DE10144156B4 - Stromleitungsnetz und Vorrichtung zum Anschluß an ein Stromleitungsnetz - Google Patents

Stromleitungsnetz und Vorrichtung zum Anschluß an ein Stromleitungsnetz Download PDF

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Abstract

Stromleitungsnetz (10, 17), welches insbesondere innerhalb eines Gebäudes (16) angeordnet ist, zur Versorgung elektrischer Teilnehmer (18, 18a, 18b, 18c, 28, 29, 30) mit niederfrequenter Spannung, umfassend Netzverteilungsstellen (19, 19a, 19b, 19c) zur Bildung von Netz-Unterverteilungen (23a, 23b, 23c), wobei über das Stromleitungsnetz (10, 17) Daten mittels hochfrequenter Signale übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Stromleitungsnetz zur Verbesserung der Signalübertragung ein aktives elektronisches Bauelement (26) zugeordnet ist, welches einen einstellbaren negativen Ohmschen Widerstand und eine einstellbare Kapazität und/oder eine einstellbare Induktivität aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft zunächst ein Stromleitungsnetz gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Ein derartiges Stromleitungsnetz ist beispielsweise in der DE 200 14 631 U1 der Anmelderin beschrieben und dargestellt. Es ist Stand der Technik, über derartige Stromleitungsnetze oder Spannungsversorgungsnetze während ihres herkömmlichen Betriebes, also während der Versorgung elektrischer Teilnehmer mit elektrischer Energie, auch Daten zu übertragen. Diese Signal-Übertragungstechnik wird als PLC (power line communication) bezeichnet.
  • Ein typisches Stromleitungsnetz, beispielsweise ein hausinternes Stromleitungsnetz, umfaßt sämtliche Stromleitungen, die innerhalb eines Gebäudes in Stromabflußrichtung hinter einem Hausanschlußkasten angeordnet sind. Das Stromleitungsnetz weist eine Vielzahl elektrischer Teilnehmer auf, und versorgt beispielsweise unterschiedliche Etagen des Gebäudes mit Netzspannung. Hierzu weist das Stromleitungsnetz Netz-Verteilungsstellen zur Bildung von Netz-Unterverteilungen auf. Es handelt sich dabei um immer feinere Verzweigungen nach Art von Ästen eines Baumes.
  • Um das am Hausanschlußkasten vorliegende bzw. von außen ankommende hochfrequente PLC-Signal, welches üblicherweise mit einer Signal-Übertragungsfrequenz zwischen 1 und 30 MHz auf die Stromleitung aufmoduliert ist, an den vorgesehenen Empfänger gelangen zu lassen, der beispielsweise ein Fernsehgerät oder ein Modem eines Computers sein kann, muß das übertragene Signal das gesamte Stromleitungsnetz penetrieren. Ausgehend von einem bestimmten Signalpegel, also einer bestimmten Stärke des PLC-Signals, am Hausanschlußkasten findet an jeder Netzverteilungsstelle eine Signalschwächung des PLC-Signals durch Aufteilungen in unterschiedliche Leitungswege statt. Darüber hinaus kann es auf Grund von Reflektionen zu einer PLC-Signal-Dämpfung kommen. Diese Effekte werden außerdem durch die im Stromleitungsnetz vorhandenen elektrischen Teilnehmer, die nicht für den PLC-Datenempfang konzipiert sind, verstärkt. Offene Leitungsenden des Stromleitungsnetzes, wie sie im Prinzip an jeder nicht in Gebrauch befindlichen Steckdose des hausinternen Stromleitungsnetzes vorhanden sind, können weiter zu derartigen Dämpfungs- und Reflektionseffekten beitragen.
    •
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird somit zunächst darin gesehen, ausgehend von dem eingangs erwähnten Stand der Technik, das bekannte Stromleitungsnetz derart weiterzubilden, daß die Signal-Übertragung verbessert wird.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1 und ist demgemäß dadurch gekennzeichnet, daß dem Stromleitungsnetz zur Verbesserung der Signalübertragung ein aktives elektronisches Bauelement zugeordnet ist, welches einen einstellbaren negativen Ohmschen Widerstand und eine einstellbare Kapazität bzw. eine einstellbare Induktivität aufweist.
  • Das Prinzip der Erfindung besteht somit im wesentlichen darin, ein aktives elektronisches Bauelement vorzusehen, welches an das Stromleitungsnetz angeschlossen wird und das Stromleitungsnetz hinsichtlich seiner elektronischen Eigenschaften für die Signal-Übertragungsfrequenz bzw. für ein Signalübertragungsfrequenzband anpaßt bzw. optimiert.
  • Die Erfindung erkennt, daß auf Grund von Reflektionen und Dämpfungen durch das Stromleitungsnetz eine Signalschwächung des PLC-Signals auf Grund der im Stromleitungsnetz inhärent vorhandenen Eigenschaften, auch in Form von Blindwiderständen, auftritt. Anstatt nun ein Element vorzusehen, welches die PLC-Signale an einer bestimmten Stelle im Stromleitungsnetz verstärkt, geht die Erfindung einen völlig anderen Weg.
  • Dadurch, daß das aktive elektronische Bauelement einen negativen Ohmschen Widerstand auf das Stromleitungsnetz aufgibt, kann die gesamte Impedanz des Stromleitungsnetzes reduziert werden.
  • Erfindungsgemäß wird mit dem Anschluß eines aktiven elektronischen Bauelementes eine Kompensation von Blindwiderständen für die Signal-Übertragungsfrequenz bzw. für einen Signal-Übertragungsfrequenzbereich erreicht, so daß der Gesamtwiderstand (die Gesamtimpedanz) des Stromleitungsnetzes für die Übertragungsfrequenz bzw. für den Übertragungsfrequenzbereich minimiert wird. Dies ermöglicht eine deutlich verringerte Dämpfung des PLC-Signals, ohne daß ein verstärkendes, elektronisches Bauelement vorgesehen wird. Zugleich wird die eigentliche, hauptsächliche Funktion des Stromleitungsnetzes zur Versorgung elektrischer Teilnehmer mit niederfrequenter Spannung nicht beeinflußt, weil die einstellbare Induktivität und die einstellbare Kapazität lediglich von der Signal-Übertragungsfrequenz (z.B. 1–30 MHz) bzw. von dem Signal-Übertragungsfrequenzbereich gesehen werden, nicht jedoch von der Niederfrequenz (z.B. 50–60 Hz).
  • Die Erfindung ermöglicht darüber hinaus eine an jedes Stromleitungsnetz individuelle Anpassung. Auf Grund unterschiedlicher Netzverteilungsstellen sowohl hinsichtlich ihrer Zahl wie auch hinsichtlich ihrer Anordnung und auf Grund unterschiedlicher elektrischer Teilnehmer in jedem Stromleitungsnetz, beispielsweise in den unterschiedlichen Stromleitungsnetzen verschiedener Gebäude, sind jeweils unterschiedliche, Stromleitungsnetz individuelle Netz-Charakteristiken hinsichtlich der Signalübertragungsfrequenz vorhanden. Durch Vorsehen des aktiven elektronischen Bauelementes kann auf einfache Weise eine für das jeweilige Stromleitungsnetz bezogen auf die Signal-Übertragungsfrequenz oder auf den Signal-Übertragungsfrequenzbandbereich optimale Einstellung vorgenommen werden.
  • Hierbei ist wesentlich, daß durch eine Änderung der Einstellung der Induktivität des besonderen elektronischen Bauelementes, üblicherweise auch die Kapazität mit geändert wird. Es ist somit nicht zwingend notwendig, mehrere separate Einstellmöglichkeiten für die Größen Induktivität, Kapazität und negativer Ohmscher Widerstand zugleich vorzusehen, sondern es genügt grundsätzlich eine Einstellmöglichkeit für den negativen Ohmschen Widerstand und eine weitere Einstellmöglichkeit für die Einstellung der Induktivität oder der Kapazität vorzusehen.
  • Überraschenderweise lassen sich durch den Anschluß des aktiven elektronischen Bauelementes auch die digital aufmodulierten PLC-Signale beeinflussen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Bauelement als negativer Impedanzkonverter (NIC) ausgebildet. Diese Ausführungsform ermöglicht es insbesondere, auf bereits bekannte elektronische Schaltungen zurückzugreifen. Beispielsweise werden derartige negative Impedanzkonverter in herkömmlichen Elektroniklehrbüchern, wie beispielsweise „Halbleiterschaltungstechnik" von U. Tietze und Chr. Schenk, 11. Auflage, Springer-Verlag, Seiten 828 bis 831 beschrieben. Insbesondere ist diese Ausführungsform vorteilhaft, wenn man einen als INIC ausgebildeten negativen Impedanzkonverter verwendet, der den Strom bei gleichbleibender Spannung umpolt.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kompensiert das Bauelement für die Signal-Übertragungsfrequenz oder für das Signal-Übertragungsfrequenzband Blindwiderstände des Stromleitungsnetzes. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß praktisch nur die relevanten Signal-Übertragungsfrequenzen von der Blindwiderstandskompensation betroffen sind, wobei die für die eigentliche Spannungsversorgung im Stromleitungsnetz vorhandene niederfrequente Spannung mit einer Frequenz von beispielsweise 50 bis 60 Hz jedoch nicht beeinflußt wird. Der Begriff Kompensation bedeutet in diesem Zusammenhang nicht eine vollständige Kompensation von Blindwiderständen derart, daß nach Anschluß des elektronischen Bauelementes keinerlei Blindwiderstände mehr vorhanden sind, da dieses nur in einem theoretischen Idealfall denkbar ist, sondern bedeutet lediglich eine Verringerung der Blindwiderstände.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung minimiert das Bauelement den Ohmschen Gesamtwiderstand des Stromleitungsnetzes. Diese Ausführungsform ermöglicht eine besonders vorteilhafte Netzkonditionierung.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das aktive Bauelement zu dem Stromleitungsnetz parallel geschaltet. Diese Ausbildungsform ermöglicht einen Anschluß des Bauelementes an das Stromleitungsnetz zur Verbesserung der elektronischen Netzcharakteristik, ohne daß irgendeine Veränderung an dem bestehenden Stromnetz vorgenommen werden muß. Insbesondere ermöglicht diese Ausführungsform einen Anschluß des Bauelementes beispielsweise an eine herkömmliche Haus-Steckdose.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das aktive Bauelement kurzschlußstabil ausgebildet. Diese Ausführungsform ermöglicht eine hohe Sicherheit des aktiven Bauelementes für den Fall, daß beispielsweise im Rahmen einer Störung ein Kurzschluß des Stromleitungsnetzes auftritt. Die Ausführungsform ermöglicht dabei einen Schutz des aktiven Bauelementes vor Beschädigungen.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Einstellung der einstellbaren Größen (negativer Ohmscher Widerstand und Induktivität bzw. Kapazität) an dem aktiven Bauelement manuell vornehmbar. Diese Ausbildung ermöglicht auf denkbar einfache Weise eine übertragungsoptimierende Anpassung des Stromleitungsnetzes an die Signal-Übertragungsfrequenz.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nimmt das aktive Bauelement eine Einstellung seiner einstellbaren Größen selbsttätig vor. Diese Ausführungsform ermöglicht somit ein automatisches Einstellen des aktiven Bauelementes, ohne daß von einem Benutzer nach dem Anschluß des aktiven Bauelementes an das Stromleitungsnetz noch besondere Maßnahmen durchgeführt werden müssen. Das Bauelement kann sich auf diese Weise selbsttätig an die Netzcharakteristiken anpassen, so daß beispielsweise auch vorgesehen sein kann, daß eine derartige individuelle Anpassung an das Stromleitungsnetz regelmäßig oder periodisch vorgenommen werden kann. Beispielsweise kann durch das Vorhandensein zusätzlicher elektrischer Teilnehmer im Stromversorgungsnetz bzw. durch deren Wegfall eine neue Gesamt-Netzcharakteristik entstehen, so daß das aktive Bauelement durch seine regelmäßige automatische Einstellung der einstellbaren Größen eine jeweils aktuelle Anpassung ermöglicht.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das aktive Bauelement einen Feldeffekttransistor auf. Diese Ausführungsform ermöglicht eine besonders sichere und preisgünstige Ausführung des aktiven Bauelements, wobei durch die Verwendung eines Sperrschicht-Feldeffekt-Transistors auf Grund einer besonderen quadratischen Kennlinie Signalverzerrungen und Intermodulationserscheinungen klein gehalten werden.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darüber hinaus darin, eine Vorrichtung zum Anschluß an ein Stromleitungsnetz zu schaffen, die das bekannte Stromleitungsnetz hinsichtlich seiner für die Signal-Übertragungsfrequenz relevanten elektronischen Eigenschaften verbessert.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 12.
  • Aus der DE 41 15 604 C2 ist eine nicht gattungsgemäße Schaltungsanordnung einer Zählerprüfeinrichtung bekannt, bei der eine stromgesteuerte Spannungsquelle in einem Prüfstromnetz angeordnet wird, um Innenwiderstände von Wicklungen zur Ermittlung von Messfehlern der Prüflinge von Zählerprüfeinrichtungen auszuschalten.
    •
  • Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nicht zitierten Unteransprüchen sowie an Hand der nun folgenden Beschreibung von den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen. Darin zeigen:
  • 1 schematisch ein Stromleitungsnetz, über welches PLC-Signale übertragen werden,
  • 2 schematisch einen Ausschnitt eines Stromleitungsnetzes in einem Gebäude,
  • 3 schematisch ein Stromleitungsnetz in einem mehretagigen Gebäude,
  • 4 schematisch die Struktur eines hausinternen Stromleitungsnetzes hinsichtlich unterschiedlicher Phasen,
  • 5 schematisch ein einphasiges Ersatzschaltbild eines Stromleitungsnetzes,
  • 6 schematisch ein Prinzipschaltbild eines kurzschlußstabilen negativen Strom-Impedanzkonverters (INIC) zur Verwendung in einem aktiven Bauelement,
  • 7 ein elektronisches Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform eines negativen Impedanzkonverters in einem aktiven elektronischen Bauelement, und
  • 8 zur besseren Verständlichkeit ein schematisches Blockschaltbild des aktiven elektronischen Bauelementes.
  • Das in 1 mit 10 bezeichnete Stromleitungsnetz ist beispielsweise wie folgt strukturiert: Von einem nicht dargestellten Kraftwerk wird über Hochspannungsleitungen 11 Hochspannung von beispielsweise 400 kV auf ein 20 kV-Mittelspannungsnetz 12 niedergespannt. An dieses sind mehrere Transformatorstationen angeschlossen, an denen eine weitere Umspannung auf 0,4 kV, also an das in Europa herkömmliche Niederspannungsnetz 13 stattfindet. An das Niederspannungsnetz 13 sind beispielsweise eine Vielzahl von Häusern 16 angeschlossen, die jeweils ein eigenes, gebäudeinternes Hausnetz 17 aufweisen. Innerhalb eines Hauses 16 sind eine Vielzahl von elektrischen Teilnehmern 18 angeordnet, die hier beim Ausführungsbeispiel gemäß 1 als Computer ausgebildet sind.
  • Das Stromleitungsnetz 10, 17 versorgt üblicherweise sämtliche in einem Haus 16 vorhandene elektrische Teilnehmer wie Leuchten, Antriebe, Haushaltsgeräte etc. mit elektrischer Leistung. Bei den in den Figuren dargestellten Stromleitungsnetzen 10, 17 ist es zusätzlich vorgesehen, über das Stromleitungsnetz 10, 17 auch Daten oder Informationen in Form von PLC-Signalen zu übertragen, so daß beispielsweise ein Computer 18a in einem Haus 16a mit einem anderen Computer 18b in einem Haus 16b kommunizieren kann („Internet aus der Steckdose"). Hierzu können besondere Zuführungs-Elemente 14 zur Zuführung der PLC-Signale an das jeweilige Stromleitungsnetz 17, 10 vorgesehen werden. Außerdem können weitere besondere, für die PLC-Signalübertragung notwendige Bauelemente 15a, 15b, 15c vorgesehen werden, auf deren Funktion an dieser Stelle nicht näher eingegangen werden soll.
  • Wie sich aus 1 ergibt, können an verschiedenen Positionen des jeweiligen Stromleitungsnetzes 10, 17 Netzverteilungsstellen 19 vorgesehen sein. Jede Netzverteilungsstelle 19 weist dabei gabelartige Abzweige einer Hauptleitung auf.
  • An Hand der 2 bis 4 soll nun als besonderes Beispiel eines Stromleitungsnetzes 10 ein gebäudeinternes Hausnetz 17 schematisch in seiner Struktur beschrieben werden. Eine Hausanschlußleitung 25 wird zunächst auf einen Hausanschlußkasten 20 geführt (nur in 3 dargestellt), an den ein sogenannter Indoor-Controller 21 angeschlossen ist. Der Hausanschlußkasten 20 und der der Indoor-Controller 21 sind in 2 lediglich schematisch angedeutet. Das PLC-Signal wird in dem Hausanschlußkasten 20 bzw. in dem Indoor-Controller 21 OAP/IC-Bauelement auf das hausinterne Signalnetz umgesetzt.
  • Von dem Hausanschlußkasten 20 gehen mehrere Basisleitungen 22 ab, die beispielsweise als Steigleitungen (3) ausgebildet sind. 2 zeigt beispielhaft eine Basisleitung 22, die sich an einer Netzversteilungsstelle 19a in ein erstes Unterverteilungsnetz 23a mit Unterleitungen 23I , 23II , 23III , 23IV und 23V aufsplittet. An einer zweiten Netzverteilungsstelle 19b kommt es zu einer weiteren Aufzweigung unter Bildung eines weiteren Unterverteilungsnetzes 23b. Der Computer 18c ist erst über ein Unterverteilungsnetz 23c an das Hausnetz 17 angeschlossen.
  • Das auf der Basisleitung 22 anliegende PLC-Signal verteilt sich an der ersten Netzverteilungsstelle 19a auf die schematisch angedeuteten Unterleitungen des Unterverteilungsnetzes 23a. Eine weitere Aufsplittung und Verteilung des PLC-Signals findet entsprechend an den Netzverteilungsstellen 19b und 19c statt. An dem Computer 18c kommt letztendlich nur ein Bruchteil des auf der Basisleitung 22 ursprünglich vorhandenen Signalpegels des PLC-Signales an. Neben an den Netzverteilungsstellen 19a, 19b, 19c auftretenden Reflektionen kommt es zu einer Dämpfung des Signalpegels durch offene Leitungsenden 24 des Stromleitungsnetzes 17.
  • Eine Fehlanpassung der PLC-Signale findet auf Grund einer direkten galvanischen Anbindung der Unterleitungen im Hausanschlußkasten 20 zwangsläufig statt, da transformatorische, anpassende Elemente im Stand der Technik nicht vorgesehen sind.
  • Zur Verringerung der Reflektion, einer Signalschwächung durch Netzverteilungsstellen 19 sowie von Dämpfungen ist in dem Stromverteilungsnetz 17 ein aktives Bauelement 26 vorgesehen, auf dessen Funktion später detailliert eingegangen wird.
  • Zunächst sei an Hand der 4 noch erläutert, daß die Hausanschlußleitung 25 üblicherweise noch zu einem Strommeßgerät 27 führt und von dort insbesondere drei-phasig weitergeleitet wird, was durch die in 4 jeweils dargestellten drei Schrägstriche angedeutet werden soll. Von dem somit insgesamt über drei verschiedene Phasen verfügenden Hausnetzes 17 benötigen einige elektrische Teilnehmer, wie eine Leuchte 28 oder eine Steckdose 29 lediglich eine Phase. Andere elektrische Teilnehmer, wie z.B. ein Durchlauferhitzer 30 benötigen, sämtliche drei Phasen.
  • Zur Erläuterung des erfinderischen Prinzips zeigt nun 5 ein Blockschaltbild, welches lediglich für eine Phase die elektrischen Zu sammenhänge verdeutlicht. Selbstverständlich gilt dieses Blockschaltbild in analoger Weise auch für eine drei-phasige Ausbildung des Hausnetzes 17.
  • 5 zeigt schematisch ein Blockschaltbild der in 3 dargestellten und dort in die dritte Etage reichenden Basisleitung 22a und der zu dem Computer 18 führenden Unterleitung 23I sowie der dem Unterverteilungsnetz 4 ebenfalls zuzuordnenden Unterleitungen 23II bis 23m-1 . 5 veranschaulicht den Gesamtwiderstand der Steigleitung 22a durch die Gesamtimpedanz Z 1, die in der Größenordnung von 60 Ohm liegt und üblicherweise reell ist, also keinen Imaginäranteil aufweist. Der Gesamtwiderstand der zu dem Computer führenden Unterleitung 23I wird durch die Impedanz Z 2 veranschaulicht, die zu Z 1 in Reihe geschaltet ist. Die zu dem Unterverteilungsnetz UV4 zuhörigen Unterleitungen 23I , 23II ... 23m-1 werden durch die Impedanzen Z n1 – Z nm veranschaulicht, die parallel geschaltet sind. Es handelt sich hier um sogenannte Nebenschlüsse. Die Nebenschlüsse sind für den eigentlichen Signalweg zunächst nicht relevant. Festzuhalten ist jedoch, daß Z 1 nicht mit seinem Wellenwiderstand abgeschlossen wird, sondern mit einem deutlich geringeren Wert.
  • Für eine bestimmte Frequenz (die PLC-Signal-Übertragungsfrequenz oder gegebenenfalls einen Frequenzbandbereich) lassen sich die Impedanzen Z n1 ... Z nm zu einer Gesamtimpedanz Z C zusammenfassen. Diese Gesamtimpedanz der Nebenschlüsse Z C ist in 5 schematisch dargestellt.
  • Erfindungsgemäß ist nun ein aktives elektronisches Bauteil 26 vorgesehen, welches zu den Nebenschlüssen Z C parallel geschaltet ist und eine Impedanz Z C' aufweist, die zu Z C reziprok ist. Die Summe der Impedanzen Z C und Z C' kann nun reell werden und insgesamt für die PLC-Signalübertragungsfrequenz zu einer Gesamtimpedanz des Stromleitungsnetzes 17 von Z 1 führen. Auf diese Weise können sowohl Verluste durch eine Energieaufteilung des PLC-Signals an Leitungsverzweigun gen 19 wie auch auf Grund von Fehlanpassungen für die hier relevante PLC-Signalübertragungsfrequenz stark verringert bzw. minimiert werden.
  • Das aktive Bauelement 26, welches die Gesamtimpedanz Z C' aufweist, führt dem Stromleitungsnetz 17 Energie zu und ist somit ein aktives Bauelement. Es kann insbesondere durch eine Rückkopplungsschaltung, beispielsweise durch einen negativen Impedanzkonverter (negativ impedance converter) realisiert werden. Vorzugsweise ist diese strominvertierend ausgebildet, so daß der negative Impedanzkonverter als INIC ausgebildet ist.
  • 6 zeigt schematisch beispielhaft das Blockschaltbild eines negativen Strom-Impedanz-Konverters (INIC). Beim Ausführungsbeispiel gemäß 6 ist der INIC kurzschlußstabil ausgebildet. Kernstück des INIC ist ein Operationsverstärker 31, dessen Ausgang 33 über Widerstände R2 auf die Eingänge 33a, 33b rückgekoppelt ist.
  • Zur genauen Funktionsweise der Schaltung wird auf „Halbleiter-Schaltungstechnik" U. Tietze, Ch. Schenk, 11. Auflage, Springer Verlag, Seite 828 bis 831 verwiesen.
  • Selbstverständlich können auch alternative Schaltungen verwendet werden, wobei wesentlich ist, daß die Schaltung insgesamt einen negativen einstellbaren Ohmschen Widerstand aufweist.
  • Eine Kurzschlußstabilität kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß der Widerstand R2 größer ist als der in der 6 dargestellte Widerstand R. Eine kurzschlußstabile Realisierung verringert beispielsweise unbeabsichtigte Schwingungen des Systems bei Impedanzänderungen von Z C auf Grund einer Änderung von Nebenflüssen Z n.
  • 7 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Schaltung für das aktive elektronische Bauelement 26: An die Eingänge 34a, 34b des Bauelementes 26 sind zunächst Kondensatoren C2 angeschlossen, die der galvanischen Trennung des Bauelementes 26 von der Netzspannung dient. Insbesondere sind die Kondensatoren C2 in Y2-Technik ausgeführt und weisen einen Wert von 10 nF auf.
  • Ein Transistor Tr1 führt eine Spannungstransformation der zwischen den beiden Eingängen 34a und 34b des Bauelementes 26 anliegenden Spannung U1 auf eine höhere Spannung U2 durch.
  • Unter Zwischenschaltung einer weiteren Kapazität C ist der Transistor Tr1 mit dem Gate G eines als Sourcefolger geschalteten Sperrschicht-Feldeffekt-Transistors Q1 verbunden. Der Sperrschicht-Feldeffekt-Transistor Q1 wandelt die an seinem Gate G anliegende Impedanz in eine geringere Impedanz RS an seinem Source-Anschluß S um. Diese Impedanz RS ist eine Funktion des durch das Drain D des Sperrschicht-Feldeffekt-Transistors Q1 fließenden Drain-Stromes.
  • Durch Variation der Spannung U2 kann durch eine Arbeitspunktverschiebung die Impedanz RS an der Source S geändert werden. U2 ist beispielsweise zwischen einer minimalen Spannung von 0 V (entsprechend einer maximalen Impedanz Rs) und einer maximalen Spannung von z.B. 5 V (entsprechend einer minimalen Impedanz RS) veränderbar.
  • Auf Grund einer Rückkopplung der Spannung an der Source S auf die Eingangsspannung entspricht bei einem Übersetzungsverhältnis von 1 : 2 die Impedanz RS an der Source S unmittelbar dem negativen reellen Impedanzanteil von Z C'.
  • Die minimale Impedanz RS an der Source S muß dabei derart klein gewählt werden, daß die Gesamtschaltung mit den Unterverteilungen insgesamt instabil werden kann.
  • Die Bildung des imaginären Teiles von Z c' wird durch den Transformator und eine Reihenschaltung von einer weiteren Kapazität C3 und einer Diode D1 erreicht. Die Selbstinduktion des Transformators TR1 sollte dabei einen Wert aufweisen, der für unterschiedliche mögliche Stromleitungsnetze 10, 17 ausreichend ist bzw. der Gesamtimpedanz Z c' des Bauelementes 26 bei einer typischen Spannung U3 ausreichenden induktiven Charakter verleiht. U3 entspricht dabei typischerweise etwa 5 V.
  • Durch Verringerung der einstellbaren Spannung U3 auf beispielsweise 2 V kann nun leistungslos der kapazitive Anteil von Z c' derartig erhöht werden, daß Z c' eine sämtliche unterschiedlichen Installationstypen des Stromleitungsnetzes 10, 17 genügenden kapazitiven Charakter annimmt.
  • Durch manuelle Einstellungen der Spannungen U2 und U3, die über ein nicht dargestelltes Betätigungselement von einem Benutzer vorgenommen werden können, kann nunmehr eine Anpassung der Gesamtimpedanz Z c' des aktiven Bauelementes 26 vorgenommen werden.
  • Zur Einstellung von Z c' könnte man daran denken zunächst den Wert von Z c zu ermitteln, beispielsweise zu messen. Dies wird jedoch als verhältnismäßig umständlich angesehen. Es wird stattdessen das folgende Vorgehen vorgeschlagen:
    Das aktive Bauelement 26 wird zunächst mit einem absichtlich zu hoch eingestellten negativen Widerstand versehen, so daß der Realteil der Schaltung insgesamt absichtlich „falsch" eingestellt wird. Auf diese Weise wird das gesamte System instabil und schwingt mit einer bestimmten Schwingungsfrequenz ϖ. Das gesamte schwingende System, also das Stromleitungsnetz 10, 17 und das aktive elektronische Bauelement 26 schwingen mit dieser Frequenz, so daß bei dieser Frequenz ϖ das System reell ist, mithin keinerlei Blindwiderstände aufweist.
  • Für den Fall, daß die Schwingungsfrequenz ϖ geringer ist als die PLC-Signal-Übertragungsfrequenz, muß ein induktiver Nebenschluß des Imaginärteiles von Z c' eingestellt werden. Ist die Schwingungsfrequenz größer als die PLC-Signal-Übertragungsfrequenz wird durch die elektronische Schaltung des aktiven Bauelementes 26 ein kapazitiver Nebenschluß eingestellt. Nunmehr wird der negative Ohmsche Widerstand des aktiven Bauteils 26 soweit erniedrigt, bis das System stabil wird. Der auf diese Weise ermittelte reelle Wert von Z c' ist derjenige Wert, der eingestellt werden soll.
  • Auf diese Weise kann ohne eine detaillierte Messung oder Ermittlung der Gesamtimpedanz Z c des Stromleitungsnetzes 10, 17 eine individuelle, für die PLC-Signal-Übertragungsfrequenz optimierte Anpassung des Stromleitungsnetzes 10, 17 erfolgen.
  • Grundsätzlich ist es auch möglich, daß das Bauelement 26 den Abgleich selbsttätig vornimmt. Hierzu erfolgt eine Einstellung der Spannungen U2 und U3 beispielsweise durch PWM-Signale von Mikrocontrollerausgängen. Der Abgleich kann dabei beispielsweise nach vorgeschriebenen Zeitintervallen erfolgen.
  • Ein automatischer Abgleich kann beispielsweise nach dem folgenden Schema verlaufen: Zunächst wird die Spannung U2 derartig von einem Mindestwert, beispielsweise von einer Spannung U2 von 0 V vergrößert, bis das Stromleitungsnetz 10, 17 instabil wird und elektrische Schwingungen durchführt. Nunmehr wird ein Vergleich der Schwingungsfrequenz mittels eines Referenzoszillators mit der PLC-Signal-Übertragungsfrequenz, beispielsweise mittels eines frequenzsensitiven Phasendetektors durchgeführt. Durch Veränderung der Spannung U3 kann erreicht werden, daß die Schwingungsfrequenz der PLC-Signal-Übertragungsfrequenz entspricht. Die Unterverteilung 23I , 23II , 23III , 23IV und 23V des Stromleitungsnetzes 10, 17 ist für die PLC-Signal-Übertra gungsfrequenz nunmehr auf einen nahezu reellen Wert kompensiert worden.
  • Anschließend kann die Spannung U2 noch soweit verringert werden, bis die Schwingungen beendet werden. Der reelle Anteil der Impedanz Z c' entspricht nunmehr dem Realteil von Z c. Anschießend kann der Wert der Spannung U2 vorteilhafterweise noch ein weiteres Mal um 10 bis 20 % verringert werden, um die Stabilität und Bandbreite der Anordnung zu erhöhen.
  • Die beschriebene Verwendung eines Sperrschicht-Feldeffekt-Transistors Q1 ist zwar nicht zwingend erforderlich, bietet jedoch auf Grund seiner quadratischen Kennlinie Vorteile bei seiner Einstellung.
  • 8 soll lediglich der Übersichtlichkeit halber noch einmal erläutern, daß bei den elektronischen Schaltungen für das aktive Element 26 vorteilhafterweise der Imaginärteil des Gesamtwiderstandes Z c' des Bauelementes 26 durch einen einstellbaren reziproken Imaginärteil jXc' und der negative Ohmsche Widerstand Rc' getrennt geändert werden können.
  • Der Imaginärteil jXc' wird hierbei derart eingestellt, daß Z c bei den interessierenden PLC-Signal-Übertragungsfrequenzen rein reell wird. Der reale negative Widerstandanteil von Z c' wird nun durch Einstellung des negativen Widerstandes Rc' auf einen innerhalb der Stabilitätsgrenze des aktiven Bauteils 26 liegenden Wert, vorzugsweise der Kabelimpedanz, angehoben.
  • 8 zeigt eine Spannungsquelle 35, die etwa die zweifache Eingangsspannung Ue liefert. Ein derartiger Spannungswert der gesteuerten Spannungsquelle 35 ist vorteilhaft, da nunmehr ein Wert des Widerstandes RC' gewählt werden kann, der in der Größenordnung des Realteiles der Gesamtimpedanz Z c liegt. Auf diese Weise kann eine gute Abschät zung der in dem Stromversorgungsnetz 10, 17 vorhandenen Leitungs- oder Verteilungsdämpfung erreicht werden.
  • Die Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips auf das detailliert beschriebene gebäudeinterne Hausnetz 17 soll lediglich beispielhaft verstanden werden. Es ist analoger Weise auch möglich, ein Mittelspannungsnetz oder Hochspannungsnetz durch den Anschluß des Bauelementes 26 an das Stromleitungsnetz für die PLC-Signalübertragung zu verbessern.

Claims (12)

  1. Stromleitungsnetz (10, 17), welches insbesondere innerhalb eines Gebäudes (16) angeordnet ist, zur Versorgung elektrischer Teilnehmer (18, 18a, 18b, 18c, 28, 29, 30) mit niederfrequenter Spannung, umfassend Netzverteilungsstellen (19, 19a, 19b, 19c) zur Bildung von Netz-Unterverteilungen (23a, 23b, 23c), wobei über das Stromleitungsnetz (10, 17) Daten mittels hochfrequenter Signale übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Stromleitungsnetz zur Verbesserung der Signalübertragung ein aktives elektronisches Bauelement (26) zugeordnet ist, welches einen einstellbaren negativen Ohmschen Widerstand und eine einstellbare Kapazität und/oder eine einstellbare Induktivität aufweist.
  2. Stromleitungsnetz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (26) als negativer Impedanzkonverter (NIC) ausgebildet ist.
  3. Stromleitungsnetz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (26) für die Signal-Übertragungsfrequenz oder für das Signal-Übertragungsfrequenzband Blindwiderstände des Stromleitungsnetzes (10, 17) kompensiert.
  4. Stromleitungsnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (26) den Ohmschen Gesamt-Widerstand (Z c) des Stromleitungsnetzes (10, 17) minimiert.
  5. Stromleitungsnetz nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Bauelement (26) zu dem Stromleitungsnetz (10, 17) parallel geschaltet ist.
  6. Stromleitungsnetz nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Bauelement (26) über eine herkömmliche Steckdose eines Hausnetzes (17) an das Hausnetz (17) anschließbar ist.
  7. Stromleitungsnetz nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Bauelement (26) kurzschlussstabil ausgebildet ist.
  8. Stromleitungsnetz nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem aktiven Bauelement (26) eine Einstellung seiner einstellbaren Größen (negativer Ohmscher Widerstand, Induktivität bzw. Kapazität) manuell vornehmbar ist.
  9. Stromleitungsnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Bauelement (26) eine Einstellung seiner einstellbaren Größen (negativer Ohmscher Widerstand, Induktivität bzw. Kapazität) selbsttätig vornimmt.
  10. Stromleitungsnetz nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Bauelement (26) einen Feldeffekt-Transistor (Q1) aufweist.
  11. Stromleitungsnetz nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (26) eine zu der Gesamtimpedanz (Z C) von Nebenschlüssen (Z N1...Z Nm) reziproke Impedanz (Z C') aufweist.
  12. Vorrichtung zum Anschluß an ein Stromleitungsnetz gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, insbesondere an ein Stromleitungsnetz nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Verbesserung derSignalübertragung ein aktives elektronisches Bauelement (26) aufweist, welches einen einstellbaren negativen Ohmschen Widerstand und eine einstellbare Kapazität und/oder eine einstellbare Induktivität aufweist.
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