BE1021310B1 - Breedbandstopfilter voor laagspanningslijn communicatie. - Google Patents

Abstract

Een breedbandstopfilter (300) wordt voorgesteld, bedoeld om communicatie van data over een elektrische lijn te verbeteren door ruis te onderdrukken, bij voorkeur met minimum 20 dB over de gehele voorafbepaalde frequentieband, op een laagspannings distributienet met minstens één actieve fase, waarbij de breedbandstopfilter voor elke actieve fase over een filtercomponent beschikt, en iedere filtercomponent twee parallelle resonantiekringen die in serie zijn geschakeld (310 en 320) en twee seriële resonantiekringen die parallel zijn geschakeld (330), bevat. Bij voorkeur is de gehele voorafbepaalde frequentieband de Cenelec A frequentieband.

Description

BREEDBANDSTOPFILTER VOOR LAAGSPANNINGSLIJNCOMMUNICATIE TECHNISCH DOMEIN

Onderhavige uitvinding bevindt zich in het domein van de communicatietechnologie, meer bepaald in het domein van data communicatiesystemen via het laagspanningselektriciteitsnet. Concreet gaat deze onthulling over een bandstopfilter, meerbepaald een breedbandstopfilter voor communicatie via laagspanningslijnen.

ACHTERGROND

Deze uitvinding heeft betrekking op datacommunicatie. Ze gaat specifiek over een breedbandstopfilter die moet zorgen voor een verbeterde lijncommunicatie.

Deze uitvinding heeft in het algemeen betrekking op datacommunicatie over een laagspanningsdistributienet, een technologie die algemeen bekend staat onder de naam Power Line Communication (PLC). In dit document wordt voor PLC de vertaling ‘elektrische lijn communicatie’ of ‘lijn communicatie’ of ook nog ‘lijncommunicatie’ gebruikt. PLC is een technologie die de bestaande infrastructuur van een elektrisch stroomdistributienet gebruikt als communicatiemedium. PLC-technologie kan de consument een brede waaier aan diensten leveren, zoals internet, home entertainment of domotica en maakt het voor elekticiteitsleveranciers mogelijk om hun distributienetten efficiënt te beheren. PLC-technologie is zeer aantrekkelijk bij gebruik van slimme elektriciteitsmeters waarbij elke consument verbonden is met een communicatienetwerk dat eigendom is van en beheerd wordt door nutsbedrijven. In een communicatiesysteem voor het uitlezen van meterstanden worden signalen doorgestuurd via stroomkabels, die vervolgens worden opgevangen door alle aangesloten meters. Meestal is PLC veiliger en stabieler dan communicatie via draadloze netwerken of telefoonverbindingen: doorgestuurde data kunnen door niemand buiten het (sub)netwerk worden gehackt.

Nutsbedrijven willen zich oriënteren naar intelligentere meetsystemen en willen verouderde elektromechanische meters die ter plaatse moeten worden afgelezen, vervangen door zogenaamde modernere 'slimme meters’ die vanaf een afstand kunnen worden uitgelezen. PLC is daarvoor de beste communicatie techniek. Met PLC kunnen distributiebedrijven op elk moment van de dag alle nuttige informatie over het netwerk uitlezen, ze kunnen hun belasting exact inschatten, hebben betere controle op piekbelastingen (met als gevolg lagere investeringen en een langere levensduur), minder fraude, betere power quality controle. Bovendien kunnen zulke slimme meters gemakkelijk worden geïnstalleerd, aangezien de meter automatisch kan worden verbonden met een communicatieplatform via het laagspannings distributienet. De slimme meter is uitgerust met een PLC-modem die verbonden is met het laagspannings distributienet voor het verzenden en ontvangen van signalen in een voorafbepaalde frequentieband.

Soms is PLC echter onbetrouwbaar: ruis of storingen en lage impedanties gegenereerd door allerlei elektrische apparatuur en/of toestellen op het laagspannings distributienet, kunnen de communicatie verstoren. Storingen zorgen ervoor dat de ontvangstgevoeligheid daalt, en de slimme meters zien teveel stoorsignaal, waardoor het echte PLC signaal niet meer wordt gedetecteerd. PLC-systemen lijden onder ruis dat veroorzaakt wordt door belastingen en toestellen die verbonden zijn met het laagspannings distributienet, hetgeen beperkingen oplegt aan de beschikbare bandbreedte. De meeste 50Hz apparaten hebben een zodanige impedantie dat de demping van het hoogfrequent PLC signaal minimaal is. PLC-netwerken kregen de voorbije jaren steeds vaker te kampen met problemen van stroomkwaliteit en frequentie-interferenties. Het alsmaar groeiende aantal elektronische toestellen en niet-lineaire belastingen veroorzaakt een significant verlies aan stroomkwaliteit en verslechtert de Power Une Communication (PLC). Enkele voorbeelden van potentiële verstoorders zijn lichtdimmers, schakelende voedingen (SMPS) of wisselstroomseriemotors, LED’s en energiezuinige lampen. Al deze toestellen of zaken hebben een zeer lage impedantie. Het feit dat de met het netwerk verbonden belastingen frequentie-afhankelijk zijn en ook tijdsvariabel zijn, maken van de netimpedantie een dynamisch gegeven, wat een ernstig probleem kan vormen. Er ontstaat immers een wanverhouding tussen de impedantie van de modem (van de slimme meter) en de belastingsimpedantie op het netwerk. Dit ondermijnt de betrouwbaarheid van de communicatie via het netwerk. Het matchen van de impedantie speelt een vitale rol in het verbeteren van de datatransmissie en het behouden van de aangepaste signaalsterkte. PLC filters worden gebruikt om in de vastgelegde PLC frequentieband ruis en storingen voldoende te onderdrukken. Deze filters kunnen geïntegreerd worden in een slimme meter of geplaatst worden net naast de slimme meter om deze af te schermen van ruis en storingen afkomstig vanuit het distributienet of van de gebruikers zijde.

De aanvrager werkt al enkele jaren hard aan de studie, het ontwerp en de productie van filters voor een netwerk van slimme meters in België, in samenwerking met een Belgische distributeur voor elektriciteit en gas. Goede PLC steunt op de samenvoeging van twee concepten: een multi-gateway benadering in combinatie met PLC filtering. In tegenstelling tot distributiesysteembeheerders (DSB) in andere landen koos de Belgische DSB ervoor om elke slimme meter van een filter te voorzien, en ook een. filter te gebruiken aan de kant van de transformator. De gebruikte filter was een bandstopfilter met beperkte bandbreedte (‘smalbandstopfilter’). Het resultaat was een goede dekking van meteraflezingen, betrouwbare PLC communicatie en een lange levensduur. Een ander voordeel van een Belgisch 'gefilterd netwerk' is dat de DSB goedkopere smalbandmodulatietechnologieën zoals S-FSK of PSK kan kiezen (in plaats van OFDM).

Enkele jaren geleden vormde een groep verkopers de PoweR line Intelligent Metering Evolution (Prime-) alliantie. Een aantal bedrijven, waaronder DSB's, meterverkopers en chipverkopers, richtten tevens de G3-PLC alliantie op. Beide allianties gaven de voorkeur aan OFDM als modulatietechniek. Sommige van deze DSB’s ervoeren dat de communicatie tussen hun dataconcentrators en hun slimme meters onbetrouwbaar was. De installatie van voomoemde smalbandstopfilter loste sommige communicatiefouten op, maar dat bleek onvoldoende. De demping was veel te zwak over de gehele Cenelec A frequentieband (met frequenties tussen 9 kHz en 95 kHz).

SAMENVATTING VAN DE UITVINDING

De huidige uitvinding beoogt om in een breedbandstopfilter te voorzien die op een laagspannings distributienet ruis onderdrukt binnen een voorafbepaalde frequentieband, bv. tussen 35 kHz en 95 kHz, en dit bij voorkeur met minstens 20 dB over de volledige of gehele voorafbepaalde frequentieband.

Een voordeel van bepaalde uitvoeringsvormen van de voorliggende uitvinding is dat het een breedbandstopfilter betreft met een voldoende hoge impedantie (bv. minimum 10 Ω) bij frequenties binnen een voorafbepaalde frequentieband om het PLC-signaal door te sturen van de kant van het communicatiesysteem (bv. de slimme meter) naar de kant van de bron (bv. de dataconcentrator van de energieleverancier) en vice versa.

Het is een voordeel van bepaalde uitvoeringsvormen van de voorliggende uitvinding dat ze een breedbandstopfilter vormen van geringe afmetingen, zodat de filter gemakkelijk op een DIN-rail kan worden geïnstalleerd of aan een muur kan worden gemonteerd.

De aanvrager is van oordeel dat de nieuwe breedbandstopfilter naar het model van deze uitvinding minstens een deel van en in het gunstige geval al de hierboven besproken noden lenigt. De filter zal de elektriciteitsdistributeurs een brede dekking garanderen: in het gunstige geval tot 100 % dekking van slimme meteraflezingen.

De voorliggende uitvinding voorziet dus in een breedbandstopfilter (300) voor verbeterde PLC (elektrische lijn communicatie) door het onderdrukken van ruis op een laagspannings distributienet met minstens één actieve fase. Deze breedbandstopfilter bevat voor elke actieve fase een filtercomponent, waarbij elke filtercomponent bevat: - twee parallelle resonantiekringen die in serie verbonden zijn, met een lage impedantie bij netfrequentie, waarbij deze twee parallelle resonantiekringen zo opgesteld zijn om in serie te verbinden met een actieve fase van het genoemde laagspannings distributienet, waarbij de twee parallelle resonantiekringen bevatten: een eerste parallelle resonantiekring bevattende een spoel (L1) en een condensator (C1), die een eerste filterelement (310) vormt, en een hoge impedantie heeft bij het begin van de vooraf bepaalde frequentieband, en een tweede parallelle resonantiekring bevattende een spoel (L2) en een condensator (C2), die een tweede filterelement (320) vormt, en een hoge impedantie heeft bij het einde van de voorafbepaalde frequentieband, en - twee seriële resonantiekringen die parallel verbonden zijn, die een derde filterelement (330) vormen, met een hoge impedantie bij netfrequentie, waarbij deze twee seriële resonantiekringen zo opgesteld zijn dat ze parallel verbonden zijn over de genoemde actieve fase van het genoemde laagspannings distributienet, en waarbij deze bevatten: een eerste seriële resonantiekring bevattende een condensator (C3), een weerstand (R3), en een spoel (L3); en een tweede seriële resonantiekring bevattende een condensator (C4), een weerstand (R4), en een spoel (L4), of een eerste seriële resonantiekring bevattende een weerstand (R3) en een spoel (L3), en een tweede seriële resonantiekring bevattende een weerstand (R4) en een spoel (L4), waarin de weerstand (R3) en de spoel (L3) van de eerste seriële resonantiekring en de weerstand (R4) en de spoel (L4) van de tweede seriële resonantiekring verbonden zijn in serie met een condensator (C3).

Zo wordt een breedbandfilter voor verbeterde lijncommunicatie voorzien door ruis te dempen op een laagspannings distributienet met één of meer fasen (bijv. drie fasen).

In een uitvoeringsvorm die de voorkeur geniet, bevat een breedbandfilter volgens deze uitvinding twee seriële resonantiekringen die in parallel geschakeld zijn, en die een derde filterelement vormen (330 of 330a, 330b, 330c), waarbij een eerste seriële resonantiekring een weerstand (R3 of R3a, R3b, R3c) en een spoel (L3 of L3a, L3b, L3c) bevat, en een tweede seriële resonantiekring een weerstand (R4 of R4a, R4b, R4c) en een spoel (L4 of L4a, L4b, L4c) bevat, en waarbij een weerstand (R3 of R3a, R3b, R3c) en een spoel (L3 of L3a, L3b, L3c) van de eerste seriële resonantiekring en een weerstand (R4 of R4a, R4b, R4c) en een spoel (L4 of L4a, L4b, L4c) van de tweede seriële resonantiekring in serie verbonden zijn met een condensator (C3 of C3a, C3b, C3c). Dit soort filter geniet de voorkeur, omdat slechts één condensator nodig is voor elk derde filterelement. Dit is een competitief voordeel op het vlak van de kostprijs van de filter. Het is in deze uitvoeringsvorm ook mogelijk om de afmetingen van de filter meer beperkt te houden.

In een te verkiezen uitvoeringsvorm levert de breedbandfilter een verbeterde lijncommunicatie op door ruis met minstens 20 dB te dempen over de gehele voorafbepaalde frequentieband op een laagspannings distributienet met minstens één actieve fase.

In een andere te verkiezen uitvoeringsvorm voorziet de breedbandstopfilter in een verbeterde lijncommunicatie door ruis te dempen op een laagspannings distributienet waarin de voorafbepaalde frequentieband overeenstemt met de Cenelec A frequentieband, die de frequentieband is tussen 9 kHz en 95 kHz.

In nog een andere te verkiezen uitvoeringsvorm wordt de breedbandstopfilter gekenmerkt door het feit dat de spoelen voor het eerste filterelement en het tweede filterelement gemaakt zijn van een amorf magnetisch materiaal of staal met een hoog siliciumgehalte. Er kan ook voor worden gekozen dat alle spoelen van de breedbandstopfilter gemaakt zijn van een amorf magnetisch materiaal of staal met een hoog siliciumgehalte. Selectie van een amorf magnetisch materiaal of staal met een hoog siliciumgehalte voor het maken van de spoelen, maakt een compact ontwerp van de filter mogelijk en zorgt ervoor dat de filter energie-efficiënt en uiterst performant is.

De voorgestelde breedbandstopfilter wordt ook gekenmerkt door het feit dat de filter geplaatst wordt tussen de kant van de stroomleverancier en de kant van de consument van een laagspannings distributienet, bij voorkeur tussen de slimme meter en de verbruikerszijde (of consumentenkant) van een laagspannings distributienet. Idealiter wordt de filter net na de slimme meter geïnstalleerd en tussen de slimme meter en de verbruikerszijde van een laagspannings distributienet. De filter kan ook net voor de slimme meter en tussen de kant van de elektriciteitsleverancier en de slimme meter geplaatst worden, maar dit is minder verkieslijk.

De voorgestelde breedbandstopfilter kan een externe of afzonderlijke filter zijn, maar kan ook geïntegreerd zijn in een slimme meter.

De voorgestelde breedbandstopfilter kan ook gebruikt worden om ruis te onderdrukken met minstens 20 dB over een gehele voorafbepaalde frequentieband op een laagspannings distributienet met minstens één actieve fase.

GEDETAILLEERDE BESCHRIJVING VAN DE UITVINDING

Het enkelvoud 'een' en 'de' verwijst zowel naar de enkelvoud- en meervoudsvormen tenzij de context dat duidelijk anders bepaalt.

Tenzij anders wordt aangegeven, hebben alle termen die gebruikt worden bij het uiteenzetten van de uitvinding, inclusief technische en wetenschappelijke termen, de betekenis die gebruikelijk is in het vakgebied waartoe deze uitvinding behoort. Om de duidelijkheid te verhogen, worden een aantal definities ingevoegd.

Voor een beter begrip van de voorliggende uitvinding, verwijzen we, enkel ter illustratie, naar de bijgevoegde figuren of tekeningen:

Figuur 1 stelt een eerste uitvoeringsvorm van de breedbandstopfilter (300) voor, in overeenstemming met de voorliggende uitvinding. De breedbandstopfilter wordt in een éénfasig laagspannings distributienet gebruikt, waarbij de filter L1, C1 als een eerste filterelement (310) en L2, C2 als een tweede filterelement (320), en C3, R3, L3 en C4, R4, L4 als een derde filterelement (330) omvat; en

Figuur 2 stelt een tweede uitvoeringsvorm van de breedbandstopfilter (300) voor, in overeenstemming met de voorliggende uitvinding. De breedbandstopfilter wordt in een driefasig laagspannings distributienet gebruikt, waarin de filter L1a, C1a; L1b, C1b; L1c, C1c als een eerste filterelement (310a; 310b; 310c), L2a, C2a; L2b, C2b; L2c, C2c als een tweede filterelement (320a; 320b; 320c), en C3a, R3a, L3a en C4a, R4a, L4a; C3b, R3b, L3b en C4b, R4b, L4b; C3c, R3c, L3c en C4c, R4c, L4c als een derde filterelement (330a; 330b; 330c) omvat; en

Figuur 3 stelt een derde uitvoeringsvorm van de breedbandstopfilter (300) voor, in overeenstemming met de voorliggende uitvinding. De breedbandstopfilter wordt in een driefasig laagspannings distributienet gebruikt, waarbij de filter R1a, L1a, C1a; R1b, L1b, C1b; R1c, L1c, C1c omvat als een eerste filterelement (310a; 310b; 310c), R2a, L2a, C2a; R2b, L2b, C2b; R2c, L2c, C2c als een tweede filterelement (320a; 320b; 320c), en C3a, R3a, L3a en C4a, R4a, L4a; C3b, R3b, L3b en C4b, R4b, L4b; C3c, R3c, L3c en C4c, R4c, L4c als een derde filterelement (330a; 330b; 330c); en

Figuur 4 stelt een vierde uitvoeringsvorm van de breedbandstopfilter (300) voor, in overeenstemming met de voorliggende uitvinding. De breedbandstopfilter wordt in een éénfasig laagspannings distributienet gebruikt, waarbij de filter L1, C1 als een eerste filterelement (310), L2, C2 als een tweede filterelement (320), en C3 in serie met R3, L3 en R4, L4 als een derde filterelement (330) omvat; en

Figuur 5 toont een ruisdempingsgrafiek verkregen door de breedbandstopfilter uit Figuur 4 in het frequentiebereik tussen 30 kHz en 99 kHz, waarbij demping (dB) uitgedrukt wordt in functie van frequentie (kHz); en

Figuur 6 toont een impedantie grafiek verkregen door de breedbandstopfilter uit Figuur 4 in het frequentiebereik tussen 1000 Hz en 150000 Hz, waarbij impedantie (Ω) uitgedrukt wordt in functie van frequentie (Hz), en

Figuur 7 stelt een vijfde uitvoeringsvorm van de breedbandstopfilter (300) voor, in overeenstemming met de voorliggende uitvinding. De breedbandstopfilter wordt in een driefasig laagspannings distributienet gebruikt, waarbij de filter L1a, C1a; L1b, C1b; L1c, C1c als een eerste filterelement (310a; 310b; 310c), L2a, C2a; L2b, C2b; L2c, C2c als een tweede filterelement (320a; 320b; 320c), en C3a in serie met R3a, L3a en R4a, L4a; C3b in serie met R3b, L3b en R4b, L4b; C3c in serie met R3c, L3c en R4c, L4c als een derde filterelement (330a; 330b; 330c) omvat, en

Figuur 8 stelt een zesde uitvoeringsvorm van de breedbandstopfilter (300) voor, in overeenstemming met de voorliggende uitvinding. De breedbandstopfilter wordt in een éénfasig laagspannings distributienet gebruikt, waarbij de filter L1, C1 omvat als een eerste filterelement (310) en L2, C2 als een tweede filterelement (320), en C3, R3, L3 en C4, R4, L4 als een derde filterelement (330). Daarnaast bevat de filter twee Varistoren die de condensatoren zullen beschermen tegen hoge spanningen en overmatig variërende spanningen, waarbij Varistor V1 bescherming biedt aan de kant van de distributeur van elektriciteit, en Varistor V2 bescherming biedt aan de kant van de eindgebruiker; en

Figuur 9A is een grafische weergave van een afzonderlijke breedbandstopfilter zonder beschermkap volgens de uitvinding; en

Figuur 9B een grafische weergave van een afzonderlijke breedbandstopfilter met een beschermkap volgens de uitvinding; en

Figuur 10 is een grafische weergave van een automatisch meteraflees (AMR) systeem via PLC op een laagspannings distributienet.

De voorliggende uitvinding wordt beschreven met behulp van verschillende uitvoeringsvormen en refereert naar bepaalde figuren, maar de uitvinding is hiertoe niet beperkt. De beschreven figuren zijn louter schematisch en niet-beperkend. In deze figuren is de omvang van sommige elementen mogelijk overdreven en niet op schaal weergeven voor illustratieve doeleinden.

De voorliggende uitvinding voorziet dus in een breedbandstopfilter (300) voor verbeterde PLC (elektrische lijn communicatie) door het onderdrukken van ruis op een laagspannings distributienet met minstens één actieve fase. Deze breedbandstopfilter bevat voor elke actieve fase een filtercomponent, waarbij elke filtercomponent bevat: - twee parallelle resonantiekringen die in serie verbonden zijn, met een lage impedantie bij netfrequentie, waarbij deze twee parallelle resonantiekringen zo opgesteld zijn om in serie te verbinden met een actieve fase van het genoemde laagspannings distributienet, waarbij de twee parallelle resonantiekringen bevatten: een eerste parallelle resonantiekring bevattende een spoel (L1) en een condensator (C1), die een eerste filterelement (310) vormt, en een hoge impedantie heeft bij het begin van de voorafbepaalde frequentieband, en een tweede parallelle resonantiekring bevattende een spoel (L2) en een condensator (C2), die een tweede filterelement (320) vormt, en een hoge impedantie heeft bij het einde van de voorafbepaalde frequentieband, en - twee seriële resonantiekringen die parallel verbonden zijn, die een derde filterelement (330) vormen, met een hoge impedantie bij netfrequentie, waarbij deze twee seriële resonantiekringen zo opgesteld zijn dat ze parallel verbonden zijn over de genoemde actieve fase van het genoemde laagspannings distributienet, en waarbij deze bevatten: een eerste seriële resonantiekring bevattende een condensator (C3), een weerstand (R3), en een spoel (L3); en een tweede seriële resonantiekring bevattende een condensator (C4), een weerstand (R4), en een spoel (L4), of een eerste seriële resonantiekring bevattende een weerstand (R3) en een spoel (L3), en een tweede seriële resonantiekring bevattende een weerstand (R4) en een spoel (L4), waarin de weerstand (R3) en de spoel (L3) van de eerste seriële resonantiekring en de weerstand (R4) en de spoel (L4) van de tweede seriële resonantiekring verbonden zijn in serie met een condensator (C3).

De term 'breedbandstopfilter* wordt gebruikt om aan te geven dat bij dit soort filter ruis wordt gedempt over een brede frequentieband, meer bepaald over een bandbreedte van minstens 40 kHz, of zelfs minstens 50 kHz of bij voorkeur minstens 60 kHz. De term 'smalbandstopfilter1 wordt gebruikt om aan te geven dat bij dit soort filter ruis wordt gedempt over een smalle frequentieband, meer bepaald over een bandbreedte van maximum 20 kHz, of zelfs maximum 15 of zelfs 10 kHz of zelfs maximaal 5 kHz. De ruis die wordt onderdrukt is zowel omgevingsruis als impulsruis binnen de voorafbepaalde frequentieband. Dit soort ruis kan veroorzaakt worden door apparaten en/of toestellen in een netwerk van eindgebruikers.

De filter bevat verschillende filterelementen om frequenties af te blokken binnen een voorafbepaalde frequentieband, die gebruikt kan worden voor PLC over het laagspannings distributienet. Bij voorkeur is het midden van de voorafbepaalde gedempte frequentieband twee decades of zelfs liever drie decades hoger dan de netfrequentie om de impact van de filters op de transmissie van elektrische stroom op de netfrequentie te beperken (of geen enkele impact te hebben). Bijvoorbeeld: voor een netfrequentie van 50 Hz is het midden van de gedempte frequentieband bij voorkeur hoger dan 5 kHz, maar nog beter is dat ze hoger ligt dan 50 kHz. In een ander voorbeeld bedraagt de netfrequentie 60 Hz.

De term 'laagspanning' wordt gebruikt om een voltage aan te duiden in het bereik van 50 V tot 1000 V wisselstroom (AC) of 120 V tot 1500 V gelijkstroom (DC). Het begrip 'laagspanning' wordt gebruikt als een tegengestelde van 'hoogspanning'. In de context van de voorliggende uitvinding kan de term 'laagspanning' nog nauwer geïnterpreteerd worden in het geval van wisselstroom, meerbepaald als een spanning in het bereik van 50 V tot 400 V AC tussen fases of als een spanning in het bereik van 50 V tot 240 V AC tussen een neutrale lijn en fase. De netstroom is bijvoorbeeld ongeveer 230 V.

Met het begrip "lage impedantie bij netfrequentie" wordt bedoeld dat twee parallelle resonantiekringen in serie een totale impedantie hebben bij een netfrequentie die voldoende laag is om een netstroom door te laten zonder substantieel verlies.

Met het begrip "hoge impedantie bij het begin van de voorafbepaalde frequentieband" wordt bedoeld dat de eerste parallelle resonantiekring een hoge impedantiewaarde induceert (bijv. meer dan 100 Ohm, bij voorkeur meer dan 200 Ohm, zoals ongeveer 600 Ohm) bij frequenties aan het begin van de voorafbepaalde frequentieband. Met het begrip "hoge impedantie bij het einde van de voorafbepaalde frequentieband" wordt bedoeld dat de tweede parallelle resonantiekring een hoge impedantiewaarde induceert (bijv. meer dan 100 Ohm, bij voorkeur meer dan 200 Ohm, zoals ongeveer 600 Ohm) bij frequenties aan het einde van de voorafbepaalde frequentieband.

Met het begrip "hoge impedantie bij netfrequentie" wordt bedoeld dat twee seriële resonantiekringen een impedantiewaarde hebben bij de netfrequentie, die voldoende hoog is om kortsluiting te vermijden over die seriële resonantiekringen.

Verder is de breedbandstopfilter ontworpen om een nominale stroom van het laagspannings distributienet te verdragen zonder bijvoorbeeld te oververhitten. Voorbeelden van een typische belastingsstroom zijn 63 A, of 40 A, of 25 A.

De breedbandstopfilter volgens de voorliggende uitvinding bevat twee seriële resonantiekringen die in parallel geschakeld zijn en die een derde filterelement vormen (330). Elke seriële resonantiekring zal afgestemd worden op een verschillende frequentie. Dit heeft het voordeel dat een bredere frequentieband gedempt kan worden.

Die seriële resonantiekringen bevatten een weerstand R3 en een weerstand R4. Die weerstanden hebben onder meer als doel de impedantie in de voorafbepaalde frequentieband te verhogen, naar impedantiewaarden boven 10 Ω of boven 20 Ω.

De impedantie die een signaal aantreft op een laagspanningsnetlijn heeft een invloed op de signaalkracht die de transmitter op de elektrische leiding kan overdragen. Maximale signaalkracht wordt overgedragen wanneer de impedantie die het signaal aantreft op de elektrische leiding overeenstemt met de impedantie van de transmitterkring. Hoe groter het verschil tussen deze beide impedantiewaarden, hoe kleiner het vermogen van het doorgestuurde signaal, met als gevolg een slechtere performantie op gebied van PLC.

Helaas fluctueert de impedantie op een laagspannings distributienet sterk, afhankelijk van de specifieke belastingen die op specifieke tijdstippen met het net zijn verbonden. De uiteindelijke impedantie is het resultaat van de parallelle connectie van de belastingen op het netwerk, en kleine impedanties zullen beslist een dominante rol spelen in de uiteindelijke gehele impedantie. Met de voorliggende breedbandstopfilter kan de impedantie verhoogd worden en stabieler blijven in gevallen waar PLC faalt door een te lage en of variabele impedantie.

Indien het elektrische distributienet bestaat uit een éénfasig distributienet, zal de breedbandstopfilter zo opgesteld worden dat de parallelle resonantiekringen in serie geschakeld zijn met de éénfasige distributielijn en dat alle seriële resonantiekringen parallel geschakeld zijn over de éénfasige distributielijn.

Volgens een uitvoeringsvorm van de voorliggende uitvinding bestaat de breedbandstopfilter uit één enkele filtercomponent: dit indien het laagspannings distributienet een éénfasig distributienet is. Dit soort filter is afgebeeld in Figuur 1.

In een uitvoeringsvorm van de voorliggende uitvinding wordt een breedbandstopfilter (300) voorzien voor een verbeterde elektrische lijncommunicatie door het dempen van ruis op een éénfasig laagspannings distributienet, waarbij de breedbandstopfilter een enkele filtercomponent bevat, en die filtercomponent bevat: - twee parallelle resonantiekringen die in serie verbonden zijn, met een lage impedantie bij netfrequentie, waarbij deze twee parallelle resonantiekringen zo opgesteld zijn om in serie te verbinden met een actieve fase van het genoemde laagspannings distributienet, waarbij de twee parallelle resonantiekringen bevatten: een eerste parallelle resonantiekring bevattende een spoel (L1) en een condensator (C1), die een eerste filterelement (310) vormt, en een hoge impedantie heeft bij het begin van de voorafbepaalde frequentieband, en een tweede parallelle resonantiekring bevattende een spoel (L2) en een condensator (C2), die een tweede filterelement (320) vormt, en een hoge impedantie heeft bij het einde van de voorafbepaalde frequentieband, en - twee seriële resonantiekringen die parallel verbonden zijn, die een derde filterelement (330) vormen, met een hoge impedantie bij netfrequentie, waarbij deze twee seriële resonantiekringen zo opgesteld zijn dat ze parallel verbonden zijn over de genoemde actieve fase van het genoemde laagspannings distributienet, en waarbij deze bevatten: een eerste seriële resonantiekring bevattende een condensator (C3), een weerstand (R3), en een spoel (L3); en een tweede seriële resonantiekring bevattende een condensator (C4), een weerstand (R4), en een spoel (L4), of een eerste seriële resonantiekring bevattende een weerstand (R3) en een spoel (L3), en een tweede seriële resonantiekring bevattende een weerstand (R4) en een spoel (L4), waarin de weerstand (R3) en de spoel (L3) uit de eerste seriële resonantiekring en de weerstand (R4) en de spoel (L4) van de tweede seriële resonantiekring verbonden zijn in serie met een condensator (C3).

Volgens een andere uitvoeringsvorm van de voorliggende uitvinding, waarbij het laagspannings distributienet een meerfasig distributienet is, bevat een breedbandfilter meerdere filtercomponenten, waarbij elke filtercomponent twee parallelle resonantiekringen bevat die verbonden zijn in serie met één van de actieve fases van het genoemde laagspannings distributienet, en twee seriële resonantiekringen bevat die parallel geschakeld zijn over de genoemde fase van het genoemde laagspannings distributienet.

In een te verkiezen uitvoeringsvorm, waarbij het laagspannings distributienet een neutrale lijn bevat, wordt elke filtercomponent zo opgesteld dat de twee seriële resonantiekringen parallel geschakeld zijn over een actieve fase van het laagspannings distributienet en de neutrale lijn. Indien er geen neutrale lijn aanwezig is, wat minder verkiesbaar is, wordt elke filtercomponent dan zo opgesteld om de twee seriële resonantiekringen in parallel over de actieve fasen te verbinden.

Volgens nog een andere uitvoeringsvorm van de voorliggende uitvinding bevat de breedbandstopfilter drie filtercomponenten, indien het laagspannings distributienet een driefasig distributienet is. Dit soort filter is afgebeeld op Figuur 2. De drie actieve fases worden aangeduid met a, b en c.

In een uitvoeringsvorm van de voorliggende uitvinding wordt een breedbandstopfilter (300) voorzien voor verbeterde elektrische lijn communicatie (PLC) door het dempen van ruis op een driefasig laagspannings distributienet, waarbij de breedbandstopfilter drie filtercomponenten bevat, en waarbij elke filtercomponent bevat: - twee parallelle resonantiekringen die in serie verbonden zijn, met een lage impedantie bij netfrequentie, waarbij deze twee parallelle resonantiekringen zo opgesteld zijn om in serie te verbinden met een actieve fase van het genoemde laagspannings distributienet, waarbij de twee parallelle resonantiekringen bevatten: een eerste parallelle resonantiekring bevattende een spoel (L1a, L1b, L1c) en een condensator (C1a, C1b, C1c) vormt een eerste filterelement (310a, 310b, 310c), met een hoge impedantie bij het begin van de voorafbepaalde frequentieband, en een tweede parallelle resonantiekring bevattende een spoel (L2a, L2b, L2c) en een condensator (C2a, C2b, C2c) vormt een tweede filterelement (320a, 320b, 320c), met een hoge impedantie bij het einde van de voorafbepaalde frequentieband, en - twee seriële resonantiekringen die parallel verbonden zijn, die een derde filterelement (330a, 330b, 330c) vormen, met een hoge impedantie bij netfrequentie, waarbij deze twee seriële resonantiekringen zo opgesteld zijn dat ze parallel verbonden zijn over de genoemde actieve fase van het genoemde laagspannings distributienet, waarbij deze bevatten: een eerste seriële resonantiekring bevattende een condensator (C3a, C3b, C3c), een weerstand (R3a, R3b, R3c), en een spoel (L3a, L3b, L3c); en een tweede seriële resonantiekring bevattende een condensator (C4a, C4b, C4c), een weerstand (R4a, R4b, R4c), en een spoel (L4a, L4b, L4c), of een eerste seriële resonantiekring bevattende een weerstand (R3a, R3b, R3c) en een spoel (L3a, L3b, L3c), en een tweede seriële resonantiekring bevattende een weerstand (R4a, R4b, R4c) en een spoel (L4a, L4b, L4c), waarin een weerstand (R3a, R3b, R3c) en een spoel (L3a, L3b, L3c) van de eerste seriële resonantiekring en een weerstand (R4a, R4b, R4c) en een spoel (L4a, L4b, L4c) van de tweede seriële resonantiekring in serie verbonden zijn met een condensator (C3a, C3b, C3c).

Naast een condensator (C1 of C1a, C1b, C1c) en een spoel (L1 of L1a, L1b, L1c) kan de eerste parallelle resonantiekring ook een parallel geschakelde weerstand bevatten (R1 of R1a, R1b, R1c) en zo het eerste filterelement vormen (310 of 310a, 310b, 310c).

Analoog hieraan: naast een condensator (C2 of C2a, C2b, C2c) en een spoel (L2 of L2a, L2b, L2c) kan de tweede parallelle resonantiekring ook een parallel geschakelde weerstand bevatten (R2 of R2a, R2b, R2c) en zo het tweede filterelement vormen (320 of 320a, 320b, 320c).

Dit soort breed bandfilter (300) is afgebeeld in Figuur 3 voor een driefasig laagspannings distributienet.

In een te verkiezen uitvoeringsvorm van de uitvinding bevat de breedbandstopfilter (300) per filtercomponent twee seriële resonantiekringen die in parallel geschakeld zijn en een derde filterelement vormen (330 of 330a, 330b, 330c), waarbij een eerste seriële resonantiekring een weerstand (R3 of R3a, R3b, R3c) en een spoel (L3 of L3a, L3b, L3c) bevat, en een tweede seriële resonantiekring een weerstand (R4 of R4a, R4b, R4c) en een spoel (L4 of L4a, L4b, L4c) bevat, en waarbij een weerstand (R3 of R3a, R3b, R3c) en een spoel (L3 of L3a, L3b, L3c) van de eerste seriële resonantiekring en een weerstand (R4 of R4a, R4b, R4c) en een spoel (L4 of L4a, L4b, L4c) van de tweede seriële resonantiekring in serie verbonden zijn met een condensator (C3 of C3a, C3b, C3c). Dit soort filter geniet de voorkeur, omdat slechts één condensator nodig is voor elk derde filterelement. Dit is een competitief voordeel op het vlak van de kostprijs van de filter. Het is in deze uitvoeringsvorm ook mogelijk om de afmetingen van de filter meer beperkt te houden.

Dit soort breedbandfilter (300) is afgebeeld in Figuur 4 voor een éénfasig laagspanningsnet.

Dit soort breedbandfilter (300) is afgebeeld in Figuur 7 voor een driefasig laagspanningsnet.

De uitvinding voorziet in een breedbandstopfilter voor verbeterde PLC door het dempen van ruis met minimum 20 dB over de gehele voorafbepaalde frequentieband van een laagspannings distributienet met minstens één actieve fase.

De breedbandstopfilter zoals weergegeven in Figuur 4 wordt hier meer gedetailleerd uiteengezet.

Figuur 4 stelt een uitvoeringsvorm voor van een elektrisch circuit waarop een breedbandstopfilter (300) overeenkomstig de voorliggende uitvinding is weergegeven. De filter (300) bestaat uit twee in serie geschakelde parallelle resonantiekringen (310 en 320) en twee parallel geschakelde seriële resonantiekringen (330). Het eerste filterelement 310 bestaat uit een parallel geschakelde spoel L1 en een condensator C1. Het eerste filterelement 310 vormt een harmonische oscillator voor stroom, afgestemd op een specifieke frequentie bij het begin van de voorafbepaalde frequentieband (bijv. ongeveer 39 kHz). Een weerstand R1, parallel geschakeld met L1 en C1 wordt niet weergegeven in Figuur 4. De weerstand R1 is bij voorkeur niet fysiek inbegrepen als een component, maar is aanwezig als het resultaat van de impedantie op de resonantiefrequentie. Deze weerstand R1 zorgt ervoor dat elke oscillatie die wordt opgewekt in het circuit na verloop van tijd gedempt zal worden. De ingang van dit eerste filterelement 310 is verbonden met een éénfasig laagspanningsnet (d.i. de kant van de leverancier van electriciteit 100). De spoel L1 is ontworpen om zonder oververhitting de nominale stroom te verdragen die de gebruiker selecteert en om typische kortsluiting op een laagspanningsnet te overleven. Typische belastingsstromen zijn bijv. 20 A, 40 A of 63 A. Dankzij de uiterst lage weerstand van de spoelwinding, hebben dit soort spoelen een laag stroomverbruik. De uitgang van het eerste filterelement 310 is in serie verbonden met het tweede filterelement 320. Het tweede filterelement 320 is afgestemd op een veel hogere resonantiefrequentie bij het einde van een voorafbepaalde frequentieband (bijv. 87 kHz). Het tweede filterelement 320 bevat een spoel L2 en een condensator C2, die parallel geschakeld zijn. Een weerstand R2, in parallel met L2 en C2, wordt niet weergegeven in Figuur 4. De weerstand R2 is bij voorkeur niet fysiek inbegrepen als een component, maar is aanwezig als het resultaat van de impedantie op de resonantiefrequentie. De aanwezigheid van een weerstand R2 zorgt ervoor dat elke oscillatie die wordt opgewekt in het circuit na verloop van tijd gedempt zal worden. De spoel L2 is ontworpen om zonder oververhitting de nominale stroom te verdragen die de gebruiker selecteert en om typische kortsluiting op een laagspanningsnet te overleven. Dankzij de uiterst lage weerstand van de spoelwinding, hebben dit soort spoelen een laag stroomverbruik.

Beide condensatoren C1 en C2 zijn veiligheidscondensatoren en worden geklasseerd volgens hun gebruik in het circuit als X1 condensatoren; voor gebruik in lijn-tot-lijn toepassingen. Stroomverlies zal bijgevolg niet leiden tot gevaar voor elektrocutie. Deze condensatoren zijn voorzien op een wisselstroom van 480 V. Filterelement 310 en filterelement 320 kunnen de nominale stroom en typische kortsluitingsstromen op dat punt van het netwerk verdragen. De uitgang van kring 320 is verbonden met de verbruikerszijde 200.

Het derde filterelement 330 bevat twee parallel geschakelde seriële resonantiekringen, waarvan de eerste kring een in serie verbonden weerstand R3, een spoel L3 en een condensator C3 bevat, en waarvan de tweede kring een in serie verbonden weerstand R4, een spoel L4 en een condensator C3 bevat. Het elektrisch circuit in Figuur 4 toont verder schematisch de impedantie van de huishoudtoestellen Rbelasting (aan verbruikerszijde 200) en de impedantie van het laagspannings distributienet Rbron (aan leverancierszijde 100).

Zonder de aanwezigheid van een derde filterelement 330, zou er voldoende ruisvermindering zijn bij de resonantiefrequenties van de kringen 310 en 320, maar niet tussen die frequenties in. Het derde filterelement 330 bevat twee parallel geschakelde seriële resonantiekringen.

Condensator C3 is een gemeenschappelijke condensator gebruikt in beide seriële kringen. Condensator C3 is een condensator met een Y2 veiligheidslabel voor interferentie-onderdrukking. Klasse Y2-condensatoren worden gebruikt voor 'lijn-tot-aarding'-toepassingen, waar kortsluiting kan leiden tot elektrocutie indien een goede verbinding met de aarding verloren gaat. De faalmodus van een Y2 condensator is een open kring. De weerstand R3 in serie met de spoel L3 en de condensator C3, en de weerstand R4 in serie met de spoel L4 en de condensator C3 vormen twee seriële resonantiekringen. Deze twee seriële resonantiekringen zijn zo afgestemd om ruis te verminderen met 20 dB over de gehele voorafbepaalde frequentieband.

Hoewel dit niet wordt aangegeven op Figuur 4, valt het te verkiezen om een weerstand R6 parallel te schakelen met condensator C3. Zulke weerstand R6 heeft geen filterfunctionaliteit, maar wordt gebruikt als een ontladingsweerstand, ook bekend als een 'bleeder'. Zulke weerstand R6 zou de elektrische energie van condensator C3 kunnen ontladen, zodat het risico op elektrocutie door opgeslagen energie in C3 wordt verminderd, volgens IEC-60950-1.

Typische waarden voor weerstanden R1, R2, R3, R4 en R6; condensatoren C1, C2 en C3; en spoelen L1, L2, L3, en L4 worden weergegeven in Tabel 1 hieronder. TABEL 1 Lijst van elektrische componenten met hun typische waarden voor een breedbandstopfilter volgens de uitvinding.

Het mag duidelijk zijn dat, hoewel bepaalde waarden worden aangegeven voor de weerstanden R1, R2, R3, R4, en R6; condensatoren C1, C2 en C3; en spoelen L1, L2, L3, en L4 in Tabel 1, er ook andere waarden geïmplementeerd kunnen worden, naargelang de specifieke toepassing.

Resultaten van ruisvermindering (of demping) voor een breedbandstopfilter die gebruik maakt van de elektrische componenten die vermeld worden in Tabel 1, worden weergegeven in Tabel 2 hieronder. Er worden ruisverminderingen (in dB) opgelijst voor bepaalde frequentiewaarden in een bereik tussen 30 kHz en 99 kHz. De resultaten van Tabel 2 worden grafisch weergegeven in Figuur 5. TABEL 2 Lijst van ruisverminderingen (in dB) voor een breedbandstopfilter volgens de uitvinding in het frequentiebereik tussen 30 kHz en 99 kHz

De impedantiewaarden (in Ohm) in functie van de frequentie (in kHz) die worden geïnduceerd door en breedbandstopfilter, die gebruik maakt van de in Tabel 1 vermelde elektrische componenten, worden weergegeven in Tabel 3 hieronder. Er worden impedantiewaarden (in Ω) opgelijst voor bepaalde frequentiewaarden in een bereik tussen 1 kHz en 120 kHz. De resultaten van Tabel 3 worden grafisch weergegeven in Figuur 6. TABEL 3 Lijst van impedantiewaarden (in Ω) voor een breedbandstopfilter volgens de uitvinding in het frequentiebereik tussen 1 kHz en 120 kHz

Hoewel het derde filterelement van deze uitvinding (330) tot hiertoe werd omschreven als bestaande uit twee seriële resonantiekringen, kan het nuttig zijn om meer dan twee seriële resonantiekringen te voorzien, elk afgestemd op een verschillende frequentie. Hoe breder de voorafbepaalde frequentieband, hoe meer seriële resonantiekringen nodig zullen zijn om een ruisvermindering van minstens 20 dB over de gehele voorafbepaalde frequentieband te bereiken.

Overigens kan de breedbandstopfilter volgens de uitvinding één of meerdere Varistoren (V1, of V1a, V1b, V1c) bevatten om één of meerdere condensatoren (C1 of C1a, C1b, C1c) van de eerste parallelle resonantiekring te beschermen, en kan die filter ook één of meerdere Varistoren (V2, of V2a, V2b, V2c) bevatten om één of meerdere condensatoren van de tweede parallelle resonantiekring (C2 of C2a, C2b, C2c) te beschermen.

Het gebruik van een breedbandstopfilter volgens de uitvinding op een laagspannings distributienet heeft het voordeel dat ruis wordt gedempt, bij voorkeur met minstens 20 dB over de gehele voorafbepaalde frequentieband. Bij voorkeur is deze frequentieband de Cenelec A band met frequenties tussen 9 kHz en 95 kHz. In een ander specifiek en soms verkiesbaar geval ligt de voorafbepaalde frequentieband tussen 35 kHz en 95 kHz.

Een breedbandstopfilter in een te verkiezen uitvoeringsvorm bezit de aanvullende eigenschap dat de spoelen gebruikt voor het eerste en tweede filterelement vervaardigd zijn uit een amorf magnetisch materiaal of staal met een hoog siliciumgehalte. Nog meer bij voorkeur wordt ervoor gekozen dat alle spoelen van de breedbandstopfilter van deze uitvinding gemaakt zijn uit een amorf magnetisch materiaal of staal met een hoog siliciumgehalte.

Om de eigenschappen van de breedbandstopfilter van deze uitvinding te verbeteren, moeten minstens de spoelen L1 en L2 vervaardigd zijn uit een amorf magnetisch materiaal, zoals amorf magnetisch staal of een amorfe magnetische legering. Ook staal met een hoog siliciumgehalte, dit is een gehalte van minstens 6 % en bij voorkeur minstens 6,5 % silicium, is een geschikt materiaal voor het maken van de spoelen. Spoelen uit amorf magnetisch materiaal of staal met een hoog siliciumgehalte combineren een laag elektrisch verlies (ze induceren weinig hitte) en een hoge saturatiewaarde voor de magnetische fluxdichtheid (bijv. tot meer dan 1 Tesla), zodat veeleisende toepassingen naar een hoger niveau getild kunnen worden dan met conventionele materialen, zoals ferromagnetisch materiaal of elektrisch staal. Ook is één van de eigenschappen van elektrisch staal met een hoog siliciumgehalte de zeer lage magnetostrictie. Spoelen uit staal met een hoog siliciumgehalte maken bijna geen geluid of brengen nauwelijks trillingen voort.

Minstens twee eigenschappen van de breedbandstopfilter van deze uitvinding kunnen worden verbeterd door voor de spoelen L1 en L2, of voor alle spoelen, een amorf magnetisch materiaal of staal met een hoog siliciumgehalte te gebruiken. De afmetingen van de breedbandstopfilter kunnen beperkter worden gehouden, dankzij het feit dat de elektrische componenten dichtbij elkaar kunnen worden geplaatst, omdat de spoelen weinig elektrisch verlies vertonen en dus weinig hitte opwekken. Bovendien is de breedbandstopfilter zelf een uiterst energie-efficiënte filter die minder dan 2 W verbruikt bij een stroomsterkte van 40 A. Kortom, de selectie van deze materialen voor het maken van spoelen, maakt een compact filterdesign mogelijk en verhoogt de energie-efficiëntie van de filter.

Een breedbandstopfilter in een te verkiezen uitvoeringsvorm bezit de aanvullende eigenschap dat de spoelen gebruikt voor het eerste en tweede filterelement vervaardigd zijn uit een amorf magnetisch materiaal of staal met een hoog siliciumgehalte. Bij voorkeur wordt zelfs gekozen om alle spoelen van de breedbandstopfilter van deze uitvinding te maken uit een amorf magnetisch materiaal of staal met een hoog siliciumgehalte. Deze breedbandstopfilter heeft als aanvullende eigenschap dat de afmetingen van de filter, bij voorkeur een afzonderlijk toestel met een beschermkap, kleiner zijn dan 0,175 m X 0,1 m X 0,075 m als lengte X breedte X hoogte. Deze breedbandstopfilter heeft als aanvullende eigenschap dat de filter een energie-efficiënte filter is met een stroomverbruik van minder dan 2 W bij een stroomsterkte van 40 A. Figuren 9A en 9B tonen een grafische weergave van een dergelijke breedbandstopfilter overeenkomstig de uitvinding. Figuur 9B toont een afzonderlijke breedbandstopfilter met een beschermkap en beperkte afmetingen, met name 0.158 m X 0.09 m X 0.065 m als lengte X breedte X hoogte. Een dergelijke filter van beperkte afmetingen is gemakkelijk te installeren op een din-rail of kan aan een muur worden gemonteerd. Zoals getoond in Figuur 9B, kunnen de terminals van de filter beschermd worden met een beschermkap die alleen technici met toestemming kunnen openen, om bedrog of diefstal te voorkomen.

De breedbandstopfilter volgens deze uitvinding heeft als aanvullende eigenschap dat de filter wordt geïnstalleerd tussen de zijde van de energieleverancier en de verbruikerszijde van een laagspannings distributienet, bij voorkeur tussen de slimme meter en de verbruikerszijde van het laagspannings distributienet. De verbruikerszijde van een laagspannings distributienet heeft dezelfde betekenis als een eindgebruikersnet. De zijde van de elektriciteitsleverancier is bij een laagspannings distributienet bijvoorbeeld een substation voor laagspanningsdistributie.

Idealiter wordt de filter net na de slimme meter gemonteerd en tussen de slimme meter en de verbruikerszijde van een laagspannings distributienet in geplaatst.

De filter kan ook net voor de slimme meter en tussen de elektriciteitsleverancierszijde en de slimme meter geplaatst worden, maar dit is minder verkieslijk.

De breedbandstopfilter kan extern of afzonderlijk geplaatst worden, zoals getoond in Figuren 9A en 9B, hetgeen te verkiezen valt, aangezien netstroom door de filter passeert. Eventueel kan de breedbandstopfilter ook geïntegreerd worden in een slimme meter.

De breedbandstopfilter wordt bij voorkeur na de kWh-meter of slimme meter van de consument geïnstalleerd. Figuur 10 is een grafische weergave van een automatisch meterafleessysteem (AMR) via PLC op een laagspannings distributienet (15). In die grafische weergave wordt slechts één consument getoond, maar in werkelijkheid zijn veel consumenten verbonden met één dataconcentrator (14).

De dataconcentrator (14) werkt als toegangspoort voor tweerichtingscommunicatie tussen de slimme meters aan de verbruikerszijde en het systeem voor het vergaren van meetgegevens (MDC) aan de zijde van de elektriciteitsdistributeur. De dataconcentrator (14) verzamelt en slaat meetgegevens op om ze ter beschikking te stellen van het MDC systeem.

De elektriciteitsdistributeur ontvangt leesbare informatie van elke gebruiker (10) vanaf de concentrator (14) via de laagspanningslijnen (15). Elke gebruiker (10) beschikt over een slimme meter (11) en heeft een breedbandstopfilter (12) die achter de slimme meter is geïnstalleerd. In deze uitvoeringsvorm beschermt de breedbandstopfilter van de huidige uitvinding de slimme meter tegen ruis en storingen door binnenhuise bronnen, bijvoorbeeld van bepaalde elektrische toestellen van de eindgebruiker (13).

In het algemeen kan de breedbandstopfilter van deze uitvinding gebruikt worden voor het dempen van ruis met minimum 20 dB over de gehele voorafbepaalde frequentieband van een laagspannings distributienet met minstens één actieve fase.

Bovendien beantwoorden de breedbandstopfilters van deze uitvinding aan de Cenelec en UL-vereisten, zijn ze conform met RoHs en REACH en kunnen ze wereldwijd gebruikt worden in laagspanningsnetten, onafhankelijk van de keuze van de modulatietechniek (bijv. OFDM, PSK of S-FSK).

Het vermogen van het PLC-signaal moet onder een bepaalde limiet liggen zodat elektromagnetische interferentie door emissies niet boven de reglementair toegestane niveaus ligt. Cenelec creëerde in Europa de EN-50065-1 standaard die de frequentiebanden, signaalniveaus en procedures bepaalt. Tabel 4 biedt een overzicht van de Europese Cenelec-frequentiebanden en hun gebruik. TABEL 4 Overzicht van de Europese Cenelec frequentiebanden en hun toegelaten gebruik.

UL (Underwriters Laboratories) is een veiligheidsconsultancy- en certificatiebedrijf. UL voorziet in veiligheidsgerelateerde certificaten, validaties, testen, inspecties, auditing, en advies aan een brede waaier van klanten, onder wie producenten, handelaars, beleidsmakers, regulatoren, dienstenbedrijven en consumenten. RoHS verwijst naar de Richtlijn 2002/95/EG betreffende beperking van het gebruik van bepaalde gevaarlijke stoffen. Deze richtlijn beperkt (met uitzonderingen) het gebruik van zes gevaarlijke materialen bij het vervaardigen van diverse types elektronisch en elektrisch materiaal. REACH is een verordening van de Europese Unie met als doel de menselijke gezondheid en het milieu te beschermen tegen de risico's die chemicaliën met zich mee kunnen brengen.

Volledigheidshalve moet worden aangestipt dat de elektrische componenten van de breedbandstopfilter die in deze tekst beschreven werden, geselecteerd of ontworpen zijn om een belastingsstroom tussen 25 A en 63 A te verdragen (bv. 25 A, 40 A of 63 A). Op vraag van de markt zou het filterbereik eenvoudig uitgebreid kunnen worden tot andere stroomsterktes, zoals 90 A of 120 A, door een andere selectie van aangepaste elektrische componenten. Bovendien kan een breedbandstopfilter gemakkelijk ontwikkeld worden om dezelfde uitmuntende prestaties te bieden, maar dan in een andere voorafbepaalde frequentieband, door selectie van elektrische componenten met andere waarden dan diegene die in dit document zijn beschreven (bijv. waarden vermeld in Tabel 1). Het stelt bijvoorbeeld geen problemen om een breedbandstopfilter te ontwikkelen voor andere frequentiebanden dan de Cenelec A frequentieband.

Claims (19)

CONCLUSIES

1. Een breedbandstopfilter (300) voor verbeterde elektrische lijn communicatie door het dempen van ruis op een laagspannings distrubutienet met minstens één actieve fase, waarbij de breedbandstopfilter voor iedere actieve fase een filtercomponent bevat, en waarbij elke filtercomponent bevat: - twee parallelle resonantiekringen die in serie verbonden zijn, met een lage impedantie bij netfrequentie, waarbij deze twee parallelle resonantiekringen zo opgesteld zijn om in serie te verbinden met een actieve fase van het genoemde laagspannings distributienet, waarbij de twee parallelle resonantiekringen bevatten: een eerste parallelle resonantiekring bevattende een spoel (L1) en een condensator (C1), die een eerste filterelement (310) vormt, en een hoge impedantie heeft bij het begin van de voorafbepaalde frequentieband, en een tweede parallelle resonantiekring bevattende een spoel (L2) en een condensator (C2), die een tweede filterelement (320) vormt, en een hoge impedantie heeft bij het einde van de voorafbepaalde frequentieband, en - twee seriële resonantiekringen die parallel verbonden zijn, die een derde filterelement (330) vormen, met een hoge impedantie bij netfrequentie, waarbij deze twee seriële resonantiekringen zo opgesteld zijn dat ze parallel verbonden zijn over de genoemde actieve fase van het genoemde laagspannings distributienet, en waarbij deze bevatten: een eerste seriële resonantiekring bevattende een condensator (C3), een weerstand (R3), en een spoel (L3); en een tweede seriële resonantiekring bevattende een condensator (C4), een weerstand (R4), en een spoel (L4), of een eerste seriële resonantiekring bevattende een weerstand (R3) en een spoel (L3), en een tweede seriële resonantiekring bevattende een weerstand (R4) en een spoel (L4), waarin de weerstand (R3) en de spoel (L3) van de eerste seriële resonantiekring en de weerstand (R4) en de spoel (L4) van de tweede seriële resonantiekring verbonden zijn in serie met een condensator (C3).

2. Een breedbandstopfilter volgens conclusie 1, waarbij het laagspannings distributienet een éénfasig laagspannings distributienet is, waarbij de breedbandstopfilter één enkele filtercomponent bevat.

3. Een breedbandstopfilter volgens conclusie 1, waarbij het laagspannings distributienet een meerfasig laagspannings distributienet is, waarbij de breedbandstopfilter meerdere filtercomponenten bevat, en waarbij elke filtercomponent twee parallelle resonantiekringen bevat die verbonden zijn in serie met één van de actieve fases van het genoemde laagspannings distributienet, en twee seriële resonantiekringen bevat die parallel geschakeld zijn over de genoemde fase van het genoemde laagspannings distributienet.

4. Een breedbandstopfilter volgens één van de conclusies 1 tot 3, waarbij het genoemde laagspannings distributienet een neutrale lijn bevat, en waarbij elke filtercomponent twee seriële resonantiekringen bevat die parallel geschakeld zijn over een actieve fase van het laagspannings distributienet en de neutrale lijn.

5. Een breedbandstopfilter volgens conclusies 1, 3 of 4, waarbij het genoemde laagspannings distributienet een driefasig laagspannings distributienet is, waarbij de breedbandstopfilter 3 filtercomponenten bevat en waarbij elke filtercomponent bevat: - twee parallelle resonantiekringen verbonden in serie en bevattende een eerste parallelle resonantiekring bevattende een spoel (L1, L1b, L1c) en een condensator (C1a, C1b, C1c), die een eerste filterelement (310a, 310b, 310c) vormen, en een tweede parallelle resonantiekring bevattende een spoel (L2a, L2b, L2c) en een condensator (C2a, C2b, C2c), die een tweede filterelement (320a, 320b, 320c) vormen, en - twee seriële resonantiekringen die parallel geschakeld zijn, die een derde filterelement (330a, 330b, 330c) vormen, en bevatten: een eerste seriële resonantiekring bevattende een condensator (C3a, C3b, C3c), een weerstand (R3a, R3b, R3c), en een spoel (L3a, L3b, L3c); en een tweede seriële resonantiekring bevattende een condensator (C4a, C4b, C4c), een weerstand (R4a, R4b, R4c), en een spoel (L4a, L4b, L4c), of een eerste seriële resonantiekring bevattende een weerstand (R3a, R3b, R3c) en een spoel (L3a, L3b, L3c), en een tweede seriële resonantiekring bevattende een weerstand (R4a, R4b, R4c) en een spoel (L4a, L4b, L4c), waarin een weerstand (R3a, R3b, R3c) en een spoel (L3a, L3b, L3c) van de eerste seriële resonantiekring en een weerstand (R4a, R4b, R4c) en een spoel (L4a, L4b, L4c) van de tweede seriële resonantiekring in serie verbonden zijn met een condensator (C3a, C3b, C3c).

6. Een breedbandstopfilter volgens één van de conclusies 1 tot 5, waarin de eerste parallelle resonantiekring een condensator (C1 of C1a, C1b, C1c), een weerstand (R1 of R1a, R1b, R1c) en een spoel (L1 of L1a, L1b, L1c) bevat, die het eerste filterelement (310 of 310a, 310b, 310c) vormt.

7. Een breedbandstopfilter volgens één van de conclusies 1 tot 5, waarin de tweede parallelle resonantiekring een condensator (C2 of C2a, C2b, C2c), een weerstand (R2 of R2a, R2b, R2c) en een spoel (L2 of L2a, L2b, L2c) bevat, die het tweede filterelement (320 of 320a, 320b, 320c) vormt.

8. Een breedbandstopfilter volgens één van de conclusies 1 tot 7, waarin de twee seriële resonantiekringen die in parallel geschakeld zijn een derde filterelement vormen (330 of 330a, 330b, 330c), waarbij een eerste seriële resonantiekring een weerstand (R3 of R3a, R3b, R3c) en een spoel (L3 of L3a, L3b, L3c) bevat, en een tweede seriële resonantiekring een weerstand (R4 of R4a, R4b, R4c) en een spoel (L4 of L4a, L4b, L4c) bevat, en waarbij een weerstand (R3 of R3a, R3b, R3c) en een spoel (L3 of L3a, L3b, L3c) van de eerste seriële resonantiekring en een weerstand (R4 of R4a, R4b, R4c) en een spoel (L4 of L4a, L4b, L4c) van de tweede seriële resonantiekring in serie verbonden zijn met een condensator (C3 of C3a, C3b, C3c).

9. Een breedbandstopfilter volgens één van de conclusies 1 tot 8, die twee of meer seriële resonantiekringen bevat die parallel geschakeld zijn.

10. Een breedbandstopfilter volgens één van de conclusies 1 tot 9, die één of meerdere Varistoren (V1, of V1a, V1b, V1c) bevat om één of meerdere condensatoren (C1 of C1a, C1b, C1c) van de eerste parallelle resonantiekring te beschermen, en die één of meerdere Varistoren (V2, of V2a, V2b, V2c) bevat om één of meerdere condensatoren van de tweede parallelle resonantiekring (C2 of C2a, C2b, C2c) te beschermen.

11. Een breedbandstopfilter volgens één van de conclusies 1 tot 10, voor verbeterde elektrische lijncommunicatie door het dempen van ruis met minimum 20 dB over de gehele voorafbepaalde frequentieband op een laagspannings distributienet met minstens één actieve fase.

12. Een breedbandstopfilter volgens één van de conclusies 1 tot 11, waarbij de voorafbepaalde frequentieband overeenstemt met de Cenelec A frequentieband, die de frequentieband is tussen 9 kHz en 95 kHz.

13. Een breedbandstopfilter volgens één van de conclusies 1 tot 12, waarbij de spoelen gebruikt voor het eerste en tweede filterelement vervaardigd zijn uit een amorf magnetisch materiaal of staal met een hoog siliciumgehalte.

14. Een breedbandstopfilter volgens één van de conclusies 1 tot 13, waarbij alle genoemde spoelen vervaardigd zijn uit een amorf magnetisch materiaal of staal met een hoog siliciumgehalte.

15. Een breedbandstopfilter volgens één van de conclusies 13 of 14, waarbij de afmetingen van de filter, bij voorkeur een afzonderlijk toestel, kleiner zijn dan 0,175 m X 0,1 m X 0,075 m als lengte X breedte X hoogte.

16. Een breedbandstopfilter volgens één van de conclusies 13 tot 15, waarbij de filter een energie-efficiënte filter is met een stroomverbruik van minder dan 2 W bij een stroomsterkte van 40 A.

17. Een breedbandstopfilter volgens één van de conclusies 1 tot 16, waarbij de filter wordt geïnstalleerd tussen de zijde van de energieleverancier en de verbruikerszijde van een laagspannings distributienet, bij voorkeur tussen de slimme meter en de verbruikerszijde van een laagspannings distributienet.

18. Een slimme meter met een breedbandstopfilter volgens één van de conclusies 1 tot 17.

19. Gebruik van een breedbandstopfilter volgens één van de conclusies 1 tot 17 voor het dempen van ruis met minimum 20 dB over een gehele voorafbepaalde frequentieband op een laagspannings distributienet met minstens één actieve fase.