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PATENTANSPRÜCHE
1. Einrichtung zur Kompensation von Netzimpedanzen für ein System zur Übertragung von Signalen im Tonfrequenz Bereich 100 Hz - 25 kHz über Leitungen der elektrischen Energieversorgung mittels eines in Bezug auf die Tonfrequenz verstimmten Parallel-Resonanzkreises, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Kompensationskreis auf der Unterspannungsseite eines in die Netzleistung (2, 6) zwischen Sender (7, 10) und Empfänger (8, 11) eingeschlauften Wandlers angeordnet ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Kompensationskreis enthaltende Kompensationskreis-Ankopplung (9) aus einer Drossel (13) mit einer Sekundärwicklung (15) und einem dazu parallel geschalteten Kondensator (14) besteht.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Kompensationskreis enthaltende Kompensationskreis-Ankopplung (9) einen Stromwandler (16) mit geschlossenem Eisenkern enthält, zu dessen Sekundärwicklung (18) ein auf die Netzfrequenz abgestimmter Serienresonanzkreis aus einer Spule (19) und einem Kondensator (20) sowie ein Kompensationskondensator (14a) für die Tonfrequenz parallel geschaltet sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensationskreis die Sekundärwicklung (15, 18) auf einem den höherspannungsseitigen Netzleiter (21) umschliessenden Eisenkern (22) und den zu dieser Sekundärwicklung (15, 18) parallelgeschalteten Kondensator (14a, 16) enthält.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Eisenkern (22) aus zwei Teilen besteht.
6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensationskreis bei induktiver Impedanz der Netzleitung (2, 6) und/oder eines Mittelspannungs/Niederspan- nungs-Transformators (5) in Bezug auf die Signalfrequenz kapazitiv verstimmt ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensationskreis bei Verwendung mehrerer Signalfrequenzen derart abgestimmt ist, dass er in Bezug auf die Frequenz des schwächeren Signals vollständig kompensiert ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensationskreis in der gleichen Netzebene wie der Sender (7 oder 10) angeordnet ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensationskreis in der gleichen Netzebene wie der Empfänger (8 oder 11) angeordnet ist.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensationskreis unmittelbar in der Nähe des Empfängers (8 oder 11) für das schwächere Signal angeordnet ist.
11. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehrphasigen Transformatoren (23) mit herausgeführtem Mittelpunktsleiter (23c) oder bei einphasigen Transformatoren (24) mit herausgeführten Mittelpunktsleiter (24c) eine einzige Kompensations-Ankopplung (9) zwischen dem Mittelpunktsabgriff und Erde angeordnet ist.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Kompensation von Netzimpedanzen für ein System zur Übertragung von Signalen im Tonfrequenz-Bereich über Leitungen der elektrischen Energieversorgung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Unter der Bezeichnung Tonfrequenz-Bereich soll im folgenden ein Frequenzbereich von 100 Hz bis 25 kHz verstanden werden.
Es ist bekannt, dass in Netzen der Wechselstrom-Energieverrsorgung, insbesondere am Ende längerer Stichleitungen, hohe induktive Spannungsabfälle für diesen Leitungen überlagerte Rundsteuer-Tonfrequenzsignale auftreten können (CH-PS 234 894). Es kann auch je nach der Distanz zwischen Tonfrequenz-Sender und Empfänger und der verwendeten Tonfrequenz zu Signal-Spannungs-Überhöhungen durch Resonanzerscheinungen wegen der Netzkapazität oder Kompensationskondensatoren kommen, besonders bei höheren Tonfrequenzen.
Insbesondere wirken sich auch die Streuinduktivitäten der Mittel/Niederspannungs-Transformatoren oder der Mittelspannungs/Mittelspannungs-Zwischentransformatoren negativ auf die Ausbreitung der Tonfrequenz-Signale aus. Diese Erscheinung hat besondere Bedeutung, wenn Signale mit höherer Tonfrequenz von einer Netzebene zur anderen übertragen werden sollen.
Die CH-PS 234 894 beschreibt Parallel-Resonanzkreise, die in oberspannungsseitigen Netzleitungen angeordnet sind und welche solchen Tonfrequenz-Spannungsabfällen entgegenwirken sollen. Bei diesen kann entweder der Resonanzwiderstand bei konstanter Resonanzfrequenz oder die Resonanzfrequenz bei konstantem Resonanzwiderstand den Netzverhältnissen angepasst und dadurch eine Kompensation erreicht werden. Wenn die Resonanzfrequenz kleiner als die Tonfrequenz eingestellt wird, wirkt der Parallel-Resonanzkreis in Bezug auf diese kapazitiv und kompensiert einen unerwünscht grossen induktiven Spannungsabfall.
Solche Kompensationskreise bedingen Bauelemente, die für die hohen Netzspannungen isoliert werden müssen, so dass man insbesondere in der Wahl der Kondensatoren stark eingeschränkt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die unerwünschte Induktivität einer gegebenen Netzleitung und/oder die Streuinduktivität der Transformatoren auf einfache Art zu kompensieren, wobei eine optimale Bemessung der Bauelemente der Kompensationskreise, eine Vereinfachung der Isolationsprobleme und eine Erleichterung der Montage ermöglicht wird. Die Einrichtung soll auch zur Verbesserung der Signaleinspeiseverhältnisse benützt werden. Sie soll ferner für Signale in Form von Spannungen oder Strömen in tiefen oder hohen Tonfrequenzbereichen wirksam sein.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Die einzelnen Figuren der Zeichnung bedeuten:
Fig. 1 ein Schema eines Wechselstrom-Versorgungsnetzes mit Signalübertragung in Richtung des Energieflusses;
Fig. 2 ein Schema eines Wechselstrom-Versorgungsnetzes mit Signalübertragung in Richtung des Energieflusses;
Fig. 3 ein Schema eines Wechselstrom-Versorgungsnetzes mit Signalübertragung entgegen dem Energiefluss;
Fig. 4 ein Schema eines Wechselstrom-Versorgungsnetzes mit Signalübertragung entgegen dem Energiefluss;
Fig. 5 ein Schema einer Kompensationskreis-Ankopplung;
Fig. 6 ein Schema einer weiteren Kompensationskreis-Ankopplung;
Fig. 7 eine Kompensationskreis-Ankopplung;
Fig. 8 ein Schema für die Kompensation bei einem Transformator für drei Phasen und
Fig. 9 ein Schema für die Kompensation bei einem Transformator für eine Phase.
In den Fig. 1 und 2 ist ein Schema eines Wechselstrom Versorgungsnetzes dargestellt, bei welchem von den drei Phasen nur eine einzige gezeichnet ist. Bei den Netzen nach beiden Figuren 1 und 2 ist ein Hochspannungs/Mittelspannungs-Transformator 1 vorhanden, der die elektrische Energie in ein Mittelspannungsnetz 2 einspeist. Teilkapazitäten 3 des Mittelspannungsnetzes 2 sind in Form von Kondensatoren und eine Teilinduktivität 4 in Form einer Spule angedeutet. Das Mittelspannungsnetz 2 speist mittels Mittelspannungs/Niederspannungs Transformatoren 5 mehrere Niederspannungsnetze 6. Im Mit
telspannungsnetz 2 ist ein Sender 7 für Tonfrequenz vorgesehen, welcher ein Signal in das Mittelspannungsnetz 2 einspeist, von wo das Signal über die Mittelspannungs/Niederspannungs- Transformatoren 5 in das Niederspannungsnetz 6 übertragen wird. Mittels im Niederspannungsnetz 6 angeordneter Empfänger 8 wird das vom Sender 7 erzeugte und von dort in der Ener gieflussrichtung übertragene Signal ausgewertet, wie dies aus der Rundsteuertechnik bekannt ist.
Die Figuren 1 und 2 unterscheiden sich dadurch voneinander, dass bei der Fig. 1 eine Kompensationskreis-Ankopplung 9 im vom Sender 7 überlagerten Mittelspannungsnetz 2 vorwiegend zur Kompensation der Induktivität der Leitung und der Mittelspannungs/Niederspannungs-Transformatoren 5 angeordnet ist, während die Kompensationskreis-Ankopplung 9 in der Fig. 2 im Niederspannungsnetz 6 vorgesehen ist, wo sich die Empfänger 8 befinden. Die Konstruktion und die Wirkungsweise dieser Kompensationskreis-Ankopplung 9 wird später erläutert.
Die Struktur der Netze nach den Fig. 3 und 4 ist grundsätzlich gleich wie jene der Fig. 1 und 2. Es ist je ein vom nichtge- zeichneten Hochspannungsnetz gespeicherter Hochspannungs/ Mittelspannungs-Transformator 1, ein Mittelspannungsnetz 2 mit Teilkapazitäten 3 und einer Teilinduktivität 4, ein Mittelspannungs/Niederspannungs-Transformator 5 und ein Niederspannungsnetz 6 vorhanden. Bei der Einrichtung nach der Fig.
3 ist die Kompensationskreis-Ankopplung 9 auf der Leitung des Mittelspannungsnetzes 2 vorwiegend zur Kompensation seiner Induktivität angeordnet. In der Fig. 4 befindet sich die Kompensationskreis-Ankopplung 9 vorwiegend zur Kompensation der Induktivität des Mittelspannungs/Niederspannungs-Transformators 5 im Niederspannungsnetz 6.
Der grundsätzliche Unterschied zwischen den Einrichtungen nach den Figuren 1 und 2 resp. 3, 4 liegt darin, dass in den Fig.
3 und 4 Sender 10 im Niederspannungsnetz 6 angeordnet sind.
Ein Empfänger 11 ist mittels eines Isolier-Transformators 12 mit dem Mittelspannungsnetz 2 verbunden. Die Signalausbreitung erfolgt also bei diesen Bespielen entgegen dem Energiefluss.
Die Sender 10 und die Empfänger 11 sind vorzugsweise für eine höhere Tonfrequenz von 2 bis 25 kllz und für breitbandige Übertragung ausgelegt. Diese Auslegung ist vorgesehen für die Rückmeldung von Befehlsausführungsquittungen von vielen, vorzugsweise am gleichen Ort und im gleichen Gehäuse wie die Empfänger 9 für die Befehlsübertragung in der Energieübertragungsrichtung angeordneten Sendern 10 zu einem oder mehreren in der Nähe der Sender 7 untergebrachten Empfängern 11.
In gleicher Weise können auch Zählerstände von Energieverbrauchsmessern oder andere Informationen vom Niederspannungsnetz 6 oder Mittelspannungsnetz 2 zu einer im Mittelspannungsnetz 2 oder sogar im Hochspannungsnetz befindlichen Zentrale übertragen werden.
Nach dem Stand der Technik kann eine zwischen den Sendern 7, 10 und den Empfängern 8, 11 der Fig. 1 bis 4 angeordnete Kompensationsschaltung aus einem aus einer Drosselspule und einem Kondensator gebildeten Parallelschwingkreis bestehen. Dieser Schwingkreis ist zur Kompensation induktiver Impedanzen gegenüber der Steuerfrequenz auf eine tiefere Frequenz abgestimmt und verhält sich daher zu dieser Steuerfrequenz kapazitiv. Die Drosselspule ist normalerweise mit einem Eisenkern mit Luftspalt versehen.
Eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Kompensationskreis-Ankopplung 9 besteht nach der Fig. 5 darin, eine Drosselspule 13 als Wandler auszubilden, einen Kondensator 14 in Form eines Parallelresonanzkreises auf der Unterspannungsseite an eine Sekundärwicklung 15 anzuschliessen und diesen zur Kompensation entsprechend zu verstimmen. Man erhält auf diese Weise durch geeignete Wahl der Windungszahlen der Sekundärwicklung 15 volle Freiheit für die Auslegung des Kondensators 14. Zudem kann man unter Umständen diesen Kondensator 14 für eine geringere Spannungsfestigkeit gegenüber Masse bemessen als beim direkten Anschluss an die Leitung gemäss dem Stand der Technik.
Eine andere vorteilhafte Schaltung zur Kompensation gemäss der Erfindung besteht darin, die Ankopplung an die Leitung nach der Fig. 6 mit Hilfe eines passenden Stromwandlers 16 durchzuführen. Dieser Stromwandler 16 übernimmt die Iso- lation gegenüber der Spannung auf der angeschlossenen Leitung und gestattet durch geeignete Wahl der Windungszahlen seiner Primärwicklung 17 und Sekundärwicklung 18 eine optimale Auslegung des aus seiner Sekundärwicklung 18 und dem zu ihr parallel geschalteten Kondensator 14a bestehenden Parallelresonanzkreises. Der Stromwandler 16 hat in diesem Fall einen geschlossenen Eisenkern.
Der Sekundärkreis muss den Sekundärstrom mit der Netzfrequenz ohne grossen Spannungsabfall durchlassen, zu welchen Zwecke ein auf die Netzfrequenz abgestimmter, aus einer Spule 19 und einem Kondensator 20 bestehenden Serienresonanzkreis parallel zur Sekundärwicklung 15 des Stromwandlers geschaltet ist. Andererseits muss dieser Sekundärkreis ein für die Signalfrequenz kapazitives Verhalten aufweisen. Deshalb ist der Kompensationskondensator 14a entsprechend bemessen, so dass er die durch den auf die Netzfrequenz abgestimmten Serienresonanzkreis aus der Spule 19 und dem Kondensator 20 verstimmte Parallelschaltung mit der Sekundärwicklung 18 auf eine entsprechend tiefere Frequenz als die Signalfrequenz, jedoch bedeutend höhere Frequenz als die Netzfrequenz, abstimmt.
Andere Schaltungen mit mehreren Pol- und Nullstellen sind durch weitere parallelgeschaltete Resonanzkreise ebenfalls möglich.
Eine konstruktiv vorteilhafte Ausführungsform für die Kompensationskreis-Ankopplung 9 gemäss Fig. 5 ist in Fig. 7 dargestellt. Sie besteht aus einem einen Netzleiter 21 umfassenden zweiteiligen Eisenkern 22, der mit der Sekundärwicklung 15 auf einer oder jeder Kernhälfte versehen ist. Die Wicklungsenden sind mit dem Kondensator 14 als Parallelresonanzkreis zusammengeschaltet. In analoger Weise kann auch der Stromwandler 19 ausgebildet sein, wobei die Primärwicklung in die- sem Fall aus dem Netzleiter 21 besteht. Zur Sekundärwicklung 18 ist der Serienresonanzkreis aus der Spule 19 und dem Kondensator 20 sowie der Kompensationskondensator 14a parallel geschaltet.
Die Ausführungsform nach der Fig. 7 hat den Vorteil, dass die Kompensationskreis-Ankopplung 9 ohne Unterbrechung des Netzleiters 21 montiert werden kann. Dies ist besonders gün- stig, wenn der Netzleiter 21 aus dicken Kupferschienen am Niederspannungsausgang eines Mittelspannungs/Niederspannungs Transformators 5 besteht oder bei der Montage einer Kompensationskreis-Ankopplung 9 in einer Freileitung.
Die Grösse der Induktivität der Sekundärwicklung 15 und damit der Windungszahl der Drossel nach der Fig. 7 richtet sich nach der gemessenen stationären induktiven Grösse der Leitungsimpedanz des Netzleiters 21. Dabei ist es gleichgültig, ob der Kompensationskreis im Mittelspannungsnetz 2 gemäss Fig.
1 oder im Niederspannungsnetz 6 nach Fig. 2 vorgesehen ist.
Die Kapazität des Kondensators 14 wird so gewählt, dass die Resonanzfrequenz des Parallel-Resonanzkreises aus der Sekundärwicklung 15 und dem Kondensator 14 der Fig. 5 oder der Parallelschaltung der Sekundärwicklung 18 des Stromwandlers 16 mit dem Kompensationskondensator 14a und mit dem Serienresonanzkreis aus der Spule 19 und dem Kondensator 20 der Fig. 6 tiefer ist als die Steuerfrequenz. Daher weist die Kompensationskreis-Ankopplung 9 in Bezug auf die Steuerfrequenz eine kapazitive Impedanz auf, die die induktive Impedanz des betreffenden Leiters möglichst vollkommen kompen- siert.
Die Impedanz des Kompensationskreises kann auch umgekehrt bei extremen kapazitiven Werten des Netzes und zur Verbesserung der Einspeiseverhältnisse mit Tonfrequenz induktiv eingestellt werden.
Bei den Einrichtungen nach Fig. 3 und 4 ist für die Signal übertragung entgegen dem Energiefluss, insbesondere bei Verwendung hoher Signalfrequenzen, die Streuinduktivität der Mittelspannungs/Niederspannungs-Transformatoren 5 für Spannungsabfälle der Signalspannungen verantwortlich. Da die Signalspannungen schon von Haus aus niedriger sind als bei den Einrichtungen nach Fig. 1 und 2, sind diese Induktivitäten durch entsprechende kapazitiv wirkende Kompensationsglieder in Bezug auf die hohe Signalfrequenz möglichst vollständig zu kompensieren. Zu diesem Zweck wird die Kompensationskreis Ankopplung 9 wie in den vorhergehenden Beispielen abgestimmt.
Wenn eine Signalübergang in beiden Richtungen mittels verschiedener Signalfrequenzen vorgesehen ist, soll die Netzimpedanz in Bezug auf die Frequenz des schwächeren Tonfrequenz Signals vollständig kompensiert sein. Das bedeutet im Fall, dass für die Signalübertragung entgegen dem Energiefluss eine höhere Signalfrequenz verwendet wird, dass diese höhere Signalfrequenz aus den früher erwähnten Gründen für die Kompensation massgeblich ist. In diesem Fall empfiehlt es sich, die Kompensationskreis-Ankopplung 9 unmittelbar in der Nähe des Empfängers 11 für dieses schwächere Signal anzuordnen.
Für die tiefere Rundsteuerfrequenz dürfte diese Bemessung genügen, um grössere Spannungsabfälle der Rundsteuersignale zu vermeiden.
In der Fig. 8 ist ein mehrphasiger Mittelspannungs/Nieder- spannungs-Transformator 23 dargestellt, bei welchem das Mittelspannungsnetz 2 in Dreieck-Schaltung mit den Primärwicklungen 23a und das Niederspannungsnetz 6 in Stern-Schaltung mit herausgeführtem Mittelpunktsleiter 23c mit den Sekundärwicklungen 23b verbunden ist. In den Leitern des Niederspannungsnetzes 6 sind die Sender 7 zwischen den Mittelkpunktsleiter 23c und die Phasenleiter geschaltet.
In der Fig. 9 ist ein einphasiger Mittelspannungs/Niederspannungs-Transformator 24 mit herausgeführtem Mittelpunktsleiter 24c dargestellt, bei welchem ebenfalls die Sender 7 zwischen die Phasenleiter und den Mittelpunktsleiter 24c geschaltet sind. Die Primärwicklung 24a ist mit zwei Leitern des Mittelspannungsnetzes 2 und die Sekundärwicklung 24b mit zwei Leitungen des Niederspannungsnetzes 6 verbunden.
Bei beiden Ausführungsformen der Fig. 8 und 9 genügt es, zur Verbilligung der Einrichtung eine einzige Kompensationskreis-Ankopplung 9 im betreffenden Mittelpunktsleiter 23c, 24c zwischen dem Mittelpunktsabgriff und Erde anzuordnen.
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PATENT CLAIMS
1. Device for compensation of network impedances for a system for the transmission of signals in the audio frequency range 100 Hz - 25 kHz via lines of the electrical power supply by means of a parallel resonance circuit detuned in relation to the audio frequency, characterized in that this compensation circuit on the undervoltage side of an in the network power (2, 6) between the transmitter (7, 10) and the receiver (8, 11) looped converter is arranged.
2. Device according to claim 1, characterized in that a compensation circuit coupling (9) containing the compensation circuit consists of a choke (13) with a secondary winding (15) and a capacitor (14) connected in parallel therewith.
3. Device according to claim 1, characterized in that a compensation circuit coupling (9) containing the compensation circuit contains a current transformer (16) with a closed iron core, to the secondary winding (18) of which a series resonance circuit tuned to the mains frequency from a coil (19) and a capacitor (20) and a compensation capacitor (14a) for the audio frequency are connected in parallel.
4. Device according to claim 2 or 3, characterized in that the compensation circuit, the secondary winding (15, 18) on an iron core (22) enclosing the higher-voltage network conductor (21) and the capacitor (14a, parallel to this secondary winding (15, 18) 16) contains.
5. Device according to claim 4, characterized in that the iron core (22) consists of two parts.
6. Device according to claim 1, characterized in that the compensation circuit with inductive impedance of the power line (2, 6) and / or a medium-voltage / low-voltage transformer (5) is capacitively detuned with respect to the signal frequency.
7. Device according to claim 6, characterized in that the compensation circuit when using multiple signal frequencies is tuned such that it is fully compensated for the frequency of the weaker signal.
8. Device according to claim 1, characterized in that the compensation circuit is arranged in the same network level as the transmitter (7 or 10).
9. Device according to claim 1, characterized in that the compensation circuit is arranged in the same network level as the receiver (8 or 11).
10. The device according to claim 9, characterized in that the compensation circuit is arranged directly in the vicinity of the receiver (8 or 11) for the weaker signal.
11. The device according to claim 1, characterized in that a single compensation coupling (9) between the center tap and earth is arranged in multiphase transformers (23) with a lead-out conductor (23c) or in single-phase transformers (24) with a lead-out conductor (24c) is.
The invention relates to a device for compensating for network impedances for a system for the transmission of signals in the audio frequency range via lines of the electrical power supply according to the preamble of claim 1. Under the name audio frequency range, a frequency range from 100 Hz to 25 kHz can be understood.
It is known that high inductive voltage drops for superimposed ripple control audio frequency signals can occur in networks of the AC power supply, in particular at the end of longer stub lines (CH-PS 234 894). Depending on the distance between the audio frequency transmitter and the receiver and the audio frequency used, there may also be signal-voltage excesses due to resonance phenomena due to the network capacity or compensation capacitors, especially at higher audio frequencies.
In particular, the leakage inductances of the medium / low-voltage transformers or the medium-voltage / medium-voltage intermediate transformers also have a negative effect on the propagation of the audio frequency signals. This phenomenon is particularly important when signals with a higher audio frequency are to be transmitted from one network level to another.
The CH-PS 234 894 describes parallel resonance circuits which are arranged in power lines on the high-voltage side and which are intended to counteract such audio frequency voltage drops. In these, either the resonance resistance at a constant resonance frequency or the resonance frequency at a constant resonance resistance can be adapted to the network conditions, and compensation can thereby be achieved. If the resonance frequency is set lower than the audio frequency, the parallel resonance circuit acts capacitively with respect to this and compensates for an undesirably large inductive voltage drop.
Such compensation circuits require components that have to be isolated for the high mains voltages, so that the choice of capacitors is severely restricted.
The invention has for its object to compensate for the unwanted inductance of a given power line and / or the leakage inductance of the transformers in a simple manner, wherein an optimal dimensioning of the components of the compensation circuits, simplifying the insulation problems and facilitating assembly is made possible. The device is also to be used to improve the signal feed conditions. It is also said to be effective for signals in the form of voltages or currents in low or high audio frequency ranges.
The object is achieved by the features of the characterizing part of claim 1.
The invention is explained below with reference to a drawing.
The individual figures in the drawing mean:
Figure 1 is a schematic of an AC supply network with signal transmission in the direction of energy flow.
2 shows a diagram of an AC supply network with signal transmission in the direction of the energy flow;
3 shows a diagram of an AC supply network with signal transmission against the energy flow;
4 shows a diagram of an alternating current supply network with signal transmission against the energy flow;
5 shows a diagram of a compensation circuit coupling;
6 shows a diagram of a further compensation circuit coupling;
7 shows a compensation circuit coupling;
Fig. 8 is a scheme for the compensation in a transformer for three phases and
Fig. 9 is a scheme for the compensation in a transformer for one phase.
1 and 2 show a diagram of an alternating current supply network in which only one of the three phases is drawn. In the networks according to both Figures 1 and 2, a high-voltage / medium-voltage transformer 1 is present, which feeds the electrical energy into a medium-voltage network 2. Partial capacities 3 of the medium-voltage network 2 are indicated in the form of capacitors and a partial inductor 4 in the form of a coil. The medium-voltage network 2 feeds several low-voltage networks 6 by means of medium-voltage / low-voltage transformers 5
Tel voltage network 2, a transmitter 7 for audio frequency is provided, which feeds a signal into the medium voltage network 2, from where the signal is transmitted to the low voltage network 6 via the medium voltage / low voltage transformers 5. By means of the receiver 8 arranged in the low-voltage network 6, the signal generated by the transmitter 7 and transmitted from there in the energy flow direction is evaluated, as is known from ripple control technology.
FIGS. 1 and 2 differ from one another in that, in FIG. 1, a compensation circuit coupling 9 is arranged in the medium-voltage network 2 superimposed by the transmitter 7, primarily for compensating the inductance of the line and the medium-voltage / low-voltage transformers 5, while the compensation circuit Coupling 9 is provided in FIG. 2 in the low-voltage network 6, where the receivers 8 are located. The construction and the mode of operation of this compensation circuit coupling 9 will be explained later.
The structure of the networks according to FIGS. 3 and 4 is basically the same as that of FIGS. 1 and 2. Each is a high-voltage / medium-voltage transformer 1 stored by the high-voltage network (not shown), a medium-voltage network 2 with partial capacitances 3 and a partial inductance 4 , a medium voltage / low voltage transformer 5 and a low voltage network 6 available. In the device according to Fig.
3, the compensation circuit coupling 9 is arranged on the line of the medium-voltage network 2 mainly for the compensation of its inductance. 4, the compensation circuit coupling 9 is predominantly for compensating the inductance of the medium-voltage / low-voltage transformer 5 in the low-voltage network 6.
The basic difference between the devices according to Figures 1 and 2, respectively. 3, 4 is that in FIGS.
3 and 4 transmitters 10 are arranged in the low-voltage network 6.
A receiver 11 is connected to the medium-voltage network 2 by means of an insulating transformer 12. In these examples, the signal propagation takes place against the energy flow.
The transmitter 10 and the receiver 11 are preferably designed for a higher audio frequency of 2 to 25 kllz and for broadband transmission. This design is intended for the feedback of command execution acknowledgments from many, preferably at the same location and in the same housing as, the receivers 9 for the command transmission in the energy transmission direction to one or more receivers 11 located near the transmitters 7.
In the same way, meter readings of energy consumption meters or other information can be transmitted from the low-voltage network 6 or medium-voltage network 2 to a control center located in the medium-voltage network 2 or even in the high-voltage network.
According to the prior art, a compensation circuit arranged between the transmitters 7, 10 and the receivers 8, 11 of FIGS. 1 to 4 can consist of a parallel resonant circuit formed from a choke coil and a capacitor. This resonant circuit is tuned to a lower frequency in order to compensate for inductive impedances with respect to the control frequency and is therefore capacitive to this control frequency. The choke coil is usually provided with an iron core with an air gap.
According to FIG. 5, one embodiment of the compensation circuit coupling 9 according to the invention is to design a choke coil 13 as a converter, to connect a capacitor 14 in the form of a parallel resonance circuit on the undervoltage side to a secondary winding 15 and to detune it accordingly for compensation. In this way, a suitable choice of the number of turns of the secondary winding 15 gives full freedom for the design of the capacitor 14. In addition, under certain circumstances this capacitor 14 can be dimensioned for a lower dielectric strength with respect to ground than in the case of direct connection to the line according to the prior art.
Another advantageous circuit for compensation according to the invention consists in carrying out the coupling to the line according to FIG. 6 with the aid of a suitable current transformer 16. This current transformer 16 takes on the insulation from the voltage on the connected line and, by suitable choice of the number of turns of its primary winding 17 and secondary winding 18, permits an optimal design of the parallel resonance circuit consisting of its secondary winding 18 and the capacitor 14a connected in parallel with it. The current transformer 16 has a closed iron core in this case.
The secondary circuit must pass the secondary current at the mains frequency without a large voltage drop, for which purpose a series resonant circuit, which is matched to the mains frequency and consists of a coil 19 and a capacitor 20, is connected in parallel to the secondary winding 15 of the current transformer. On the other hand, this secondary circuit must have a capacitive behavior for the signal frequency. Therefore, the compensation capacitor 14a is dimensioned accordingly so that the parallel circuit with the secondary winding 18, which is tuned by the series resonance circuit of the coil 19 and the capacitor 20 and is tuned to the mains frequency, is set to a correspondingly lower frequency than the signal frequency, but significantly higher frequency than the mains frequency. votes.
Other circuits with several pole and zero points are also possible with additional resonance circuits connected in parallel.
A constructively advantageous embodiment for the compensation circuit coupling 9 according to FIG. 5 is shown in FIG. 7. It consists of a two-part iron core 22 comprising a network conductor 21, which is provided with the secondary winding 15 on one or each core half. The winding ends are connected together with the capacitor 14 as a parallel resonance circuit. The current transformer 19 can also be designed in an analogous manner, the primary winding in this case consisting of the mains conductor 21. The series resonance circuit comprising the coil 19 and the capacitor 20 and the compensation capacitor 14a are connected in parallel with the secondary winding 18.
The embodiment according to FIG. 7 has the advantage that the compensation circuit coupling 9 can be installed without interrupting the mains conductor 21. This is particularly advantageous if the network conductor 21 consists of thick copper bars at the low-voltage output of a medium-voltage / low-voltage transformer 5 or when a compensation circuit coupling 9 is installed in an overhead line.
The size of the inductance of the secondary winding 15 and thus the number of turns of the choke according to FIG. 7 depends on the measured stationary inductive size of the line impedance of the network conductor 21. It does not matter whether the compensation circuit in the medium-voltage network 2 according to FIG.
1 or in the low-voltage network 6 according to FIG. 2 is provided.
The capacitance of the capacitor 14 is selected such that the resonance frequency of the parallel resonance circuit comprising the secondary winding 15 and the capacitor 14 of FIG. 5 or the parallel connection of the secondary winding 18 of the current transformer 16 with the compensation capacitor 14a and with the series resonance circuit from the coil 19 and 6 is lower than the control frequency. The compensation circuit coupling 9 therefore has a capacitive impedance with respect to the control frequency, which compensates as completely as possible for the inductive impedance of the conductor concerned.
The impedance of the compensation circuit can also be set inductively with extreme capacitive values of the network and to improve the feed conditions with audio frequency.
3 and 4 is responsible for the signal transmission against the energy flow, especially when using high signal frequencies, the leakage inductance of the medium-voltage / low-voltage transformers 5 for voltage drops in the signal voltages. Since the signal voltages are inherently lower than in the devices according to FIGS. 1 and 2, these inductances are to be compensated for as completely as possible by means of corresponding capacitive compensation elements in relation to the high signal frequency. For this purpose, the compensation circuit coupling 9 is tuned as in the previous examples.
If a signal transition in both directions is provided by means of different signal frequencies, the network impedance should be completely compensated with respect to the frequency of the weaker audio frequency signal. In the case that a higher signal frequency is used for signal transmission against the energy flow, this higher signal frequency is decisive for the compensation for the reasons mentioned earlier. In this case, it is advisable to arrange the compensation circuit coupling 9 in the immediate vicinity of the receiver 11 for this weaker signal.
For the lower ripple control frequency, this dimensioning should be sufficient to avoid larger voltage drops in the ripple control signals.
8 shows a multi-phase medium-voltage / low-voltage transformer 23, in which the medium-voltage network 2 is connected in a delta connection to the primary windings 23a and the low-voltage network 6 in a star connection with the center conductor 23c led out to the secondary windings 23b. In the conductors of the low-voltage network 6, the transmitters 7 are connected between the central conductor 23c and the phase conductors.
FIG. 9 shows a single-phase medium-voltage / low-voltage transformer 24 with a center conductor 24c which is led out, in which the transmitters 7 are likewise connected between the phase conductor and the center conductor 24c. The primary winding 24a is connected to two conductors of the medium-voltage network 2 and the secondary winding 24b to two lines of the low-voltage network 6.
In both embodiments of FIGS. 8 and 9, it is sufficient to arrange a single compensation circuit coupling 9 in the relevant center conductor 23c, 24c between the center tap and earth to make the device cheaper.