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Schaltungsanordnung zur Übertragung von Signalen, z. B. Schaltbefehlen, mit Hilfe von Hochfrequenzimpulsen auf störbeeinflussten Leitungen, insbesondere Hochspannungsleitungen Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Übertragung von Signalen, z. B. Schaltbefehlen, mit Hilfe von Hochfrequenzimpulsen auf störbeeinflussten Leitungen, insbesondere Hochspannungsleitungen.
Schaltungsanordnungen zur übertragung von Schaltbefehlen über Hochspannungsleitungen. werden beispielsweise zur Auslösung von Schaltern an einem fernen Ort benötigt. Hierbei besteht die Aufgabe, den Schaltbefehl in verhältnismässig kurzer Zeit, d. h. in einer Zeit, die beispielsweise maximal 35 ms betragen darf, zu übertragen. Dabei muss die Übertragung mit grösstmöglicher Sicherheit erfolgen, wobei im besonderen darauf zu achten ist, dass nicht Schaltbefehle durch Störeinflüsse vorgetäuscht werden können.
Die genannte Aufgabe, Schaltbefehle sehr rasch zu übertragen, besteht u. a. bei Kraftwerken mit grossen Maschineneinheiten, bei denen die Generatorspannung durch einen mit dem Generator starr verbundenen Aufspanntransformator auf 100 bis 200 kV, in letzter Zeit auch auf 380 kV, heraufgesetzt wird. Der Aufspanntransformator steht hierbei unmittelbar am Kraftwerk, damit für die grossen unterspannungsseitigen Ströme nur möglichst kurze Verbindungen zwischen dem Generator und dem Transformator notwendig sind. Oberspannungsseitig wird dann der Transformator über einen Schalter an eine Hochspannungssammelschiene angeschlossen.
Liegt nun bereits in der Umgebung des Kraftwerkes eine Schalt- oder Umspannstation der gleichen Spannung, so wird im Regelfall über eine entsprechende Zuleitung auf die Sammelschiene dieser Station eingespeist. An dieser Stelle ist dann ein weiterer Schalter Nötig, der nur mit dem Schalter im Kraftwerk in Reihe liegt. Der am Kraftwerk befindliche Schalter kann dann eingespart werden, sofern die Übertragung des Schaltbefehls an den Schalter in der Umspannsta- tion rasch und sicher erfolgt.
Bei der Neuerrichtung von Hochspannungsschaltanlagen werden vielfach die Schalter in grösserem Abstand vom Kraftwerk aufgestellt. Zum einen ist in der Nähe des Kraftwerkes oft kein Platz für eine Schaltanlage, zum anderen müssen beispielsweise bei - Dampfkraftwerken die Schalter mit Rücksicht auf die Verschmutzungsgefahr in einiger Entfernung aufgestellt werden.
In beiden Fällen müssen die Schaltbefehle vom Kraftwerk an die Schalter gegeben werden. Auch in diesen Fällen muss eine Fehlauslösung mit Rücksicht auf die angeschlossenen Verbraucher vermieden werden.
Bei der Übertragung von Schaltbefehlen mit Hilfe von Trägerfrequenz über Hochspannungsleitungen ist zu berücksichtigen, dass auf diesen Leitungen verhältnismässig viel Störungen auftreten, die durch Korona, besonders stark jedoch durch Blitzschläge, Kurzschlüsse sowie Schalthandlungen im Verbundnetz hervorgerufen werden. So führt beispielsweise jede Betätigung eines Leistungsschalters zu einer dichten Folge von Spannungsstössen sehr hoher Amplitude, die auf Grund ihrer steilen Flanke ein sehr breites Frequenzspektrum einnehmen. Da die übertragung der Schaltbefehle mit Trägerfrequenz, z. B. auch Tonfrequenz, erfolgt, können die in dem für den Schaltbefehl benutzten Frequenzbereich liegenden Frequenzen der Störspannungen zu einer falschen Auswertung führen.
An eine Schaltungsanoranung zur Übertragung von Schaltbefehlen auf Hochspannungsleitungen ist also die Forderung zu stellen, dass
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Störspannungen weitgehend unwirksam gemacht werden müssen. Ausserdem ist dafür Sorge zu tragen, dass Schaltbefehle nicht durch Störspannungen vorgetäuscht werden können, bzw. tatsächlich gegebene Schaltbefehle unterdrückt werden, da ja Schaltbefehle, die beispielsweise einen Kurzschluss auf einer Leitung ausschalten sollen, schnellstens ausgeführt werden müssen.
Man könnte an sich daran denken, Schaltbefehle unter Verwendung eines sogenannten Sicherheitscodes zu übertragen. Derartige Sicherheitscodes sind aus der Fernschreibtechnik, insbesondere zur Übertragung von Fernschreibzeichen auf Funkstrecken, ganz allgemein bekannt. Sie ermöglichen beim Empfänger, festzustellen, ob ein empfangenes Codezeichen, das in diesem Fall einem Schaltbefehl entsprechen würde, richtig sein kann oder nicht.
Für die vorliegende Aufgabe jedoch ist ein derartiges übertragungsverfahren nicht geeignet, da die Übertragung einer Mehrzahl von Impulsen, wie sie zum Aufbau eines Sicherheitscodes notwendig sind, bei den gefor- derten hohen Übertragungsgeschwindigkeiten eine Erhöhung des Nachrichtenflusses bedeutet, was bei gegebener Bandbreite und Sendeleistung zu einer Vergrösserung des Störeinflusses, also der Fehlerhäufigkeit führen muss.
Im übrigen ist es bei dem Empfänger einer derartigen Schaltanlage ungenügend, wenn lediglich festgestellt werden kann, dass ein fehlerhafter Befehl vorliegt, da in diesem Fall erst eine Rückfrage ausgelöst werden müsste, was wiederum zu erheblichen Zeitverzögerungen führen würde, die aber beispielsweise in Kurzschlussfällen nicht zustande kommen dürfen.
Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung wird den geschilderten Anforderungen gerecht. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hochfrequenzimpulse unter Verwendung der Frequenzmodulation mit grossem Frequenzhub und im Vergleich zu der Signalbandbreite am Ausgang grösserer Bandbreite übertragen werden, und dass innerhalb des Empfängers zur Unterscheidung des Signals von Störungen Einrichtungen vorgesehen sind, die den Pegel des Signals und den Pegel der Störungen bewerten und miteinander vergleichen und die Auswertung eines Signals nur dann zulassen, wenn der Signalpegel über dem Störpegel liegt.
Bei der Schaltungsanordnung nach der Erfindung wird also zur Überwachung nicht nur der Pegel des Signals herangezogen, sondern es wird auch der Pegel der Störungen (Störpegel) von einer vom Signalpegel abhängigen Amplitudenregelung gesteuert und ebenfalls überwacht und bei übermässiger Annäherung dieses Pegels an den Signalpegel wird eine Auswertung verhindert, da in diesem Fall durch die Störungen ein Signal vorgetäuscht werden könnte.
Einzelheiten der Schaltungsanordnung nach der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.
Die Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild für eine gesamte Schnellschaltübertragungsanlage und die Fig. 2 einen Stromlaufplan für die Überwachungseinrichtung innerhalb des Senders und des Empfängers.
In der Fig. 1 ist im linken Teil der Sender und im rechten Teil der Empfänger einer Übertragungsanlage wiedergegeben. Der Sender enthält Schaltglieder zur unabhängigen Übertragung zweier Signale S1 und S2 über eine Hochspannungsleitung 2 unter Verwendung gemeinsamer Überwachungseinrichtungen. Für die Belange der Erfindung bzw. für die Erläuterung der Wirkung ist an sich lediglich die Übertragung eines einzigen Signals, z. B. des Signals S2, von Bedeutung. Wie bereits erwähnt, ist als Übertragungsleitung eine Hochspannungsleitung 2 vorgesehen, die jeweils durch die Hochfrequenzdrosseln 1 in einzelne übertragungsstrecken unterteilt ist.
Die Ankopplung an die Hochspannungsleitung erfolgt jeweils über die Ankopplungsglieder 3 in an sich bekannter Weise.
Das Auslösekriterium für den zu steuernden Leistungsschalter liefert eine Relaisapparatur (z. B. Generatorschutz) S1 bzw. S2. Der Relaisanker jedes Relais steuert mit seinem Umschaltkontakt den Umtastmodulator 9 innerhalb des Senders. Der Umtastmodulator ist bis auf einen kurzzeitigen Übergang immer nur für eine Frequenz der beiden angeschlossenen Hochfrequenzoszillatoren 10 und 11 durchlässig. Mit Rücksicht darauf, dass Impulsstörer unwirksam gemacht werden sollen, haben die beiden Hochfrequenzoszillatoren einen verhältnismässig grossen Frequenzabstand, d. h. der Hub der Frequenzumtastung ist gross.
Er kann beispielsweise 600 kHz betragen.
Das am Ausgang des Umtastmodulators 9 auftretende Signal wird von dem Vorfilter 8 in der Bandbreite entsprechend begrenzt und von den Sendeverstärkern 6 und 7 verstärkt. Das Hochfre- quenzsignal gelangt dann über das Sendefilter 4 mit einer entsprechenden Leistung, z. B. mit 10 W, über die Anklopplung 3 auf die Hochspannungsleitung.
Die von der Hochspannungsleitung über die Ankopplung 3 dem Empfänger zugeführten Hochfrequenzsignale werden wie in einem Einseitenband- Nachrichtensystem verarbeitet. Nach Durchlaufen des Filters werden sie einem Hochfrequenzregel- verstärker 15 zugeführt und unter Verwendung der vom Oszillator 16 abgeleiteten Frequenz mit Hilfe des Umsetzers 17 in eine Zwischenfrequenzlage versetzt. Mit Hilfe des Zwischenfrequenzfilters 18 wird das Frequenzband nochmals sehr scharf begrenzt, so dass auch weniger starke, jedoch dicht benachbarte Bänder (sowie das Spiegelband) ausgesiebt werden.
Die durch die Umsetzung und Siebung hervorgerufenen Pegelverluste werden mit dem Verstärker 19 wieder ausgeglichen. Die Zwischenfrequenz des Oszillators 20 wird dem Umsetzer 21 zugeführt. Am Ausgang dieses Umsetzers erscheinen dann niederfrequent die einzelnen Schaltbefehle.
Der Tiefpass 22 siebt wiederum das niederfrequente Frequenzband aus und der Verstärker 23 hebt den Pegel auf einen für die Auswertung brauch-
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baren Wert an. Hierbei wird der Pegel so gewählt, dass der dynamische Begrenzer 24 genügend durchgesteuert wird.
Unter einem dynamischen Begrenzer ist ein Be- grenzerglied zu verstehen, das sprunghafte Erhöhungen der Eingangsspannung, insbesondere durch grosse Impulsstörungen, sofort unterdrückt, stetigen Änderungen der Eingangsspannung aber dynamisch nachgibt. über den Hochpass 26 und den Tiefpass 27 wird das gesamte Empfangsband so aufgeteilt, dass nur die zwei zu einem Kanal gehörenden Frequenzen an die Signalempfänger 29 gelangen können.
Die eigentlichen Signalempfänger 29 bestehen in an sich bekannter Weise aus einem FM-Empfänger mit je einer Verstärkerstufe, einer trägheitslosen Amplitu- denbegrenzung für den ihnen zugeführten Frequenzbereich, einem auf die beiden Frequenzen abgestimmten Diskriminator und zwei stark handbegrenzenden Tiefpässen, über die die Auswerterelais 32 entsprechend gespeist werden.
Durch diese Zusammenfassung von Schaltteilen, die eine Begrenzung im breiten Band und eine Auswertung bei geringer Bandbreite ermöglichen, wird erreicht, dass Impulsstörer mit nicht zu grosser Impulsdichte, deren Amplituden wesentlich grösser als der Nutzpegel sein können, unwirksam werden. Ausserdem können Pegelsprünge des Signals in weiten Grenzen nicht wirksam werden.
Die beschriebene Schaltungsanordnung verhindert darüber hinaus Fehlauslösungen auf folgende Weise. Die der Überwachung dienenden Teile sind in der Darstellung ausgefüllt wiedergegeben. Die Sicherung gegen Fehlauslösungen besteht im wesentlichen darin, die Auslösemöglichkeit am Empfänger rechtzeitig zu verhindern. Dies muss dann geschehen, wenn die sichere Übertragung des Signals gefährdet erscheint. Die Überwachungseinrichtung muss deshalb nicht nur auf Fehler im Empfänger, sondern auch bei stark verschlechterten Übertragungseigenschaften der Leitung- sowie auch bei Fehlern im fernen Sender ansprechen.
Das Verfahren, die Befehle durch Frequenzum- tastung zu übertragen, erlaubt es, das Ausbleiben des Signalpegels sofort als Strömung zu bewerten. Dies wird innerhalb des Empfängers mit Hilfe des Signalpegelüberwachungsgliedes 31 erreicht, die über das Entkopplungsglied 25 angeschlossen ist. Dieses Signalpegelüberwachungsglied bewertet das ganze Übertragungsband. Mit Rücksicht darauf hat es eine verhältnismässig geringe Laufzeit, d. h. vor allen Dingen eine geringere Signallaufzeit als der eigentliche Signalempfänger 29. Wenn der Signalpegel plötzlich stark absinkt oder überhaupt keine Signalfrequenz vorhanden ist, spricht auf diese Störung sofort das Relais 34 an.
Von dem Signalpegelüberwachungsglied wird ausserdem die für die Pegelregelung notwendige Regelspannung für den Regelverstärker 15 abgeleitet. Mit Rücksicht darauf, dass die Regelspannung aber von dem im ganzen Übertragungsband aufgenommenen Pegel abgeleitet wird, sind besondere Vorkehrungen notwendig, um ein Anheben des Störpegels bei ausfallendem Signalpegel zumindest vorübergehend zu verhindern. Die Regelung für den Regelverstärker stellt sich bei zunehmendem Pegel verhältnismässig schnell ein. Bei Ausbleiben des Pegels geht sie jedoch voraussetzungsgemäss nur langsam auf eine grössere Empfindlichkeit zurück.
Dies hat zur Folge, dass der Störpegel, insbesondere die dauernd vorhandene Rauschspannung durch Korona, beim Ausbleiben des Signalpegels ebenfalls langsam ansteigt, so dass die Überwachung des Signalpegels vorerst von Störungen nicht beeinflusst wird und die Schaltungsanordnung rechtzeitig abschalten kann.
Zur Kontrolle des Störpegels innerhalb des Übertragungsbandes wird ein schmales Frequenzband zwischen den zur Übertragung verwendeten Frequenzen über das Filter 28 ausgesiebt und auf seine Amplitude überwacht. Der Störpegelempfänger 30 benötigt eine längere Zeit, um eine Änderung des Störpegels zu bewerten, da das Filter 28 jeweils erst einschwingen muss. Aus diesem Grund muss auch das Signalpegelüberwachungsglied 31 auf Ausfall des Signals sehr rasch reagieren, weil der eigentliche Signalempfänger 29, auf Grund seiner trägheitslosen Begrenzung, bei Ausfall des Signals sofort vollempfindlich für den Störpegel wird.
Eine Änderung des Störpegels, die bei Ausfall des Signals durch Hochregeln des Regelverstärkers nur langsam erfolgt, lässt aber dem Störpegelempfänger genügend Zeit, darauf zu reagieren, und zwar noch bevor das Signal- pegelüberwachungsglied den hochgeregelten Störpegel fälschlicherweise als Signalpegel bewerten könnte. Ohne dieses Zusammenwirken könnte ein rechtzeitiges und bleibendes Abschalten der Empfangsanlage unmöglich werden.
Die zuletzt angestellte Betrachtung bezieht sich auf den Fall, dass der dauernd vorhandene Störpegel im wesentlichen durch Korona hervorgerufen wird. Dieser ist an sich im Normalfall klein im Vergleich zum Signalpegel.
Impulsstörungen aber, .die bei Blitzschlägen, bei Kurzschlüssen sowie beim Schalten innerhalb der Hochspannungsanlage plötzlich mit grosser Amplitude auftreten, sind hingegen meistens von sehr kurzer Dauer und werden von dem Signalempfänger bevorzugt unterdrückt. An sich bestände die Gefahr, dass der Störpegelempfänger 30 derartige Störimpulse als Störungen bewerten könnte, doch wird dies durch den dynamischen Begrenzer 24 hinter dem niederfrequenten Verstärker 23 verhindert, da über diesen die Störimpulsspitzen nicht grösser werden können als der gerade anliegende Signalpegel.
Dies trifft auf alle Fälle dann zu, wenn die Störimpulse vereinzelt oder bei grosser Impulsdichte verhältnismässig kurzzeitig auftreten. Dauern hingegen die Störungen länger, was z. B. beim Schalten von Trennschaltern oder bei einem direkten Kurzschluss vorkommen kann, so wird diese Eigenschaft des dynamischen Begrenzers infolge der Verschiebung seiner Begrenzervorspannung langsam
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unwirksam. Bis zu diesem Zeitpunkt, bei der die Be- grenzervorspannung entsprechend verändert würde, kann aber der Störpegelempfänger 30 ansprechen, da er diese Störspannungen integriert.
Bei ordnungsgemässem Einsatz der Schaltungsanordnung nach der Erfindung werden aber die Übertragungsstrecken selten mehr als 50 km lang. In diesen Fällen dürfte der Signalpegel noch etwa so gross sein, wie die hinter dem Filter erscheinenden Störimpulse. Anhand der Fig.2 wird das Arbeiten der Überwachungseinrichtung noch kurz erläutert, das im wesentlichen darin besteht, dass die Ausführung eines Schaltbefehls nur dann möglich gemacht wird, wenn keine der im Empfänger und auch im Sender vorhandenen Überwachungseinrichtungen angesprochen hat. In der Zeichnung sind die Kontakte im Betriebszustand dargestellt.
Die Überwachung Ü 1 kontrolliert, ob genügend Signalpegel_ empfangen wird. Ü2 überwacht, ob der Störpegel einen festgelegten Pegelabstand gegenüber dem Signalpegel (Verhältnis von Signal zu Störspannung) einhält. Gleichzeitig werden in der Schaltungsanordnung mit Hilfe des Überwachungsrelais (l2 ebenso wie mit den Überwachungsrelais fI3 und Ü4. die Empfangsanlage selbst, also das Arbeiten der einzelnen Verstärkerröhren usw. überwacht. Die Funktion aller anderen in der Schaltungsanordnung notwendigen Schaltungsteile wird direkt oder indirekt durch die Signalpegelüberwachung ü1 mit kontrolliert.
Lediglich der Ausfall dar in der Regelbrücke verwendeten Röhre des Regelverstärkers 15 wird von der Störpegelüberwachung Ü2 mit erfasst, weil diese den im ungeregelten Zustand zu grossen Signalpegel trotz der Filterdämpfung als Störpegel bewertet. Der hierbei ebenfalls grössere Störpegel trägt mit zum Erkennen der Störung bei. Die eigentlichen Signalempfänger 29 werden von diesen übermässig grossen Signalen nicht gestört, da die ihnen zugeordneten Amplitudenbegrenzer für konstanten Pegel sorgen.
Sobald eine der genannten Überwachungen anspricht, wird der Stromkreis für die Auslöserelais ER1 bzw. ER2 sofort geöffnet, wie in der Fig. 2 gezeigt ist. Nach einer gewissen Verzögerungszeit wird das Empfangsalarmrelais Ae ausgelöst, welches anzeigt, dass über die Anlage kein Schaltbefehl mehr übertragen werden kann. Sobald die Störungen behoben sind, wird der richtige Zustand automatisch, vorzugsweise mit einer gewissen Verzögerung wiederhergestellt.
Innerhalb des Senders sind die überwachungs- glieder Ü5 und Ü'6 vorgesehen, die die Ausgangsspannungen der Sendeoszillatoren und die Signalgleichspannungen für die Modulatoren kontrollieren. Mit Hilfe der Überwachungseinrichtung Ü7 wird der Ausgangspegel des Sendeverstärkers kontrolliert. Hierdurch werden also indirekt alle Röhren, Quarze, Filter, Versorgungsspannungen usw. des Senders mit überwacht. Die Anzeige geschieht über das Sendealarmrelais As. Um die Anzeige eines Fehlers im Sender auch beim Empfänger zu ermöglichen, wird, sobald eine der Überwachungseinrichtungen anspricht, die End- röhre des Sendeverstärkers 7 (Fig. 1) gesperrt.
Hierdurch wird kein Signal mehr ausgesendet und der Empfänger wertet das Fehlen des Signals entsprechend aus.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Es können beispielsweise, wie erwähnt, über dieselbe Übertragungsleitung unter Verwendung gemeinsamer Überwachungsglieder auch zwei oder mehr Schaltbefehle parallel übertragen werden, sofern ein entsprechend breites Übertragungsband zur Verfügung steht. Ausserdem ist es im Rahmen der Erfindung ohne weiteres möglich, dass die mechanisch arbeitenden Schaltglieder, die jedoch für die Verwendung in Schaltwarten besonders geeignet sind, teilweise oder gemeinsam durch elektronische Schaltglieder ersetzt werden.
Für die Belange der Erfindung ist es ohne Bedeutung, wie die einzelnen Funktionsglieder realisiert werden, d. h. der Aufbau des Sendeverstärkers oder des Empfangsverstärkers sowie der verschiedenen Begrenzer usw. ist für die Arbeitsweise an sich ohne Bedeutung.
Abschliessend wird darauf hingewiesen, dass die vorgeschlagene Schaltungsanordnung mit den gleichen Vorteilen für jede beliebige Signalübertragung, bei der ein Schutz gegen Störungen erstrebt wird, verwendet werden kann. Eine Auswertung der übertra- genen Signale kann ebenso unterbunden werden, wie dies für die Übertragung von Schaltbefehlen über Hochspannungsleitungen anhand der Ausführungsbeispiele erläutert wurde.
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Circuit arrangement for the transmission of signals, e.g. B. switching commands, with the help of high-frequency pulses on lines affected by interference, especially high-voltage lines. The invention relates to a circuit arrangement for the transmission of signals, e.g. B. switching commands, with the help of high-frequency pulses on lines affected by interference, especially high-voltage lines.
Circuit arrangements for the transmission of switching commands via high-voltage lines. are needed, for example, to trip switches at a remote location. The task here is to send the switching command in a relatively short time, i. H. in a time that may be a maximum of 35 ms, for example. The transmission must take place with the greatest possible security, whereby particular care must be taken that switching commands cannot be simulated by interference.
The mentioned task of transmitting switching commands very quickly consists u. a. in power plants with large machine units, in which the generator voltage is increased to 100 to 200 kV, and recently also to 380 kV, by a step-up transformer rigidly connected to the generator. The step-up transformer is located directly at the power plant so that only the shortest possible connections between the generator and the transformer are necessary for the large currents on the low voltage side. On the high-voltage side, the transformer is then connected to a high-voltage busbar via a switch.
If there is already a switching or transformer station with the same voltage in the vicinity of the power plant, then as a rule, a corresponding feed line is used to feed this station's busbar. At this point, another switch is required, which is only in series with the switch in the power plant. The switch at the power plant can then be saved, provided that the switching command is transmitted quickly and safely to the switch in the transformer station.
When installing new high-voltage switchgear, the switches are often set up at a greater distance from the power plant. On the one hand, there is often no space for a switchgear in the vicinity of the power plant, on the other hand, in the case of steam power plants, for example, the switches must be set up some distance away, taking into account the risk of contamination.
In both cases, the switching commands from the power plant must be given to the switches. In these cases, too, false tripping must be avoided with consideration for the connected consumers.
When transmitting switching commands with the aid of carrier frequency over high-voltage lines, it must be taken into account that a relatively large amount of interference occurs on these lines, which is caused by corona, but particularly by lightning strikes, short circuits and switching operations in the interconnected network. For example, every actuation of a circuit breaker leads to a dense sequence of voltage surges of very high amplitude which, due to their steep edge, occupy a very broad frequency spectrum. Since the transmission of the switching commands with carrier frequency, z. B. audio frequency occurs, the frequencies of the interference voltages in the frequency range used for the switching command can lead to an incorrect evaluation.
A circuit arrangement for the transmission of switching commands on high-voltage lines must therefore be such that
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Interference voltages must be made largely ineffective. In addition, it must be ensured that switching commands cannot be simulated by interference voltages or that switching commands that are actually given are suppressed, since switching commands that are supposed to switch off a short circuit on a line, for example, have to be executed as quickly as possible.
One could think of transmitting switching commands using a so-called security code. Such security codes are generally known from telex technology, in particular for the transmission of telex characters on radio links. They enable the recipient to determine whether a received code character, which in this case would correspond to a switching command, can be correct or not.
For the present task, however, such a transmission method is not suitable, since the transmission of a plurality of pulses, as they are necessary for building a security code, means an increase in the message flow at the required high transmission speeds, which for a given bandwidth and transmission power to one Increase in the interference, i.e. the frequency of errors must lead.
In addition, it is insufficient for the receiver of such a switchgear if it can only be determined that an incorrect command is present, since in this case a query would first have to be triggered, which in turn would lead to considerable time delays, which, however, would not occur in the event of a short circuit, for example are allowed to come.
The circuit arrangement according to the invention meets the requirements outlined. It is characterized in that the high-frequency pulses are transmitted using frequency modulation with a large frequency deviation and, compared to the signal bandwidth at the output, a larger bandwidth, and that devices are provided within the receiver to distinguish the signal from interference that control the level of the signal and the Evaluate and compare the level of interference and only allow the evaluation of a signal if the signal level is above the interference level.
In the circuit arrangement according to the invention, not only the level of the signal is used for monitoring, but also the level of the interference (interference level) is controlled and also monitored by an amplitude control that is dependent on the signal level, and if this level approaches the signal level too much, a Evaluation prevented, as in this case a signal could be simulated by the interference.
Details of the circuit arrangement according to the invention are explained with reference to an embodiment shown in the drawing.
FIG. 1 shows a block diagram for an entire high-speed transmission system, and FIG. 2 shows a circuit diagram for the monitoring device within the transmitter and the receiver.
In Fig. 1, the transmitter is shown in the left part and the receiver of a transmission system in the right part. The transmitter contains switching elements for the independent transmission of two signals S1 and S2 via a high-voltage line 2 using common monitoring devices. For the purposes of the invention or to explain the effect, only the transmission of a single signal, eg. B. the signal S2, of importance. As already mentioned, a high-voltage line 2 is provided as the transmission line, which is divided into individual transmission paths by the high-frequency chokes 1.
The coupling to the high-voltage line takes place via the coupling members 3 in a manner known per se.
The triggering criterion for the circuit breaker to be controlled is provided by a relay device (e.g. generator protection) S1 or S2. The relay armature of each relay controls the shift modulator 9 within the transmitter with its changeover contact. The shift modulator is only permeable to one frequency of the two connected high-frequency oscillators 10 and 11 apart from a brief transition. In view of the fact that impulse interferers are to be made ineffective, the two high-frequency oscillators have a relatively large frequency spacing, i. H. the frequency shift keying is large.
It can be 600 kHz, for example.
The signal appearing at the output of the shift modulator 9 is correspondingly limited in bandwidth by the prefilter 8 and amplified by the transmission amplifiers 6 and 7. The high-frequency signal then passes through the transmission filter 4 with a corresponding power, e.g. B. with 10 W, via the coupling 3 on the high voltage line.
The high-frequency signals fed from the high-voltage line to the receiver via the coupling 3 are processed as in a single sideband communication system. After passing through the filter, they are fed to a high-frequency control amplifier 15 and, using the frequency derived from the oscillator 16, are set to an intermediate frequency position with the aid of the converter 17. With the aid of the intermediate frequency filter 18, the frequency band is again very sharply delimited, so that less strong but closely adjacent bands (and the mirror band) are also screened out.
The level losses caused by the conversion and filtering are compensated for again by the amplifier 19. The intermediate frequency of the oscillator 20 is fed to the converter 21. The individual switching commands then appear at the output of this converter.
The low-pass filter 22 in turn sifts out the low-frequency frequency band and the amplifier 23 raises the level to a level needed for the evaluation.
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real value. Here, the level is selected so that the dynamic limiter 24 is controlled sufficiently.
A dynamic limiter is to be understood as a limiter element which immediately suppresses sudden increases in the input voltage, in particular due to large impulse disturbances, but dynamically gives way to constant changes in the input voltage. The entire reception band is divided up via the high-pass filter 26 and the low-pass filter 27 in such a way that only the two frequencies belonging to a channel can reach the signal receiver 29.
The actual signal receivers 29 consist in a manner known per se of an FM receiver each with an amplifier stage, an inertia-free amplitude limit for the frequency range fed to them, a discriminator tailored to the two frequencies and two strongly hand-limiting low-pass filters via which the evaluation relays 32 accordingly be fed.
This combination of switching parts, which allow a limitation in the broad band and an evaluation with a low bandwidth, is achieved that impulse interferers with not too high impulse density, the amplitudes of which can be significantly greater than the useful level, become ineffective. In addition, level jumps in the signal cannot be effective within wide limits.
The circuit arrangement described also prevents false tripping in the following way. The parts used for monitoring are shown in full in the illustration. The protection against accidental triggering consists essentially in preventing the triggering possibility at the receiver in good time. This must happen when the safe transmission of the signal appears to be at risk. The monitoring device must therefore respond not only to errors in the receiver, but also to severely impaired transmission properties of the line and also to errors in the remote transmitter.
The process of transmitting the commands by frequency shift keying allows the absence of the signal level to be assessed immediately as a flow. This is achieved within the receiver with the aid of the signal level monitoring element 31, which is connected via the decoupling element 25. This signal level monitoring element evaluates the entire transmission band. With this in mind, it has a relatively short term, i.e. H. above all a shorter signal transit time than the actual signal receiver 29. If the signal level suddenly drops sharply or there is no signal frequency at all, the relay 34 responds immediately to this disturbance.
The control voltage for the control amplifier 15 required for level control is also derived from the signal level monitoring element. In view of the fact that the control voltage is derived from the level recorded in the entire transmission band, special precautions are necessary to at least temporarily prevent an increase in the interference level when the signal level fails. The regulation for the control amplifier occurs relatively quickly as the level increases. If the level is not reached, however, it only slowly goes back to greater sensitivity, as required.
The consequence of this is that the interference level, in particular the continuously present noise voltage from corona, also increases slowly when the signal level is absent, so that the monitoring of the signal level is initially not influenced by interference and the circuit arrangement can switch off in good time.
To control the interference level within the transmission band, a narrow frequency band between the frequencies used for transmission is screened out via the filter 28 and its amplitude is monitored. The interference level receiver 30 needs a longer time to evaluate a change in the interference level, since the filter 28 must first settle in each case. For this reason, the signal level monitoring element 31 must also react very quickly to failure of the signal, because the actual signal receiver 29, due to its inertia-free limitation, immediately becomes fully sensitive to the interference level when the signal fails.
A change in the interference level, which occurs only slowly when the signal fails by increasing the control amplifier, allows the interference level receiver enough time to react to it, even before the signal level monitoring element could incorrectly evaluate the increased interference level as a signal level. Without this interaction, a timely and permanent shutdown of the receiving system could be impossible.
The last consideration made relates to the case that the permanently present interference level is essentially caused by corona. This is normally small compared to the signal level.
Impulse interference, however, which suddenly occurs with a large amplitude in the event of lightning strikes, short circuits and when switching within the high-voltage system, are, however, mostly of a very short duration and are preferably suppressed by the signal receiver. As such, there would be the risk that the interference level receiver 30 could evaluate such interference pulses as interference, but this is prevented by the dynamic limiter 24 behind the low-frequency amplifier 23, since the interference pulse peaks cannot be greater than the signal level currently present.
This applies in all cases when the interference pulses occur sporadically or relatively briefly in the case of a high pulse density. On the other hand, if the disturbances last longer, B. can occur when switching disconnectors or in the event of a direct short circuit, this property of the dynamic limiter becomes slow as a result of the shift in its limiter bias
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ineffective. Up to this point in time, at which the limiter bias would be changed accordingly, the interference level receiver 30 can respond, since it integrates these interference voltages.
When the circuit arrangement according to the invention is used properly, however, the transmission links are seldom more than 50 km long. In these cases the signal level should still be about as high as the interference pulses appearing behind the filter. The operation of the monitoring device is briefly explained on the basis of FIG. 2, which essentially consists in the execution of a switching command only being made possible if none of the monitoring devices present in the receiver and also in the transmitter have responded. In the drawing, the contacts are shown in the operating state.
Monitoring Ü 1 checks whether sufficient signal level is received. Ü2 monitors whether the interference level maintains a specified level difference compared to the signal level (ratio of signal to interference voltage). At the same time, the reception system itself, i.e. the functioning of the individual amplifier tubes, etc. is monitored in the circuit arrangement with the aid of the monitoring relay (l2 as well as with the monitoring relays fI3 and Ü4. The function of all other circuit parts necessary in the circuit arrangement is directly or indirectly monitored by the signal level monitoring ü1 with controlled.
Only the failure of the tube of the control amplifier 15 used in the control bridge is also detected by the interference level monitor Ü2, because it evaluates the signal level, which is too high in the unregulated state, as an interference level despite the filter attenuation. The interference level, which is also greater here, contributes to the detection of the interference. The actual signal receivers 29 are not disturbed by these excessively large signals, since the amplitude limiters assigned to them ensure a constant level.
As soon as one of the above-mentioned monitoring functions responds, the circuit for the trip relay ER1 or ER2 is opened immediately, as shown in FIG. After a certain delay time, the receiving alarm relay Ae is triggered, which indicates that no more switching commands can be transmitted via the system. As soon as the faults have been rectified, the correct state is restored automatically, preferably with a certain delay.
The monitoring elements Ü5 and Ü'6 are provided inside the transmitter and control the output voltages of the transmitter oscillators and the DC signal voltages for the modulators. The output level of the transmitter amplifier is checked with the aid of the monitoring device U7. In this way, all tubes, crystals, filters, supply voltages etc. of the transmitter are also monitored indirectly. The display takes place via the send alarm relay As. In order to enable an error to be displayed in the transmitter at the receiver as well, the output tube of the transmitter amplifier 7 (FIG. 1) is blocked as soon as one of the monitoring devices responds.
As a result, no more signal is sent and the receiver evaluates the lack of the signal accordingly.
The invention is not restricted to the exemplary embodiment described. For example, as mentioned, two or more switching commands can also be transmitted in parallel via the same transmission line using common monitoring elements, provided a correspondingly wide transmission band is available. In addition, within the scope of the invention it is easily possible for the mechanically operating switching elements, which are, however, particularly suitable for use in control rooms, to be partially or jointly replaced by electronic switching elements.
For the purposes of the invention, it is of no importance how the individual functional elements are implemented; H. the structure of the transmitter amplifier or the receiver amplifier and the various limiters etc. is of no importance for the method of operation.
Finally, it should be noted that the proposed circuit arrangement can be used with the same advantages for any signal transmission in which protection against interference is sought. An evaluation of the transmitted signals can also be prevented, as was explained for the transmission of switching commands via high-voltage lines with reference to the exemplary embodiments.