation
verwendet eine verhältnismäßig niedrige
Spektralenergiedichte (z.B. –55 dBm/Hz).
- (B) Minimierung des Energieniveaus der modulierten Daten. Das
Energieniveau sollte hoch genug sein, um jegliches Rauschen auf
der Leitung und jegliches selbsterzeugtes Rauschen der Ausrüstung, z.B.
internes Rauschen, Verstärkerrauschen
usw., zu überwinden.
Durch Ausnutzen der verhältnismäßigen Isolierung
der Mittelspannungsleitung von den verrauschten Niederspannungs-
und Hochspannungsnetzen kann das Leitungsrauschen minimiert werden.
Dies kann durch Anordnung von Wechselkopplungsmodems an jeden induktiven
Koppler durchgeführt
werden. Wechselkopplungsmodems haben den Zweck, einen Bitstrom zu
regenerieren und die Datenübertragung über einen
zusätzlichen
Träger
zu remodulieren.
One or more techniques should be used to minimize radiation, tolerate resonances, and provide a stable and reliable data channel. The choices for minimizing the rays include: - (A) Use of spread spectrum modulation in the modems connected to and from the medium voltage network. The spread spectrum modulation uses a relatively low spectral energy density (eg, -55 dBm / Hz).
- (B) Minimization of the energy level of the modulated data. The energy level should be high enough to overcome any noise on the line and any self-generated noise in the equipment, such as internal noise, amplifier noise, etc. By exploiting the relative isolation of the medium voltage line from the noisy low voltage and high voltage networks, line noise can be minimized. This can be done by placing inter-coupling modems on each inductive coupler. Interchangeable-pair modems have the purpose of regenerating a bitstream and remodulating the data transfer over an additional carrier.
12 ist
eine schematische Darstellung eines Teils eines Netzwerks mit Wechselkopplungsmodems
an einem induktiven Koppler. Ein erstes Modem 1202 hat
einen ersten Eingang 1225, der an einen Dateneingang einer
zweiten Wicklung eines induktiven Kopplers 1102 zum Senden
und Empfangen eines modulierten Datensignals angeschlossen ist, und
einen zweiten Eingang 1210 zur weiteren Kopplung der digitalen
Daten. Ein zweites Modem 1205 hat einen ersten digitalen
Dateneingang 1230, der an den zweiten Eingang 1210 des
ersten Modems 1202 angeschlossen ist, und einen zweiten
Eingang 1235 zur weiteren Kopplung des modulierten Datensignals.
Wahlweise kann ein Router 1220 zwischen das erste Modem 1202 und
das zweite Modem 1205 gesetzt werden. 12 Figure 3 is a schematic representation of a portion of an interchangeable network dems on an inductive coupler. A first modem 1202 has a first entrance 1225 to a data input of a second winding of an inductive coupler 1102 connected to send and receive a modulated data signal, and a second input 1210 for further coupling of the digital data. A second modem 1205 has a first digital data input 1230 which is at the second entrance 1210 of the first modem 1202 connected, and a second input 1235 for further coupling of the modulated data signal. Optionally, a router 1220 between the first modem 1202 and the second modem 1205 be set.
Die
Vorteile der vorstehenden Vorrichtung sind:
- (A)
Das Rauschen des NS-Netzes erreicht das MS-Netz nicht. Die Isolation
kann ferner durch optische Isolatoren in Reihe mit der Datenverbindung 1210 verstärkt werden.
- (B) Ein Spreizspektrum- oder ein anderes Modem, das eine andere
Technologie oder andere Parameter als das MS-Modem verwendet, kann für NS-Netze
optimiert werden. Die induktiven Koppler führen eine zusätzliche
Reihenimpedanz an den Kopplungsknoten ein, die verhältnismäßig klein
gegenüber
der charakteristischen Impedanz des Leiters oder Kabels ist, so
dass sowohl die Reflektionen als auch die Energieabsorption minimiert
werden. In diesem Fall können
die modulierten Daten eine große
Anzahl von dazwischenliegenden Knoten erfolgreich durchqueren. Bevorzugt
sind die Magnetisierungs- und Streuinduktivitäten klein genug, dass Impedanzstörung minimiert
wird, aber groß genug,
um eine ausreichende Kopplung bereitzustellen. Vorausgesetzt ist hier
eine absichtliche Impedanzfehlangleichung zwischen dem Modem und
der Impedanz des Kopplers.
- (C) Router und andere Netzwerkvorrichtungen 1220 können zur
Vermittlung zwischen dem Heim- und dem externem Netzwerk eingesetzt werden.
The advantages of the above device are: - (A) The noise of the LV network does not reach the MS network. Isolation may also be accomplished by optical isolators in series with the data link 1210 be strengthened.
- (B) A spread spectrum or other modem using a different technology or parameters other than the MS modem can be optimized for NS networks. The inductive couplers introduce an additional series impedance to the coupling node that is relatively small relative to the characteristic impedance of the conductor or cable so that both the reflections and the energy absorption are minimized. In this case, the modulated data can successfully traverse a large number of intermediate nodes. Preferably, the magnetizing and leakage inductances are small enough that impedance distortion is minimized, but large enough to provide sufficient coupling. Provided here is a deliberate impedance mismatch between the modem and the impedance of the coupler.
- (C) Routers and other network devices 1220 can be used to mediate between the home and the external network.
Ein
verwendbarer Parameter zur Minimierung der Strahlung ist eine Abschwächung der
Signalstärke
in Richtung zwischen Leitung und Koppler, da die Signalstärke auf
der Mittelspannungs-Starkstromleitung groß genug sein muss, um diese
Abschwächung
zu überwinden.
Die Abschwächung
in Richtung zwischen Koppler und Leitung kann ohne zusätzliche
Strahlung leicht durch Anlegen von mehr Energie an den Koppler,
der die Leitung steuert, überwunden
werden, um so das maximal zulässige übermittelte
Energieniveau in Übereinstimmung
mit maximal erlaubten Strahlungsstärken festzulegen.One
Useful parameter for minimizing the radiation is a weakening of the
signal strength
in the direction between line and coupler, as the signal strength on
the medium voltage power line needs to be large enough to accommodate this
attenuation
to overcome.
The weakening
in the direction between coupler and line can be without additional
Radiation easily by applying more energy to the coupler,
who controls the line, overcome
so as to be the maximum allowable transmitted
Energy level in accordance
with maximum allowable radiation levels.
Wenn
zum Beispiel jeder Koppler für
einen Kopplungsverlust von 10 dB ausgelegt ist, dann kann die übertragene
Energie zur Kompensation um 10 dB erhöht werden, und nur die 10 dB
des zweiten Kopplers werden vom Verlustbudget des Modems abgezogen.If
for example, every coupler for
a coupling loss of 10 dB is designed, then the transmitted
Energy for compensation can be increased by 10 dB, and only the 10 dB
of the second coupler are deducted from the loss budget of the modem.
13 ist
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Technik
zur passiven Kopplung modulierter Daten zwischen Abschnitten eines Energieversorgungsnetzes. 13 zeigt
ein Datenkommunikationsnetzwerk 1300, das über ein
Energieverteilungssystem umgesetzt wird und einen ersten Abschnitt 1302 mit
einem ersten Mittelleiter 1320 und einen zweiten Abschnitt 1303 mit
einem zweiten Mittelleiter 1330 aufweist. Das Netzwerk 1300 umfasst
einen ersten Koppler 1306 zur induktiven Kopplung eines
Datensignals über
einen ersten Mittelleiter 1320 und mit einem Dateneingang 1335 für die weitere
Kopplung des Datensignals und einen zweiten Koppler 1307 mit
einem Dateneingang 1340, der an den Dateneingang 1335 des
ersten induktiven Kopplers 1306 gekoppelt ist, zur induktiven
Kopplung des Datensignals über
einen zweiten Mittelleiter 1330. 13 is a schematic representation of a technique according to the invention for the passive coupling of modulated data between sections of a power grid. 13 shows a data communication network 1300 , which is implemented via an energy distribution system and a first section 1302 with a first center conductor 1320 and a second section 1303 with a second center conductor 1330 having. The network 1300 includes a first coupler 1306 for inductively coupling a data signal over a first center conductor 1320 and with a data input 1335 for the further coupling of the data signal and a second coupler 1307 with a data input 1340 to the data input 1335 of the first inductive coupler 1306 is coupled, for inductive coupling of the data signal via a second center conductor 1330 ,
Der
erste Abschnitt 1302 umfasst ein erstes Energieübertragungskabel 1315 auf
einer ersten Seite eines Energieverteilungstransformators 1345.
Der zweite Abschnitt 1303 umfasst ein zweites Energieübertragungskabel 1325 auf
einer zweiten Seite eines Energieverteilungstransformators 1345.
Der Energieverteilungstransformator 1345 hat einen Ausgang
zur Energieleitung 1350. Das Netzwerk 1300 umfasst weiter
einen Kondensator 1310 zwischen dem Dateneingang 1335 des
ersten induktiven Kopplers 1306 und der Ausgangsenergieleitung 1350 zur Kopplung
des Datensignals auf die Ausgangsenergieleitung 1350.The first paragraph 1302 includes a first power transmission cable 1315 on a first side of a power distribution transformer 1345 , The second section 1303 includes a second power transmission cable 1325 on a second side of a power distribution transformer 1345 , The power distribution transformer 1345 has an output to the power line 1350 , The network 1300 further includes a capacitor 1310 between the data input 1335 of the first inductive coupler 1306 and the output power line 1350 for coupling the data signal to the output power line 1350 ,
Jeder
Transformator-zu-Transformator-Abschnitt wird zu einer separaten
Verbindung in einer Mehrfachverbindungskette. Ein Koppler ist an
jedem Kabelabschluss angeschlossen, so dass mit Ausnahme des letzten
Transformators an einem unbenutzten Endabschnitt zwei Koppler pro
Transformator erforderlich sind.Everyone
Transformer-to-Transformer section becomes a separate one
Connection in a multiple connection chain. A coupler is on
connected to each cable termination, so except for the last one
Transformers at an unused end section two couplers per
Transformer are required.
Das
passive Aneinanderreihen von Abschnitten wird durch Verbinden der
Dateneingänge 1335 und 1340 der
zwei Koppler auf jeder Seite des Transformators miteinander erreicht.
Eine passive Verbindung mit den Kommunikationsvorrichtungen, die
an die NS-Leistung 1350 angeschlossen sind, erfolgt durch
Reihenkopplung der Kondensatoren 1310. Ähnliche Modems werden sowohl
am Einspeisungspunkt des Netzwerks, wie dem Energieumspannwerk,
als auch an den Niederspannungsausgängen am Haus des Nutzers angeschlossen.The passive stringing of sections is done by connecting the data inputs 1335 and 1340 the two couplers on each side of the transformer reaches each other. A passive connection with the communication devices that respond to the NS performance 1350 are connected by series coupling of the capacitors 1310 , Similar modems are connected both to the feed point of the network, such as the power substation, and to the low voltage outputs on the user's home.
14 ist
eine schematische Darstellung einer Technik zur Kopplung modulierter
Daten zwischen Abschnitten eines Energieversorgungsnetzes unter
Verwendung von Wechselkopplungsmodems. 14 zeigt
ein Datenkommunikationsnetzwerk 1400, das über ein
Energieverteilungssystem umgesetzt wird, das einen ersten Abschnitt 1402 mit
einem ersten Mittelleiter 1420 und einen zweiten Abschnitt 1403 mit
einem zweiten Mittelleiter 1430 besitzt. Das Netzwerk 1400 umfasst
einen ersten Koppler 1406 zur induktiven Kopplung eines
Datensignals über
einen ersten Mittelleiter 1420 mit einem Dateneingang 1435 für die weitere
Kopplung des Datensignals und einen zweiten Koppler 1407 mit
einem Dateneingang 1440, der an den Dateneingang 1435 des
ersten induktiven Kopplers 1406 gekoppelt ist, zur induktiven Kopplung
des Datensignals über
einen zweiten Mittelleiter 1430. 14 Figure 3 is a schematic representation of a technique for coupling modulated data between portions of a power grid using inter-coupling modems. 14 shows a data communication network 1400 , which is implemented via a power distribution system, the first section 1402 with a first center conductor 1420 and a second section 1403 with a second center conductor 1430 has. The network 1400 includes a first coupler 1406 for inductively coupling a data signal over a first center conductor 1420 with a data input 1435 for the further coupling of the data signal and a second coupler 1407 with a data input 1440 to the data input 1435 of the first inductive coupler 1406 is coupled, for inductive coupling of the data signal via a second center conductor 1430 ,
Ein
erstes Modem 1460 umfasst einen ersten Eingang für modulierte
Datensignale 1465, der an den Dateneingang 1435 des
ersten Kopplers 1406 gekoppelt ist, und hat einen zweiten
Eingang für
digitale Daten 1470 zur weiteren Kopplung des Datensignals.
Ein zweites Modem 1480 hat einen ersten Eingang für digitale
Daten 1475, der an den zweiten Eingang 1470 des
ersten Modems 1460 gekoppelt ist, und einen zweiten Eingang 1485 für die weitere Kopplung
des modulierten Datensignals.A first modem 1460 includes a first input for modulated data signals 1465 to the data input 1435 of the first coupler 1406 is coupled, and has a second input for digital data 1470 for further coupling of the data signal. A second modem 1480 has a first input for digital data 1475 which is at the second entrance 1470 of the first modem 1460 coupled, and a second input 1485 for the further coupling of the modulated data signal.
Das
Energieverteilungssystem umfasst einen Energieverteilungstransformator 1445 mit
einer Ausgangsstromleitung 1450. Das Netzwerk 1400 umfasst
weiter Kondensatoren 1410 zwischen dem zweiten Eingang 1485 des
zweiten Modems 1480 und der Ausgangsstromleitung 1450 zur
Kopplung des modulierten Datensignals an die Ausgangsstromleitung 1450.The power distribution system includes a power distribution transformer 1445 with an output power line 1450 , The network 1400 also includes capacitors 1410 between the second entrance 1485 of the second modem 1480 and the output power line 1450 for coupling the modulated data signal to the output power line 1450 ,
Ein
Mittelspannungskabel kann einen langen Kabelabschnitt umfassen,
wie zum Beispiel von einer Umspannstation zum ersten Verteilungstransformator
in einer Schleife. Zur Vereinfachung von Installation und Wartung
kann der lange Abschnitt unterteilt werden, wobei jeder Knoten mit
Mannlöchern
als Zugang ausgestattet ist. An diesen Punkten können die Kabelabschnitte in
Mittelspannungsverbindungen (für
den Mittelleiter) zusammen mit Neutralleitersammelringen, die geerdet
sind, enden. Dies führt
eine Diskontinuität
in die Datenübertragungsleitung
ein, die auf einem oder mehreren Neutralleitern übertragen wird. Um diese Diskontinuität zu überbrücken, kann
ein Paar von Kopplern auf jeder Seite der Erde installiert werden,
wobei ihre Primärseiten
aneinander angeschlossen sind und eine Brückenverbindung herstellen.One
Medium voltage cable may include a long cable section,
such as from a substation to the first distribution transformer
in a loop. To simplify installation and maintenance
The long section can be subdivided, with each node using
manholes
is equipped as access. At these points, the cable sections in
Medium voltage connections (for
the center conductor) together with neutral conductor collecting rings grounded
are, end. This leads to
a discontinuity
in the data transmission line
which is transmitted on one or more neutral conductors. To bridge this discontinuity, can
a pair of couplers are installed on each side of the earth,
being their primary pages
connected to each other and establish a bridge connection.
Die
vorliegende Erfindung stellt auch eine Umsetzung eines Datenkommunikationsnetzwerks bereit,
wobei ein Phasenleiter über
Abschnitte eines Energieverteilungssystems verwendet wird.The
present invention also provides implementation of a data communications network,
wherein a phase conductor over
Sections of an energy distribution system is used.
15 ist
eine schematische Darstellung, die mehrere erfindungsgemäße Techniken
zur Kopplung von Daten an einen Phasenleiter eines Energieverteilungssystems
bei einer Realisierung eines Datenkommunikationsnetzwerks 1500 zeigt. 15 Figure 3 is a schematic diagram illustrating several techniques of the invention for coupling data to a phase conductor of an energy distribution system in a data communication network implementation 1500 shows.
Ein
kapazitiver Koppler wird an Oberleitungen angeordnet, die durch
einen HS-MS-Abwärtstransformator
gespeist werden. Die sekundärseitige Impedanz
des Transformators ist von der gleichen Größenordnung wie diejenige der
Oberleitungen oder größer. Ein
Abschlusskoppler, z.B. ein kapazitiver Koppler mit einem Dateneingang,
kann hier verwendet werden, der sowohl (a) dazu verwendet wird, ein
Modem an die Leitung zu koppeln, als auch (b), die Leitung mit einem
Widerstand beendet, der annähernd
gleich der charakteristischen Impedanz des Energieübertragungskabels
ist (da eine Modem- oder Blindwiderstandsimpedanz durch seinen Transformator
reflektiert wird). Folglich zeigt 15, dass das
Energieverteilungssystem einen HS-MS-Abwärtstransformator 1502 einer
Umspannstation umfasst. Ein kapazitiver Koppler 1535, d.h.
ein Abschlusskoppler, wird in der Nähe einer. sekundärseitigen Wicklung
des Abwärtstransformators 1502 angeordnet.
Eine Komponente, wie das Modem 1525, hat eine Impedanz,
die, wenn sie durch den kapazitiven Koppler 1535 reflektiert
wird, annähernd
gleich einer charakteristischen Impedanz des Energieübertragungskabels
ist.A capacitive coupler is placed on overhead lines fed by a HS-MS step-down transformer. The secondary-side impedance of the transformer is of the same order of magnitude as that of the overhead lines or larger. A terminating coupler, such as a capacitive coupler with a data input, may be used herein which is both (a) used to couple a modem to the line and (b) terminates the line with a resistance approximately equal to that of characteristic impedance of the power transmission cable (as a modem or reactance impedance is reflected by its transformer). Consequently shows 15 in that the power distribution system is an HS-MS step-down transformer 1502 a substation includes. A capacitive coupler 1535 ie a terminator, will be near one. secondary side winding of the step-down transformer 1502 arranged. A component, like the modem 1525 that has an impedance when passing through the capacitive coupler 1535 is approximately equal to a characteristic impedance of the power transmission cable.
Bei
Systemen wie in Japan, wo es üblich
ist, Untergrundkoaxialkabel mit sehr niedriger Impedanz über Längen von
bis zu hunderten von Metern bis zum Anfang eines oberirdischen Stromnetzes
zu betreiben, befindet sich der bevorzugte Ort für induktive Koppler auf der
oberirdischen Seite des Untergrund-Oberleitungs-Übergangspunkts. Hier fungiert die
niedrige Impedanz des Untergrundkabels als Kurzschluss am Ende der
Oberleitung, und eine geschlossene Stromschleife wird gebildet.
So umfasst das Energieverteilungssystem einen Übergang 1545 zwischen
einem Oberleitungskabel 1515, 1516 und dem Untergrundkabel 1510,
wobei das Untergrundkabel 1510 eine charakteristische Impedanz
hat, die viel niedriger als die des oberirdischen Kabels 1515 ist.
Einer oder mehrere induktive Koppler 1540, 1541 werden
auf dem Oberleitungskabel 1515, 1516 in der Nähe des Übergangs 1545 angeordnet.In systems such as Japan, where it is common to operate very low impedance underground coaxial cables for lengths of up to hundreds of meters to the beginning of an overhead power grid, the preferred location for inductive couplers is on the above-ground surface of the underground overhead line. transition point. Here, the low impedance of the underground cable acts as a short circuit at the end of the overhead line and a closed current loop is formed. So the power distribution system includes a transition 1545 between a catenary cable 1515 . 1516 and the underground cable 1510 , where the underground cable 1510 has a characteristic impedance that is much lower than that of the above-ground cable 1515 is. One or more inductive couplers 1540 . 1541 be on the trolley cable 1515 . 1516 near the transition 1545 arranged.
Die
Anordnung der induktiven Koppler 1540, 1541 auf
dem dreiphasigen Oberleitungskabel 1515, 1516 kann
symmetrisch erfolgen, wobei jedes Teil eines Kopplerpaars mit Strom
entgegengesetzter Phase angetrieben wird. Ein derartiger Antrieb
löscht
die elektromagnetische Fernfeldstrahlung im Wesentlichen aus und
vereinfacht die Befolgung aller behördlichen Anforderungen. Demgemäß kann das
Netzwerk 1500 ein Paar induktive Koppler 1540, 1541 derart
umfassen, dass ein erster induktiver Koppler, z.B. 1540,
des Paars einen ersten Strom im Phasenleiter, z.B. 1515,
in einer ersten Richtung erzeugt und ein zweiter induktiver Koppler,
z.B. 1541, des Paars einen zweiten Strom im zweiten Phasenleiter,
z.B. 1515, in einer zum ersten Strom entgegengesetzten Richtung
erzeugt.The arrangement of inductive couplers 1540 . 1541 on the three-phase overhead line cable 1515 . 1516 can be symmetrical, with each part of a pair of couplers being driven with opposite phase current. Such a drive essentially extinguishes the far-field electromagnetic radiation and simplifies compliance with all regulatory requirements. Accordingly, the network 1500 a pair of inductive couplers 1540 . 1541 such that a first inductive coupler, eg 1540 , the couple's a first stream in phases ladder, eg 1515 generated in a first direction and a second inductive coupler, eg 1541 , the pair a second current in the second phase conductor, eg 1515 generated in a direction opposite to the first current direction.
Ersatzweise
kann eine Einzelphase betrieben werden, wobei gleiche und entgegengesetzte Ströme in den
anderen Phasen in einem Abstand, der eine Wellenlänge von
einem induktiven Koppler überschreitet,
erzeugt werden, wodurch wiederum ein großer Teil der Fernfeldstrahlung
ausgelöscht wird.
Zum Beispiel kann ein induktiver Koppler 1540 verwendet
werden, und nach einer Wellenlänge
die Leitung abwärts
kann man sich darauf verlassen, dass Induktionseffekte der Übertragungsleitung
die Ströme
ausbalancieren.Alternatively, a single phase may be operated, with equal and opposite currents being generated in the other phases at a distance exceeding one wavelength from an inductive coupler, which in turn extinguishes much of the far field radiation. For example, an inductive coupler 1540 can be used, and after one wavelength down the line, one can rely on the induction effects of the transmission line to balance the currents.
Induktive
Koppler können
auch an den Leitungen angeordnet werden, die einen Verteilungstransformator
primärseitig
speisen, da die primärseitige
Transformatorimpedanz einiger Typen von Verteilungstransformatoren
die gleiche Größenordnung haben
kann, wie diejenige der Oberleitungen, und eine geschlossene Schleife
gebildet wird. Da diese Schleife Ströme verhältnismäßig niedriger Netzfrequenz, üblicherweise
im Bereich von 2–8
Ampere, überträgt, besteht
wenig Neigung zur Kernsättigung, und
die Kopplerkerne können
mit einem kleinem oder ohne Luftspalt gebaut werden. Wie in 15 gezeigt, ist
ein induktiver Koppler 1550 an einer Leitung angeordnet,
die eine primärseitige
Wicklung 1555 eines Verteilungstransformators des Energieverteilungssystems
speist.Inductive couplers may also be placed on the lines feeding a distribution transformer on the primary side, since the primary side transformer impedance of some types of distribution transformers may be of the same order of magnitude as that of the overhead lines and a closed loop is formed. Since this loop carries relatively low line frequency currents, usually in the range of 2-8 amps, there is little tendency for core saturation, and the coupler cores can be built with a small or no air gap. As in 15 shown is an inductive coupler 1550 arranged on a line which is a primary-side winding 1555 a distribution transformer of the power distribution system feeds.
Da
die Größe der Stromkreisimpedanz,
die auf den induktiven Koppler 1550 einwirkt, bis zu mehreren
hundert Ohm betragen kann und Modems 1560, die entlang
der Übertragungsleitung
an den induktiven Koppler 1550 angeschlossen sind, üblicherweise
eine Impedanz von 50 Ohm haben, kann es zu einer erheblichen Impedanzfehlabstimmung
kommen.As the size of the circuit impedance applied to the inductive coupler 1550 affects up to several hundred ohms and modems 1560 passing along the transmission line to the inductive coupler 1550 connected, typically have an impedance of 50 ohms, there may be a significant impedance mismatch.
Wie
in 15 gezeigt, kann das Energieverteilungssystem 1500 einen
PLC-Kondensator und/oder einen Leistungsfaktorkorrekturkondensator,
z.B. den Kondensator 1565, zwischen einem Phasenleiter,
z.B. 1516, und Erde umfassen. Der Kondensator 1565 kann
eine Impedanz haben, die niedriger als die des Energieübertragungskabels 1516 ist.
PLC- und Leistungsfaktorkondensatoren können eine hohe RF-Impedanz haben, in
welchem Fall sie HF-Signale, die über das Energieversorgungsnetz übertragen
werden, nicht wesentlich stören.
Für Vorrichtungen
mit einer RF-Impedanz, deren Größe die gleiche
Größenordnung
hat wie die charakteristische Impedanz der Starkstromleitung oder niedriger
ist, wie der Kondensator 1565, kann eine Reihendrossel 1570 in
Reihe mit dem Kondensator 1565 eingesetzt werden. Die Reihendrossel 1570 kann
einen bestehenden Leitungsdraht 1575 zum Kondensator 1565 umfassen,
indem ein oder mehrere gespaltene Einschnapp-Magnetkerne über den Leitungsdraht 1575 angebracht
werden.As in 15 shown, the power distribution system 1500 a PLC capacitor and / or a power factor correction capacitor, eg the capacitor 1565 , between a phase conductor, eg 1516 , and Earth cover. The capacitor 1565 can have an impedance lower than that of the power transmission cable 1516 is. PLC and power factor capacitors may have high RF impedance, in which case they will not significantly disturb RF signals transmitted over the power grid. For devices with an RF impedance whose size is the same order of magnitude as the characteristic impedance of the power line or lower, such as the capacitor 1565 , can a series thrush 1570 in series with the capacitor 1565 be used. The series thrush 1570 can be an existing conductor wire 1575 to the condenser 1565 include one or more split snap-in magnetic cores over the lead wire 1575 be attached.
Der
Netzfrequenzstrom ist verhältnismäßig klein,
so dass Kernsättigung
kein Problem ist. Die Mikro-Henry-Größe dieser induktiven Impedanzen der
Drosseln beeinflusst die Netzfrequenzfunktion des Kondensators nicht.
Verlustreiche Kerne können ebenfalls
verwendet werden, denn sie erhöhen
einfach die Hochfrequenzimpedanz der Drossel und tragen zur Isolierung
des Kondensators bei.Of the
Mains frequency current is relatively small,
so that nuclear saturation
no problem. The micro-Henry size of these inductive impedances of
Chokes do not affect the mains frequency function of the capacitor.
Lossy cores may as well
used, because they increase
simply the high frequency impedance of the choke and contribute to the insulation
at the condenser.
Die
Wirkungen von Übertragungsleitungsreflexionen
müssen
in Betracht gezogen werden, da sie Echos erzeugen, die Fehler in
den Datenstrom einführen
können.
Die Spreizspektrummodulation ist der wahrscheinlichste Kandidat
für eine
solche echobeladene Übertragung,
weil sie gegenüber
Schmalband-Frequenzabsorption und Schmalbandrauschen tolerant ist
und emittierte elektromagnetische Strahlung auf Grund ihrer niedrigen
Spektralenergiedichte minimiert. Bei Spreizspektrum-Modems beeinflussen reflektierte
Signale zwischen Paketen, die 6–10
dB oder mehr unterhalb der direkten Signalstärke sind, den Datenempfang
nicht. Reflektierte Signale zwischen Paketen sind definiert als Reflexionen,
die während
des direkten Empfangs des Originalpakets eintreffen.The
Effects of transmission line reflections
have to
because they produce echoes that contain errors in
introduce the data stream
can.
Spread spectrum modulation is the most likely candidate
for one
such echoes,
because they are opposite
Narrow band frequency absorption and narrow band noise is tolerant
and emitted electromagnetic radiation due to their low
Spectral energy density minimized. In spread spectrum modems affect reflected
Signals between packets, the 6-10
dB or more below the direct signal strength are the data reception
Not. Reflected signals between packets are defined as reflections,
the while
the direct receipt of the original package.
Impedanzstörungen auf
den Starkstromleitungen können
durch (a) Verteilungstransformatoren mit oder ohne Hinzufügung von
induktiver Kopplerimpedanz, (b) Leitungsabschlüssen, die gewöhnlich so ausgelegt
sind, dass sie recht gut mit der Leitungsimpedanz übereinstimmen,
(c) T-Verzweigungen
und (d) PLC- oder Leistungsfaktorkorrekturkondensatoren verursacht
werden. Der Reflexionskoeffizient dieser Impedanzdiskontinuitäten übersteigt
im Allgemeinen 0,5 nicht, und das reflektierte Signal unterliegt Aus-
und Rücklauf-Verlusten
der Leitungen an sich, d.h. Absorptionsverlust und Strahlungsverlust,
so dass erwartet wird, dass die Amplitude reflektierter Signale
um mehr als 6–10
dB schwächer
ist als direkte Signale. Folglich erscheinen die reflektierten Signale,
die während
eines Datenpakets eintreffen, als Rauschen mit niedriger Amplitude
und verhindern nicht, dass die erwarteten Datensignale korrekt empfangen
werden.Impedance disturbances
the power lines can
by (a) distribution transformers with or without the addition of
inductive coupler impedance, (b) line terminations, usually designed
are that they are quite consistent with the line impedance,
(c) T-branches
and (d) causing PLC or PFC capacitors
become. The reflection coefficient of these impedance discontinuities exceeds
generally not 0.5, and the reflected signal is subject to
and return losses
the lines themselves, i. Absorption loss and radiation loss,
so that the amplitude of reflected signals is expected
by more than 6-10
dB weaker
is as direct signals. Consequently, the reflected signals,
the while
of a data packet, as low-amplitude noise
and do not prevent the expected data signals from being received correctly
become.
Für Koppler,
die an Einspeisungspunkten mit niedriger Impedanz in Leitungen mit
hoher Impedanz angeordnet sind, so wie dem Übergang 1545, sind der
Verlust und Reflexionen auf Grund von Impedanzfehlabstimmung nicht
wünschenswert.
Da die sehr schweren Energiekabel nicht um den Kopplerkern gewickelt
werden können,
kann sekundärseitig nicht
mehr als eine Wicklung und primärseitig
nicht weniger als eine Wicklung vorhanden sein. Daher ist die auf
die Starkstromleitungen reflektierte Impedanz je nach dem Wicklungsverhältnis gleich
der Impedanz des Modems, ein Viertel davon oder weniger. Für Modems
mit einer Abschlussimpedanz von 50 Ohm ist diese reflektierte Impedanz
viel kleiner als ihre charakteristische Impedanz. Eine Lösung zur Verbesserung
der Impedanzübereinstimmung
ist es, Modems mit einer Ausgangsimpedanz von einigen Hundert Ohm
zu bauen.For couplers located at low impedance feed points in high impedance lines, such as the transition 1545 , loss and reflections due to impedance mismatch are not desirable. Since the very heavy power cables can not be wound around the coupler core, on the secondary side, there can be no more than one winding and, on the primary side, not less than one winding will be present. Therefore, the impedance reflected on the power lines is equal to the impedance of the modem, a quarter or less, depending on the turns ratio. For modems with a termination impedance of 50 ohms, this reflected impedance is much smaller than its characteristic impedance. One solution to improve impedance matching is to build modems with an output impedance of a few hundred ohms.
Eine
andere Lösung
ist es, ein Phase-Antiphase-Paar von Kopplern mit ihren Primärseiten
parallel anzuschließen.
Die Sekundärseiten
(MS-Leitungen) sind unbedingt in Reihe anzuschließen. So
wird eine Modemimpedanz von 50 Ohm durch das Phase-Antiphase-Paar
von induktiven Kopplern in eine reflektierte Impedanz von 100 Ohm
transformiert. Dieses Prinzip kann durch Verwendung mehrerer Koppler
weitergeführt
werden, deren Primärseiten parallel
geschaltet sind, wobei ein Reihenanschluss von Transformator-(Koppler-)
Wicklungen auf der Seite der Starkstromleitung und ein paralleler
Anschluss auf der Modemseite erreicht wird.A
another solution
it is a phase-antiphase pair of couplers with their primary sides
connect in parallel.
The secondary pages
(MS lines) must always be connected in series. So
becomes a modem impedance of 50 ohms through the phase-antiphase pair
of inductive couplers in a reflected impedance of 100 ohms
transformed. This principle can be achieved by using multiple couplers
continued
whose primary sides are parallel
with a series connection of transformer (coupler)
Windings on the side of the power line and a parallel
Connection on the modem side is reached.
Zum
Beispiel zeigt 15 einen ersten induktiven Koppler 1540 und
einen zweiten induktiven Koppler 1541. Der erste induktive
Koppler 1540 induziert einen ersten Strom in einer ersten
Richtung im Phasenleiter 1515 über eine erste Wicklung 1540A, und
der zweite induktive Koppler 1541 induziert einen zweiten
Strom in der entgegengesetzten Richtung im Phasenleiter 1516 über eine
zweite Wicklung 1541A. Die erste Wicklung 1540A und
die zweite Wicklung 1541A sind zueinander parallel. In 15 sind
die erste Wicklung 1540A und die zweite Wicklung 1541A mit
Punkten markiert, um diese Phasenbeziehung zu zeigen.For example, shows 15 a first inductive coupler 1540 and a second inductive coupler 1541 , The first inductive coupler 1540 induces a first current in a first direction in the phase conductor 1515 over a first winding 1540A , and the second inductive coupler 1541 induces a second current in the opposite direction in the phase conductor 1516 over a second winding 1541A , The first winding 1540A and the second winding 1541A are parallel to each other. In 15 are the first winding 1540A and the second winding 1541A marked with dots to show this phase relationship.
Der
induktive Koppler am Oberleitungseinspeisungpunkt muss so ausgelegt
sein, dass er den Wirkungen der gesamten Stromeinspeisung Stand hält, die
mehrere hundert Ampere erreichen kann. Da auch eine Spule mit einer
Windung, die einen solchen Strom überträgt, den Kern derzeit erhältlicher magnetischer
Materialien, die für
den Hochfrequenzbetrieb geeignet sind, sättigt, muss dieser "Hauptleitungs"-Koppler im Allgemeinen
einen Luftspalt in seinem Magnetkreis enthalten. Um eine ausreichende Magnetisierungsinduktivität zu erreichen,
benötigen solche
Koppler eine Mehrzahl an Kernen; die das Äquivalent zu einem Kern bilden,
der in Richtung des Stromkabels sehr dick ist.Of the
inductive coupler at the catenary feed point must be designed this way
to be able to withstand the effects of the entire power feed, the
can reach several hundred amperes. As well as a coil with a
Winding that transmits such a current, the core currently available magnetic
Materials for
high frequency operation saturates, this "trunk" coupler in general must
contain an air gap in its magnetic circuit. In order to achieve a sufficient magnetizing inductance,
need such
Coupler a plurality of cores; that form the equivalent of a nucleus,
which is very thick in the direction of the power cable.
Die 16A–16C sind schematische Darstellungen, die mehrere
Verwendungen von kapazitiven Kopplern in einem Kommunikationsnetzwerk
darstellen, das über
ein Energieverteilungssystem realisiert wird. Diese kapazitiven
Koppler werden an Knoten im Netzwerk verwendet, an denen induktive
Koppler möglicherweise
nicht wirksam sind, z.B. an Punkten, an denen ein effektiver offener
Stromkreis für
RF-Strom vorhanden
ist.The 16A - 16C 12 are schematic diagrams illustrating multiple uses of capacitive couplers in a communication network implemented via a power distribution system. These capacitive couplers are used at nodes in the network where inductive couplers may not be effective, eg at points where there is an effective open circuit for RF power.
Ein
kapazitiver Koppler 1020, wie er in den 10A und 10B verwendet
wird, ist in 16A dargestellt und darin als
kapazitiver Koppler 1600 gekennzeichnet. Der kapazitive
Koppler 1600 sollte in der Lage sein, der durch den Phasenleiter und
eine Reihe von BIL-Impulsen gelieferten Betriebsspannung, z.B. 125
kV bei einer Betriebsspannung von 15 kV, gemäß der IEEE-Spezifikation 386 kontinuierlich
Stand zu halten. Der kapazitive Koppler 1600 sollte gemäß der vorstehenden
Spezifikation auch derart konstruiert sein, dass er Koronazusammenbrüche beseitigt.A capacitive coupler 1020 as he is in the 10A and 10B is used in 16A represented and therein as a capacitive coupler 1600 characterized. The capacitive coupler 1600 should be able to handle the operating voltage supplied by the phase conductor and a series of BIL pulses, eg 125 kV at an operating voltage of 15 kV, according to the IEEE specification 386 to be continuously maintained. The capacitive coupler 1600 should also be designed in accordance with the above specification to eliminate corona breakdowns.
Der
kapazitive Koppler 1600 ist an die MS-Leitungen über Hochspannungskondensatoren 1620,
z.B. 10 nF, gekoppelt, deren Impedanz bei der niedrigsten relevanten
Frequenz einen Bruchteil der charakteristischen Impedanz des Energieübertragungskabels
beträgt.
Gegebenenfalls kann der kapazitive Koppler 1600 eine Schutzsicherung 1625 in Reihe
mit dem Kondensator 1620 umfassen, damit im Fall eines
Kurzschlusses Versagen der Mittelspannungsleitung verhindert wird.The capacitive coupler 1600 is connected to the MS lines via high voltage capacitors 1620 , eg 10 nF, whose impedance at the lowest relevant frequency is a fraction of the characteristic impedance of the power transmission cable. Optionally, the capacitive coupler 1600 a protection fuse 1625 in series with the capacitor 1620 include, so that in case of a short circuit failure of the medium voltage line is prevented.
Ableitungswiderstände 1605 mit
hohem spezifischem Widerstand sind parallel mit jedem Kondensator 1620 verbunden,
damit sie diese entladen, wenn sie nicht an unter Spannung stehende
Stromkreise angeschlossen sind. Geladene Kondensatoren wären für das Bedienungspersonal
gefährlich. Um
den Dateneingang 1630 weiter von den MS-Leitungen zu isolieren,
wird ein Hochfrequenzisolationstransformator 1615, gegebenenfalls
mit einem Nicht-Einheitswindungsverhältnis, wenn nötig, zur Impedanztransformation
verwendet.bleeder resistors 1605 with high resistivity are in parallel with each capacitor 1620 connected so that they discharge them when they are not connected to live circuits. Charged capacitors would be dangerous to the operator. To the data input 1630 further isolating it from the MS lines becomes a high frequency isolation transformer 1615 , optionally with a non-unit winding ratio, if necessary, used for impedance transformation.
Um
die Vorrichtungen, die an den Dateneingang 1630 angeschlossen
sind, zu schützen,
kann ein Überspannungsschutz 1632,
wie ein Metalloxidvaristor (MOV), über die Anschlüsse des
Dateneingangs 1630 angeschlossen werden, so dass die Amplitude
von Impulsen beschränkt
wird, die anderenfalls von den MS-Leitungen mit den Vorrichtungen gekoppelt
werden könnten.To the devices connected to the data input 1630 can be connected to protect a surge protector 1632 , such as a metal oxide varistor (MOV), across the data input terminals 1630 are connected, so that the amplitude of pulses is limited, which could otherwise be coupled from the MS lines to the devices.
Bevorzugt
wird in dem Netzwerk, in dem der Kondensator installiert ist, ein
Anschluss des kapazitiven Kondensators 1600 an eine Mittelspannungsphasenleitung
angeschlossen und der andere Anschluss an eine neutrale (für einphasige
Leitungen) oder an eine zweite Phasenleitung (für mehrphasige Leitungen) gekoppelt.Preferably, in the network in which the capacitor is installed, a terminal of the capacitive capacitor 1600 connected to a medium voltage phase line and the other terminal coupled to a neutral (for single phase lines) or to a second phase line (for multiphase lines).
Wenn
der kapazitive Koppler 1600 dazu verwendet wird, ein unbenutztes
Ende der Übertragungsleitung
abzuschließen,
kann er zusammen mit einem Abschlusswiderstand 1635 verwendet
werden, der an den Dateneingang 1630 angeschlossen wird,
so dass er an die charakteristische Impedanz des Energieübertragungskabels
angeglichen wird.When the capacitive coupler 1600 used to complete an unused end of the transmission line, it can be used together with a terminator 1635 can be used, which is connected to the data input 1630 is connected so that it is matched to the characteristic impedance of the power transmission cable.
16B veranschaulicht die Verwendung des kapazitiven
Kopplers 1600 zur Kopplung eines Modems 1636 an
ein unbenutztes Ende eines Energieübertragungskabels. Das Modem 1636 ist
an den Dateneingang 1630 angeschlossen. 16B illustrates the use of the capacitive coupler 1600 for coupling a modem 1636 to an unused end of a power transmission cable. The modem 1636 is at the data input 1630 connected.
16C ist eine schematische Darstellung einer Anordnung
von kapazitiven Kopplern, um die Kontinuität eines Datensignals über einen
Netztrennschalter aufrechtzuerhalten. 16C zeigt
ein Energieverteilungssystem, das einen Phasenleiter mit einem ersten
Abschnitt 1601 auf einer ersten Seite eines Schalters 1602 und
einem zweiten Abschnitt 1603 auf einer zweiten Seite des
Schalters 1602 besitzt. Ein erster kapazitiver Koppler 1650 koppelt
ein Datensignal über
den ersten Abschnitt 1601 und hat einen Dateneingang 1635 für die weitere
Kopplung des Datensignals. Ein zweiter kapazitiver Koppler 1660 hat
einen Dateneingang 1665, der an den Dateneingang 1635 des
ersten kapazitiven Kopplers 1650 angeschlossen ist und
das Datensignal über den
zweiten Abschnitt 1603 koppelt. So wird eine Übertragung
des Datensignals zwischen dem erstem Abschnitt 1601 und
dem zweiten Abschnitt 1603 aufrechterhalten, wenn der Schalter 1602 geöffnet ist. 16C Figure 3 is a schematic diagram of an arrangement of capacitive couplers to maintain the continuity of a data signal via a power disconnect switch. 16C shows a power distribution system comprising a phase conductor with a first section 1601 on a first page of a switch 1602 and a second section 1603 on a second side of the switch 1602 has. A first capacitive coupler 1650 couples a data signal over the first section 1601 and has a data input 1635 for the further coupling of the data signal. A second capacitive coupler 1660 has a data input 1665 to the data input 1635 of the first capacitive coupler 1650 is connected and the data signal through the second section 1603 coupled. Thus, a transmission of the data signal between the first section 1601 and the second section 1603 Maintained when the switch 1602 is open.
Die
vorliegende Erfindung setzt eine Vielzahl von Netzwerkprotokollen
ein, um den physikalischen Bereich zu erweitern und die Zuverlässigkeit
zu verbessern. Nach dem Durchlaufen von induktiven Kopplern und
dem Zusammentreffen mit Impedanzfehlabstimmungen, T-Verzweigungen
und Strahlungsverlusten kann die Amplitude des für den Empfänger des Modems zur Verfügung stehenden
Signals sehr schwach werden. Ob diese Schwäche nun auf das interne Rauschen
eines Modems oder elektrisches Rauschen der Umgebung auf den Mittelspannungsleitungen
zurückzuführen ist,
gibt es einen physikalischen Punkt, unterhalb dessen das Signal nicht
mehr nachgewiesen und nicht mehr in Daten mit einer akzeptabel niedrigen
Fehlerrate demoduliert werden kann.The
The present invention employs a variety of network protocols
one to expand the physical area and reliability
to improve. After passing through inductive couplers and
coinciding with impedance mismatches, T-junctions
and radiation losses may be the amplitude of that available to the receiver of the modem
Signals are very weak. Whether this weakness now on the internal noise
a modem or electrical noise of the environment on the medium voltage lines
is due
there is a physical point below which the signal is not
more proven and no longer in data with an acceptable low
Error rate can be demodulated.
Bidirektionale
Modems können
hinzugefügt werden,
um das Signal wiederherzustellen und zu verstärken, wenn ebenfalls Hochimpedanzdrosseln verwendet
werden, um das Mittelspannungsnetz in unabhängige Abschnitte zu isolieren.bidirectional
Modems can
to be added,
to restore and amplify the signal, also using high impedance chokes
to isolate the medium-voltage grid into independent sections.
Das
Datenkommunikationsnetzwerk kann Kommunikationsprotokolle einsetzen,
die das Leiten von Daten-Token
von Knoten zu Knoten umfassen. An jedem Knoten wird der Token, der
Signalgebung oder Kontrolle bereitstellt oder ein Datenpaket als Nutzdaten
umfasst, gespeichert, ausgewertet und entweder zum lokalen Datennutzer
des Modems oder andernfalls zum nächsten Knoten im Netzwerk weitergeleitet.
Die Zeit, die zum Speichern, Auswerten und Rückübertragen eines Token erforderlich
ist, verringert die effektive Nettodatenübertragungsgeschwindigkeit
eines solchen Netzwerks beträchtlich, wenn
jeder Knoten immer online ist.The
Data communication network can use communication protocols,
the routing of data tokens
from node to node. At each node, the token becomes the
Signaling or control provides or a data packet as user data
includes, stored, evaluated and either to the local data user
of the modem or otherwise forwarded to the next node in the network.
The time required to store, evaluate, and retransfer a token
is, reduces the effective net data transfer rate
of such a network considerably, if
every node is always online.
Erfindungsgemäß sind nur
bestimmte Knoten derart programmiert, dass sie zu jedem gegebenen
Zeitpunkt aktiv sind, und zwar der Knoten, an den der Token adressiert
ist, sowie eine minimale festgelegte Untergruppe von Knoten, die
entlang des Netzwerks verteilt sind und erforderlich sind, um eine minimale
Signalamplitude an allen Punkten des Netzwerks aufrecht zu erhalten.
Wenn diese Untergruppe von Knoten aktiv ist, erhält man eine vorteilhafte Balance
zwischen Zeitverzögerung
und reduzierter Nettodatenübertragungsgeschwindigkeit
und einem erweiterten physikalischen Bereich und einer verbesserten
Fehlerrate.According to the invention are only
certain nodes are programmed to suit any given
Time are active, namely the node to which the token addressed
is, as well as a minimum specified subset of nodes that
are distributed along the network and are required to be a minimum
Maintain signal amplitude at all points of the network.
When this subset of nodes is active, you get a beneficial balance
between time delay
and reduced net data transfer rate
and an extended physical range and improved
Error rate.
Die
Bestimmung der Identität
der ständig
aktiven Knotenpunkte kann durch manuelle Messungen der Abschwächung zwischen
allen Knoten des Mittelspannungsnetzes erreicht werden. Bevorzugt
sind die Modems mit Stromkreisen ausgestattet, die die Spannungsamplitude
und/oder das Signal/Rauschen-Verhältnis messen und über eine
Netzwerkmedienzugriffssteuerebene abgefragt werden. Die Knoten sollten
auch so programmiert werden, dass sie einen Befehl, der sie in einem
ständig
aktiven Weiterleitungsmodus hält,
sogar für
Token oder Pakete akzeptieren, die nicht an sie adressiert sind.The
Determination of identity
the constantly
active nodal points may be due to manual measurements of the attenuation between
all nodes of the medium-voltage network can be achieved. Prefers
The modems are equipped with circuits that measure the voltage amplitude
and / or measure the signal-to-noise ratio and over a
Network media access control level. The knots should be
also be programmed so that they have a command that they are in one
constantly
holding active forwarding mode,
even for
Accept tokens or packets that are not addressed to them.
Es
kann dann ein Algorithmus durchgeführt werden, der bestimmt, welche
Knoten als ständig
aktiv eingestellt werden sollen, und einen Strom von Befehlen an
alle Knoten ausgibt, um die geeigneten Knoten als ständig aktiv
einzustellen. Der Algorithmus wird jedes Mal durchgeführt, wenn
die Konfiguration des Mittelspannungsnetzes verändert wird, aber dies ist ein
verhältnismäßig seltenes
Ereignis.It
then an algorithm can be performed that determines which ones
Knots as constantly
to be actively set, and a stream of commands
all nodes output to the appropriate nodes as constantly active
adjust. The algorithm is performed every time
the configuration of the medium voltage network is changed, but this is a
relatively rare
Event.
Nah
beieinander liegende Knoten erfahren eine Datenübertragungsge-schwindigkeit,
die gleich der maximalen Netzwerksgeschwindigkeit ist, während weiter
entfernte Knoten immer noch durch zuverlässige Zustellung mit niedriger
Fehlerrate, wenn auch mit niedrigerer Datenübertragungsgeschwindigkeit
bedient werden. Im Prinzip wird beansprucht, dass die beschriebene
Anordnung alle Entfernungsbeschränkungen
aus Mittelspannungskommunikationen entfernt.Close
nodes lying next to each other experience a data transmission speed,
which is equal to the maximum network speed while continuing
distant nodes still depend on reliable delivery with lower
Error rate, albeit at a slower data transfer rate
to be served. In principle, it is claimed that the described
Arrangement of all distance restrictions
removed from medium voltage communications.
Die
von dem ausgewählten
Leiter und seine Nachbarn gebildete Übertragungsleitung ist an sich ein
Datenträger
mit großer
Bandbreite, niedrigen Verlusten und geringer Streuung. Bei Oberleitungen
erfolgen Verluste auf Grund von Skin-Effekt und Strahlung, wobei
die Letztere verhältnismäßig unwirksam ist,
da die Leitungen bei den meisten Frequenzen nicht resonierend sind.
Bei Untergrundleitungen erfolgen Verluste auf Grund von Skin-Effekt
und der Verlustneigung der Isolierung, z.B. der äußeren Schicht aus Kunststoff
und der inneren Schicht aus Halbleiter-Material.The transmission line formed by the selected conductor and its neighbors is in itself a high bandwidth, low loss and low dispersion medium. Overhead lines cause losses due to skin effect and radiation The latter is relatively ineffective because the lines are non-resonant at most frequencies. In underground lines, losses occur due to the skin effect and loss tendency of the insulation, eg, the outer layer of plastic and the inner layer of semiconductor material.
Die
vorliegende Erfindung erzeugt eine niedrige elektromagnetische Emission
und hat eine niedrige Empfindlichkeit gegenüber externem Rauschen, insbesondere
wenn sie mit Spreizspektrum-Techniken verwendet wird. Die Energiestärken können aufgrund
des niedrigen Kabel-zu-Koppler-Verlusts ebenfalls
niedrig gehalten werden. Die Empfindlichkeit gegenüber externen
Rauschquellen ist proportional zur Strahlung, wobei auf Grund des
Reziprozitätsprinzips
die Modi mit der niedrigsten elektromagnetischen Interferenz (EMI)
auch diejenigen sind, die gegenüber
dem Empfang von externem Rauschen am widerstandsfähigsten
sind.The
The present invention produces low electromagnetic emission
and has low sensitivity to external noise, in particular
when used with spread spectrum techniques. The energy levels can be due
low cable-to-coupler loss as well
kept low. The sensitivity to external
Noise sources are proportional to the radiation, due to the
reciprocity
the modes with the lowest electromagnetic interference (EMI)
even those are the ones opposite
the most resistant to receiving external noise
are.
Für den einseitig
geerdeten Modus (siehe 2A) wirken die zwei Nachbarn
des ausgewählten
Leiters sowohl für
den elektrischen als auch den magnetischen Strahlungsmodus in Antiphase
zum Zentralleiter. Ein Beobachter in einiger Entfernung würde eine
erhebliche Auslöschung
von Feldern sehen.For single-ended grounded mode (see 2A ), the two neighbors of the selected conductor act in antiphase to the central conductor for both the electrical and magnetic radiation modes. An observer at some distance would see a significant extinction of fields.
Bei
symmetrischen Modi käme
es sowohl zu Fernfeldauslöschung
als auch zu einer Abschirmbeeinträchtigung der geerdeten Nachbarn.
Beim Transformatorabschluss (siehe 2B) wäre der Kopplungsverlust
am niedrigsten, und die Betriebsspannungsstärken könnten verhältnismäßig niedrig gehalten werden,
womit sich die niedrigsten EMI-Niveaus ergäben. Beim Drosselabschluss
wären die
Betriebsspannungsstärken
etwas höher.In symmetric modes, both far field cancellation and shielding interference of the grounded neighbors would occur. At transformer termination (see 2 B ), the coupling loss would be lowest, and the operating voltage levels could be kept relatively low, resulting in the lowest EMI levels. At throttle completion, the operating voltages would be slightly higher.
Wenn
die Modems als Leistungsverstärker fungieren,
können
die Betriebsspannungsniveaus auf das Minimum beschränkt werden,
das für
einen einzelnen Abschnitt erforderlich ist, wodurch die Strahlung
weiter reduziert wird.If
the modems act as power amplifiers,
can
the operating voltage levels are kept to a minimum,
that for
a single section is required, reducing the radiation
is further reduced.
Ein
erfindungsgemäßes Datenkommunikationsnetzwerk
bietet eine Kapazität
für sehr
hohe Datenübertragungsgeschwindigkeiten,
z.B. von mehr als 10 Mbps. Die Koppler sind sämtlich magnetische und elektrostatische
Vorrichtungen mit Bandbreiten, die mindestens mehrere zehn Megahertz
erreichen können,
wenn magnetische und dielektrische Hochfrequenzmaterialien verwendet
werden. Übertragungsleitungen,
die nicht zu verlustreich sind und eine minimale Streuung aufweisen,
können
Frequenzen übertragen,
die 20 MHz übersteigen.
Solche Frequenzen können
für Modems
eingesetzt werden, die verschiedene Modulationsschemata verwenden,
und würden
sogar bei einem bit pro Hertz hohe Datenübertragungsgeschwindigkeiten
ergeben.One
Data communication network according to the invention
offers a capacity
for very
high data transfer speeds,
e.g. of more than 10 Mbps. The couplers are all magnetic and electrostatic
Devices with bandwidths that are at least several tens of megahertz
reachable,
when using magnetic and dielectric high frequency materials
become. Transmission lines,
which are not too lossy and have a minimal dispersion,
can
Transmit frequencies,
exceeding 20 MHz.
Such frequencies can
for modems
be used, which use different modulation schemes,
and would
even at a bit per Hertz high data transfer speeds
result.
Auch
Grundbandbreiten-Signalgebung kann eingesetzt werden, wenn die Datenkodierung
lange Abfolgen von Nur-1 und Nur-0 beseitigt. Mit Verbindungen zwischen
den Abschnitten, die eine Wiederherstellung (Leistungsverstärker) umfassen,
wäre die Bandbreite
viel größer, als
sie durch passive Verbindung der Abschnitte erreichbar ist.Also
Basic bandwidth signaling can be used when data encoding
long sequences of only-1 and only-0 eliminated. With connections between
the sections that comprise a restoration (power amplifier),
would be the bandwidth
much bigger than
it can be reached by passive connection of the sections.
Die
erfindungsgemäßen Koppler
können
mit wenig oder gar keiner Unterbrechung der Energieversorgung der
Kunden installiert werden. Die Installation kann auch ohne Aussetzen
gegenüber
hohen Spannungen durchgeführt
werden. Werden behandschuhte Leitungsmonteure eingesetzt, können die Behörden das
Anbringen eines induktiven Kopplers um ein Kabel gestatten, während das
Kabel in Betrieb ist. Sogar wenn die Behörden darauf bestehen, dass
Arbeiter nicht an unter Spannung stehenden Kabeln arbeiten, gestattet
die Schleifenstruktur des Mittelspannungsnetzes in den Wohngebieten
das Abklemmen eines einzigen Kabelabschnitts, ohne die Stromversorgung
an die Kunden zu unterbrechen. Für
die verhältnismäßig wenigen
kapazitiven Koppler könnte
eine einzige kurze Stromabschaltung benötigt werden.The
coupler according to the invention
can
with little or no interruption of power supply
Customers are installed. The installation can also be done without suspension
across from
high voltages
become. If gloved pipe fitters are used, the authorities can use the
Attaching an inductive coupler to allow a cable while the
Cable is in operation. Even if the authorities insist that
Workers are not allowed to work on live cables
the loop structure of the medium voltage network in residential areas
disconnecting a single cable section without the power supply
to interrupt the customers. For
the relatively few
capacitive coupler could
a single short power cut will be needed.
Die
vorliegende Erfindung erlaubt einen ununterbrochenen Betrieb eines
Datenkommunikationsnetzwerks auch während einer Stromabschaltung.
Der Betrieb dauert sogar während
Unterbrechungen der Mittelspannungsenergie an.The
The present invention allows uninterrupted operation of a
Data communication network even during a power cut.
The operation lasts even during
Interruptions of medium voltage power on.
Die
vorliegende Erfindung hat wenig oder keinen Einfluss auf die Zuverlässigkeit
des elektrischen Netzes. Induktive Koppler haben keine Störungsmodi,
die den Energiefluss beeinträchtigen.
Die wenigen kapazitiven Koppler mit ihren Sicherungen verursachen
ebenfalls keine Leitungsstörung.The
present invention has little or no impact on reliability
of the electrical network. Inductive couplers have no interference modes,
which affect the flow of energy.
The few capacitive couplers with their fuses cause
also no line fault.
Bei
den Ausführungsformen
der 2A und 2B würde das
Bewickeln des Kopplers mit einem dickeren Draht dessen Ausfall in
Folge von Überstrom
ausschließen,
und die Verwendung von Verbindungen von industriellem Standard zwischen
dem ausgewählten
Neutralleiter und dem Koppler sollte Verbindungsstörungen minimieren.
Träte ein
offener Kreis auf, hinterließe
er (N – 1)/N
oder in dem erläuterten
Fall 87,5% der Stromführungskapazität intakt. Da
das Kabel gewöhnlich
weit unter seiner Kapazität von
200 A betrieben wird, sollte eine derartige Störung keine Wirkung haben.In the embodiments of the 2A and 2 B For example, winding the coupler with a thicker wire would preclude its failure due to overcurrent and the use of industrial standard connections between the selected neutral and the coupler should minimize interconnect interference. If an open circuit occurs, it would leave (N - 1) / N, or in the illustrated case, 87.5% of the current carrying capacity intact. Since the cable is usually operated far below its capacity of 200 A, such a disturbance should have no effect.
Ein
Kurzschluss des Kopplers beeinflusst Datenkommunikationen, aber
dies würde
nur den Neutralleiter in seinen Ausgangszustand zurücksetzen.
Folglich wird das Energieversorgungsnetz nicht nachteilig beeinflusst.One
Short circuit of the coupler affects data communications, but
this would
just reset the neutral to its original state.
Consequently, the power grid is not adversely affected.
Ein
Kurzschluss des Neutralleiters oder eines anderen Teils des Kopplers
zur Erde hätte
keinen Einfluss auf die MS-Leitung,
da ihr Neutralleiter nahebei an den Erdungsstab angeschlossen ist.
Eine Störung
des Magnetkreises, offen, Kurzschluss oder Sättigung, hätte keinen Einfluss auf die
Versorgung mit elektrischer Energie oder die Sicherheit des Systems.One
Short circuit of the neutral or other part of the coupler
to earth
no influence on the MS line,
because your neutral is connected to the grounding rod nearby.
A disturbance
of the magnetic circuit, open, short circuit or saturation, would have no effect on the
Supply of electrical energy or the safety of the system.
Die
Koppler verwenden nur passive Komponenten, was eine praktisch unbeschränkte Lebensdauer
beinhaltet. Der induktive Koppler kann jeder geeignete Transformator
oder Induktor sein.The
Couplers use only passive components, giving a virtually unlimited life
includes. The inductive coupler can be any suitable transformer
or inductor.
Bei
der passiven Umsetzung verwenden die induktiven Koppler nur passive
Komponenten, z.B. Drähte,
die um Magnetkerne gewickelt sind, und diese haben keine Verschleißmechanismen.
Die kapazitiven Koppler haben ebenfalls keine Verschleißmechanismen.at
In passive implementation, the inductive couplers use only passive ones
Components, e.g. wires
which are wound around magnetic cores, and these have no wear mechanisms.
The capacitive couplers also have no wear mechanisms.
Die
passive Bauweise und die Einfachheit der Installation der induktiven
Koppler stellen eine kostengünstige
Lösung
für das
Problem der Kopplung an Mittelspannungsenergieverteilungsleitungen und
deren Nutzung als Backhaul-Datenkanäle bereit. Die Installationsdauer
sollte weniger als 15 Minuten für
den hauptsächlichen
induktiven Koppler betragen und die Installationskosten minimal
sein.The
passive construction and the simplicity of installation of the inductive
Couplers make a cost-effective
solution
for the
Problem of coupling to medium voltage power distribution lines and
their use as backhaul data channels ready. The installation time
should be less than 15 minutes for
the main one
inductive coupler and the installation costs are minimal
be.
Ausführungsformen,
die Neutralleiter verwenden, haben einen klaren Vorteil gegenüber kapazitiven Überbrückungskopplern,
die die Mittelspannungsleiter zum Übertragen von Daten einsetzen. Die
Letzteren treten mindestens einmal an jedem Transformator mit der
Mittelspannungsleitung in Kontakt und müssen den vollen Störungsspannungen Stand
halten. Zum Beispiel muss ein Koppler für ein 15 kV rms Phase-Erde-Kabel
auf 125 kV BIL getestet werden. Das macht den kapazitiven Koppler
sehr sperrig und teuer und fügt
dem System sehr viele potenzielle Fehlerpunkte hinzu.Embodiments,
using neutral conductors have a clear advantage over capacitive bridging couplers,
which use the medium voltage conductors to transmit data. The
The latter occur at least once on each transformer with the
Medium-voltage line in contact and must stand the full interference voltages
hold. For example, a coupler needs to be for a 15 kV rms phase-earth cable
be tested for 125 kV BIL. That makes the capacitive coupler
very bulky and expensive and adds
Add many potential points of failure to the system.
Es
sollte selbstverständlich
sein, dass verschiedene Alternativen und Modifikationen vom Fachmann
erdacht werden können.
Die vorliegende Erfindung soll alle derartigen Alternativen, Modifikationen
und Varianten umfassen, die unter den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.It
should of course
Be that different alternatives and modifications by the expert
can be conceived.
The present invention is intended to cover all such alternatives, modifications
and variants falling within the scope of the appended claims.