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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zu einer leitungsgeführten Kommunikation,
insbesondere über
Versorgungsleitungen. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung
ein endseitiges Versorgungsnetz, das auf ein erfindungsgemäßes Verfahren
zurückgreifen kann.
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Versorgungsstromnetze
sind in der Regel weit verzweigte Netze mit einer Vielzahl von Energiequellen, die
insbesondere Wechselspannungsversorgungen für Endverbrauchernetze zur Verfügung stellen.
Trotz hoher Netzsicherheit gibt es immer wieder Zustände, bei
denen im Endverbrauchernetz nicht die ausreichende Energie aus der
Netzwechselspannung geliefert werden kann. In der Regel ist die
Netzwechselspannung eine Sinuswechselspannung bzw. eine sinusförmige Wechselspannung,
die harmonisch und monofrequent sein kann. Um die Energieversorgung
im endseitigen Verbrauchernetz sicherzustellen, sind zahlreiche
Rückfalllösungen bekannt,
die mit Gleichspannungen, sowohl gepulsten als auch Dauergleichspannungen
bzw. Strichgleichspannungen (Gleichspannung ohne Pulsungen), im
Falle eines Netzausfalles oder einer Netzenergieversorgungsreduzierung
unterstützend
eingreifen.
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Insbesondere
bei Beleuchtungsanlagen in öffentlich
zugänglichen
Gebäuden
ist es wichtig, dass im Notfall oder bei Ausfall bzw. Reduzierung
der zentralen Versorgungsenergie eine ausreichende Sicherheitsbeleuchtung
bzw. Notlichtbeleuchtung zur sicheren Evakuierung einzelner Gebäudebereiche,
Gebäudeabschnitte
oder sogar des gesamten Gebäudes
vorgehalten wird. Hierzu ist es weithin bekannt, besondere Beleuchtungsmittel
bzw. Beleuchtungskörper
vorzuhalten, die im Falle eines detektierten besonderen Betriebszustandes
verlässlich
und gezielt eingeschaltet werden können. So ist das selektive
Ein- und Ausschalten von Beleuchtungsnetzen ohne Nutzung weiterer
Steuerleitungen, d. h. also über
die Versorgungsleitungen, nach einem Rundsteuerverfahren aus dem
Buch „Betriebsgeräte und Schaltungen
für elektrische
Lampen" der Autoren
Sturm und Klein, ISBN 3-8009-1586-3 bekannt. Das Buch lehrt unter
Anderem, wie Vorschaltgeräte
für besondere
Beleuchtungskörper
prinzipiell zu gestalten sind, wobei die Vorschaltgeräte mit Rundsteuerempfängern ausgestattet
werden können.
Um die Erfindung in Bezug auf das Kommunikationsverfahren komprimierter
darstellen zu können,
wird auf den Offenbarungsgehalt des Buches in Bezug auf geeignete
Schaltungsvarianten von Vorschaltgeräten durch ihre Referenz voll
inhaltlich hingewiesen.
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Das
Buch differenziert nicht ausdrücklich
zwischen der Gebäudeinstallationstechnik
und einer Straßeninstallationstechnik.
In größeren Gebäuden, vielleicht
sogar mit Außenanlagen,
werden häufig
nicht nur ein Zentralverteiler sondern wenigstens ein Hauptverteiler
und mehrere Unterverteiler aufgebaut, wobei zum Beispiel einzelne
Unterverteiler für
die abschnittsweise Beleuchtungstechnik in einem Bauwerk oder einer
Gebäudegruppe
zuständig
sind. Einer (oder mehrere) der Unterverteiler ist (sind) ggf. mit
einer Konstantenergie- bzw. Gleichspannungsquelle, wie zum Beispiel
einer Gleichspannungsquelle mit Akkumulatoren oder Brennstoffzellen,
schaltungstechnisch ausgestattet, um bei einem Versorgungsausfall
des Unterverteilers auf die Konstantenergiequelle zurückgreifen
zu können.
Die Konstantenergiequellen, die auch als Ersatzstromquellen bezeichnet
werden, können
wahlweise als Gruppenbatterieanlagen oder Zentralbatterieanlagen
aufgebaut sein. Durch eine selbstständig funktionierende Steuerungseinheit,
die Teil einer Gebäudeleittechnik
sein kann, insbesondere Teil der Zentral- oder Gruppenbatterieanlage,
lässt sich
die Energiequelle des Unterverteilernetzes oder sogar eines Hauptverteilernetzes
wechselweise zwischen der zentralen Wechselspannungsversorgung aus
dem Versorgungsstromnetz und einer Rückfallenergieversorgung hin-
und herschalten. Um unter Anderem die Gefahr von Kurzschlüssen im
Brandfall durch Reduktion der Leiteranzahl zu verringern, ist es üblich, Beleuchtungskörper nicht
mit zusätzlichen
Steuerungsleitungen auszustatten, sondern die als Endstromkreise arbeitenden
Lampen, Leuchtstoffröhren
und sonstige Licht ausstrahlenden Verbraucher mit Schaltungen anzusteuern,
so dass aufgrund zum Beispiel der Versorgungsspannung ein selbsttätiges Ein-
und Ausschalten der Beleuchtungskörper ermöglicht wird.
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Sehr
detaillierte Ausführungen
lassen sich in der DIN VDE 0108, insbesondere Teil 1, von 1989 finden, die
zwischenzeitlich Revisionsbearbeitungen unterzogen worden ist. Die
zuvor erörterten
Systembeschreibungen und schaltungstechnischen Bezeichnungen lassen
sich aus der DIN VDE 0108 in ihren zahlreichen Revisionen entnehmen,
die das normenrechtliche Korsett für sicherheitsrelevante Endstromkreise
wie Beleuchtungskörper
bildet. Auf den Inhalt der Norm wird zur Bestimmung der Begrifflichkeiten
und der geforderten Ablaufdiagramme voll inhaltlich durch ihre Referenzierung
hingewiesen. Insbesondere Bereitschaftslichtleuchten und Dauerlichtleuchten,
die gemischt in einem Endstromkreis eines Gebäudes zusammengefasst sind,
müssen
normenkonform ansteuer- und
betreibbar sein. Hierzu wird ein Sender- und Empfängersystem
genommen, das leitungsgebunden anhand der Versorgungsleitungen die
endseitigen Verbraucher ein- und ausschalten kann bzw. die endseitigen
Verbraucher ggf. Informationen an zentrale Steuereinrichtungen zurückschicken können. Im
einfachsten Falle ist es ausreichend, dass die Beleuchtungskörper steuerbar
sind, ohne dass die Beleuchtungskörper Informationen zurücksenden.
In einphasigen Gebäudeinstallationen
sind somit wenigstens drei Leitungen vorgesehen, nämlich eine
Leitung, über
die in der Regel eine Wechselspannungsphase übertragen wird, eine Leitung,
die als Nullleiter dient, und eine Leitung, die als Schutzleiter
dient. Bei einem Betriebszustandswechsel, zum Beispiel in einem
Notfall, stellen die gleichen Leitungen die Verbindung zwischen
Sender und Empfänger
her, jedoch werden wenigstens in einem dritten Betriebszustand zwei
der drei Leitungen mit einer Gleichspannung beaufschlagt, so dass
in diesem Betriebszustand die Bezeichnungen der Leitungen, obwohl
sie die gleichen Leitungen bleiben, anzupassen wären. Um nicht permanent zwischen
den Bezeichnungen für
ein und die gleiche Leitung wechseln zu müssen, wird im Folgenden zur
Förderung
des leichteren Verständnisses
der Erfindung von Phasenleiter, Nullleiter und Erdleiter bzw. geerdetem
Leiter gesprochen, auch wenn in dem gerade betrachteten Betriebszustand
keine ausschließliche
oder reine Wechselspannungsversorgung der Endstromkreise gegeben
sein sollte. In einem zweiten Betriebszustand können je nach Schaltungsrealisierung
auf den Leitungen eine Wechselspannung, eine gepulste Gleichspannung
oder eine Dauergleichspannung bzw. entsprechende Mischformen aufgeprägt worden
sein. Im ersten Betriebszustand liegt in dem entsprechenden Unterverteilernetz
oder Hauptverteilernetz die Wechselspannung aus dem Versorgungsstromnetz
an.
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Aus
der
EP 0 939 476 B2 (Patentinhaberin:
Inotec Sicherheitstechnik GmbH; Prioritätstag: 25.02.1998) ist es bekannt,
den Wechsel der Spannung im Unterverteilernetz gemäß den
2a–
2c von einer reinen Sinusspannung über eine
gepulste Gleichspannung zu einer Dauergleichspannung dahingehend
zu nutzen, den Beleuchtungskörpern
den Betriebszustandswechsel zu signalisieren. Hierzu wird mit Vollweggleichrichtern
gearbeitet. Verfahren, die insbesondere mit einem Schwellwertschalter
auf das Herabsenken oder Ausblenden von einzelnen Sinushalbwellen
für angeschlossene
Leuchtstofflampen reagieren, sind den Druckschriften
DE 29 04 875 B2 (Anmelder:
Friemann und Wolf GmbH; Anmeldetag: 09.02.1979),
DE 29 33 596 C2 (Patentinhaberin:
Friemann und Wolf GmbH; Anmeldetag: 18.08.1979) und
DE 29 47 008 A1 (Anmelderin:
Friemann und Wolf GmbH; Anmeldetag: 22.11.1979) zu entnehmen. Drei
weitere mögliche
Verfahren, die sich auf die Spannung auf der Energieversorgungsleitung
konzentrieren, sind in der
DE
28 35 549 A1 (Anmelder: Rasmusen; Prioritätstag: 15.08.1977)
beschrieben. Ebenfalls drei verschiedene Arten, die Wechselspannung
zu beeinflussen und damit ein Steuersignal über die Versorgungsenergie
an die Beleuchtungskörper zu
senden, ist der
EP
1 066 690 B1 (Patentinhaberin: CEAG Sicherheitstechnik
GmbH; Prioritätstag: 31.01.1998)
zu entnehmen.
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Die
EP 1 066 690 B1 stellt
in den
4a bis
4c ein
erstes spannungsabhängiges
Verfahren vor, das mit einer Amplitudenverringerung arbeitet. In
den
5a bis
5c wird
ein zweites spannungsabhängiges
Verfahren vorgestellt, dass in die Länge der Sinuskurvenwegschaltung
ein den Adresscode eines ausgewählten Verbrauchers
kodiert. Alternativ wird in den
8a bis
8c ein Verfahren vorgestellt, bei dem Halbwellen
umgeklappt werden, ob über
die Länge
der Halbwellenumklappung den Adresscode eines Verbraucher auszudrücken. Auf
einem ähnlichen
Prinzip basiert das Halbwellenabscheiden des Verfahrens der
DE 28 35 549 A1 , bei
dem in einer Halbwellenanzahl eine Adresscodierung für einen
Verbraucher ausgedrückt
wird.
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Demgegenüber wird
in der
EP 0 939 476
A2 die Schaltinformation darin gesucht, dass ein kompletter Wechsel
der Spannungsart durchzuführen
ist. Identifiziert das Vorschaltgerät den Wechsel von einer Wechselspannung
auf eine Art von Gleichspannung, dann sollen die nachgeschalteten
Glühlampen
der Bereitschaftslichtleuchten einschalten.
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Ein ähnlich geartetes Übertragungsverfahren,
das neben den beiden aus der
EP 0 939 476 A2 bekannten Betriebsarten Bereitschaft
und Dauerlicht der Notlichtanlage darüber hinaus auch noch eine modifizierte
Bereitschaft kennt, ist in der
DE 198 34 304 A1 (Anmelderin: Dr.-Ing. Willig
GmbH; Offenlegungstag: 17.02.2000) beschrieben. In dem Hauptanspruch
der Patentanmeldung wird allgemein von der Übertragung einer Kodierung,
also eines Informationssignals, auf den Leitungen gesprochen.
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Verlässt man
den technischen Bereich der Notlichtanlagen und blickt sich um,
welche sonstigen Übertragungsverfahren
auf Wechselstromleitungen zur Signalübertragung bekannt sind, stößt man auf
die
FR 2 844 625 A1 (Anmelderin:
SOMFY SAS Société PAS;
Anmeldetag: 16.09.2002), die
EP 1 675 274 A1 (Anmelder: Wilfried Beck;
Prioritätstag:
22.12.2004) und die
DE
199 48 937 A1 (Anmelderin: Insta Elektro GmbH & Co. KG; Anmeldetag:
11.10.1999).
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In
der
DE 24 28 173 A1 (Anmelder:
Helmut Wappler; Anmeldetag: 11.06.1974) wird beschrieben, dass Thyristoren,
z. B. in antiparalleler Schaltung, dazu verwendet werden können, Stromhalbwellen
und Vielfaches von Stromhalbwellen auf Wechselspannungsleitungen üblicher
Gebäudespannungsniveaus
auszublenden, damit Steuersignale mit erhöhter Störsicherheit zwischen einem
Signalgeber und einem Signalempfänger übertragen
werden können.
Eine Weiterentwicklung dieses Prinzips ist in der
EP 0 893 941 A2 (Anmelderin: Elektrobau
Oschatz GmbH & Co.
KG; Prioritätstag:
21.07.1997) im Rahmen von Beleuchtungsanlagen der Straßenbeleuchtungstechnik
beschrieben, durch das Adresskodierungen an als Slavemodule bezeichnete Vorschaltgeräte gesendet
werden können.
Das „Dunkeltasten" wird entweder als
binär 0
oder binär
1 von dem Slavemodul interpretiert. Das letztgenannte Übertragungsprinzip
ist aber im Bereich der Sicherheitsbeleuchtungstechnik nicht einsetzbar,
denn normungsgemäß müssen alle
Beleuchtungskörper
ausreichend schnell einschaltbar sein und gleichzeitig ist ein Flackern
in der Zwischenzeit nicht erlaubt.
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Aus
der Tatsache, dass die zitierten Druckschriften nahezu sämtlich deutsche
Anmelderinnen aufweisen, lässt
sich die unausgesprochene Annahme mutmaßen, von einer hohen Versorgungsqualität, insbesondere
im Bezug auf die Spannungsgüte,
aus dem Versorgungsstromnetz ausgehen zu können. Sicherheitsbeleuchtungskörper werden
aber in zunehmendem Maße
auch in Gebieten eingesetzt, in denen die Energieversorgungsqualität nicht
mehr in der gewohnten Art wie in bundesdeutschen bzw. zentraleuropäischen Großstädten vorzufinden
ist. Es konnte schon gelegentlich beobachtet werden, dass einige
der dargelegten spannungsabhängigen Übertragungsverfahren
bei geringerer Versorgungsspannungsqualität Beleuchtungskörper einschalten,
die noch gar nicht einzuschalten sind, weil der abzufangende Notfall,
z. B. eine zentrale Stromunterbrechung, eigentlich noch nicht eingetreten
ist. Im Extremfall kann eine Belastung der als Rückfallgleichstromenergiequelle
arbeitenden Konstantenergiequelle, die auch als Ersatzstromquelle
in Fachkreisen bezeichnet wird, auftreten, die zu einer Verkürzung der
Sicherheitsbeleuchtungszeit für
den tatsächlichen
Notfall führt.
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Eine
weitere steuerungstechnische Alternative aus dem Sicherheitsbereich
ist der
DE 197 25
710 A1 (Anmelder: Larcher et al.; Prioritätstag: 01.07.1996)
zu entnehmen, die aber unter Anderem vorschlägt, einen Betriebsübertragungswechsel,
also Umschaltvorgang in den Versorgungsleitungen, durchzuführen. In
den Steuerabschnitt wird aufgrund der Hochohmigkeit des Senders
unnötig
Energie des Versorgungsstromnetzes umgewandelt. Das vorgeschlagene
Verfahren basiert auf einem „Handshake"-Prinzip. Ein weiteres
Problem lässt
sich aus der
DE 38
28 272 A1 (Anmelderin: Siemens AG; Anmeldetag: 19.08.1988)
entnehmen, nämlich Übertragungsfehler
aufgrund von Laufzeiteigenschaften auf den Leitungen. Es ist weltweit
die Tendenz zu beobachten, dass in Metropolen immer größere Gebäudeeinheiten
gebaut werden, so dass die spezifizierten Versorgungsleitungslängen kontinuierlich
zunehmen. Vorteilhaft sind der Druckschrift Spulenwicklungsanordnungen
mit weiteren Bauteilen, wie zum Beispiel Kondensatoren, zu entnehmen,
die bei Gleichspannungsnetzen funktionstüchtig sein sollen. Auf den
Offenbarungsumfang in Bezug auf die Schaltungsvarianten wird voll inhaltlich
durch diese Referenz aus Lesbarkeitsgründen hingewiesen.
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Die
Verbindung bzw. das Übertragungsverfahren
muss eine gewisse Zuverlässigkeit
garantieren. Für sicherheitskritische
Netze, auf die weitere Verbraucher aufgeschaltet werden, sind unsichere
Verbindungen nicht akzeptabel.
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Es
ist also der Bedarf gegeben, bei zusehends komplexeren Energieversorgungsnetzen
im Endstrombereich mit einer größeren Anzahl
Verteilern ein Kommunikationsverfahren anbieten zu können, das
selbst sicherheitskritische Energieverbraucher wie Bereitschaftslichtleuchten
betreibbar machen kann. Das Kommunikationsverfahren und ein Netz
auf Basis des Kommunikationsverfahrens sollen eine hohe Zuverlässigkeit
aufweisen. Nach einer Idealvorstellung ist das Kommunikationsverfahren
möglichst
einfach gestaltet, so dass auf wenige elektronische und elektrische
Bauteile für
die Implementierung, z. B. in Vorschaltgeräten, zurückzugreifen ist. Erschwerend
kommt hinzu, dass Sender- und Empfangsmodule von einem Hersteller
produziert werden, der häufig
nicht genau bestimmen kann, was Elektroinstallateure mit seinen
Geräten
unternehmen, insbesondere welche Verbraucher angeschlossen werden.
Tritt ein Schadensfall ein, vielleicht sogar mit Personenschäden, wird
trotzdem versucht, auf den Hersteller einzelner Komponenten für Sicherheitsbeleuchtungsanlagen
zurückzugreifen,
weil Produkthaftungsüberlegungen
gerne weithin praktiziert werden. Als weitere Rahmenbedingungen
sind die in den einschlägigen
Normen vorgegebenen Reaktions-, Steuer- und Einschaltzeiten zu beachten.
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Die
erfindungsgemäße Aufgabe
wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Ein erfindungsgemäßes Kommunikationssystem
wird in Anspruch 12 vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen lassen
sich den abhängigen
Ansprüchen
entnehmen.
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Das
vorliegende Steuerungsverfahren dient zur Steuerung einer Notlichtbeleuchtungsanlage.
Hierzu werden die Energieversorgungsleitungen der Notlichtbeleuchtungskörper verwendet.
Die Energieleitungen werden zur Übertragung
von Schaltinformationen neben der reinen bzw. tatsächlichen
Energieversorgung verwendet. Auf den Energieleitungen ist in einem
Wechselspannungsbetrieb eine Wechselspannung. Während eines Gleichspannungsbetriebs
liegt zwischen den Energieleitungen eine Gleichspannung vor.
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Einzelne
Energiepakete auf den Energieleitungen werden weggeschaltet. Sie
können
nach einer alternativen Ausgestaltung auch kurzgeschlossen werden.
Hierdurch dienen die Energieleitungen gleichzeitig als Steuerleitungen.
Die Energieleitungen setzen sich aus wenigstens einer Hinfluss-
und einer Rückflussleitung
zusammen. Die Rückflussleitung
kann der Nullleiter sein. Im Wechselspannungsbetrieb liegen somit
eine Phasenleitung und ein Nullleiter vor. Die diversen Leitungen
bilden ein Leitungsnetz. In dem Leitungsnetz gibt es wenigstens
einen Endstromkreis. Ein solcher Endstromkreis umfasst einen Beleuchtungskörper. Während des
Wechselspannungsbetriebs wird wenigstens ein Teil der Schaltinformation
durch ein kurzzeitiges Unterbrechen bewirkt. Eine Zufuhr eines Stroms
zu dem Endstromkreis wird damit unterbrochen. Im regulären Wechselspannungsbetrieb
durchläuft
der Strom sonst zu dem Unterbrechungszeitpunkt den Nulldurchgang. Sonst
würde also
ein Nulldurchgang vorliegen. Gleichzeitig während des Unterbrechens wird
eine elektrische Verbindung zwischen wenigstens zwei der Energieleitungen
hergestellt. Die Verbindung ist über
ein geeignetes elektrisches Mittel, herstellbar. Die elektrische
Verbindung ist insbesondere über
wenigstens ein elektrisches Bauteil herstellbar. Schaltungstechnisch
wird zwischen den Leitungen, vorzugsweise verbraucherseitig, d.
h., hinter der Unterbrechungsstelle, die zuschaltbare Verbindung
geschaffen.
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Der
Empfänger
ist mit einem Nullwertdetektor für
die Versorgungsspannung ausgestattet. Die Schaltinformation bildet
sich durch das Wegschalten möglichst
exakt im Nullpunkt der Wechselspannung oder des Wechselstroms. Die
Energieversorgung wird wieder möglichst
exakt im Bereich des Nullpunktes des Wechselspannungsverlaufes oder
des Wechselstromverlaufs zugeschaltet. Einzelne Phasenabschnitte
können
somit als fehlerhafte Schaltinformationen erkannt werden.
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Die
Wegschaltprozedur zum Wegschalten der einzelnen Energiepakete wird
jedoch nicht nur einmal durchlaufen, sondern sie wird wenigstens
zweifach durchlaufen. Die Wegschaltprozedur tritt somit wenigstens zweifach
innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne, zum Beispiel 600 ms, auf.
Zwischen den einzelnen Wegschaltphasen der Wegschaltprozeduren wird
weiterhin über
die Energieversorgungsleitung eine Wechselspannung übertragen.
Die Wechselspannungsübertragung
umfasst wenigstens eine Phase, also bei zum Beispiel 50 Hz 20 ms.
Obwohl einzelne Energiepakete weggeschaltet werden, kann weiterhin
die Notlichtversorgung in dem betrachteten Gebäudeabschnitt als aufrechterhalten
angesehen werden, denn je nachdem, welche Beleuchtungskörper eingesetzt
werden, findet maximal jeweils eine eine Phase umfassende Dunkeltastung
des Beleuchtungskörpers
statt. Bei einer Versorgungsspannungsfrequenz von 50 Hz ist die Ausschaltzeit
eines auf eine einzelne Phase ansprechenden Beleuchtungskörpers so
kurzzeitig, dass die im Gebäude
anwesenden Personen die kurzzeitige Dunkelphase kaum bewusst wahrnehmen.
Durch Energiespeicher wie Kondensatoren können die Dunkeltastungen an
den Beleuchtungskörper
sogar ausgeblendet werden. Der Benutzer merkt nicht das Wegschalten
einzelner Phasen. Durch die doppelte durchlaufene Wegschaltprozedur
sind somit an dem Empfänger
wenigstens vier gleich große
Energiepakete zu überwachen.
Erst wenn alle Energiepakete als „gut" quittiert worden sind, wird die Schaltinformation
als akzeptable Schaltinformation gewertet. Trotz einfachem Übertragungsverfahren
kann eine sichere kommunikative Verbindung über eine leitungsgeführte Datenübertragung
im Rahmen der Energieversorgung garantiert werden. Selbst qualitativ
schlechtere Versorgungsnetze haben fast keine Auswirkung auf die
Zuverlässigkeit
des Steuerungsverfahrens.
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In
der Phase des Wechselspannungsbetriebes wird betragsmäßig ein
gleich großes
positives Energiepaket wie auch betragsmäßig ein gleich großes negatives
Energiepaket so weggeschaltet, dass die Energiepakete nicht zu den
wenigstens einen Endstromkreis umfassenden Notlichtmitteln bzw.
den Beleuchtungskörpern
gelangen. Ein Energiepaket wird als gleich groß zu einem weiteren Energiepaket
betrachtet, wenn die wattmäßige Abweichung
weniger als 20% zueinander beträgt.
Die Schaltinformation verbirgt sich in einer Ausgestaltung in dem
gleichmäßigen Wegschalten
gleich großer
Energiepakete. Das erfindungsgemäße Verfahren
zeichnet sich durch ein besonders einfaches Verfahren aus, das jedoch
trotz alledem sehr zuverlässig
ist. In einer alternativen Betrachtungsweise kann von einem Energiewegesystem
im Empfänger
gesprochen werden. Wenn die einzelnen fehlenden Energiepakete in
Bezug auf ihre Ausblendung gleich groß sind, geht der Empfänger von
einer zuverlässigen
Schaltinformation aus.
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Zwischen
den einzelnen weggeschalteten Phasen wird die Energieversorgung
weiterhin sichergestellt. Die dazwischen weiterhin zur Verfügung stehenden
Energiepakete können
bis zu zehn Phasen umfassen. Die Schaltinformation setzt sich aus
mehreren Teilpaketen zusammen. Die Schaltinformation formiert sich dadurch,
dass nach einer Ausgestaltung genau eine Phase lang ein Wegschalten
realisiert wird. Danach findet eine Energieversorgung statt. Wenn
eine oder mehrere vollständige
Phasen durchlaufen sind, findet eine weitere Wegschaltung statt.
Die Wegschaltprozedur pro Auftreten ist vorzugsweise jeweils identisch.
Im Gegensatz zu vielen klassischen Übertragungsverfahren, bei denen
die Schaltinformation bewusst aufmoduliert wird, liegt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
ein Vorteil darin, dass die Schaltinformation durch ein Wegschalten
sichergestellt wird.
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Nach
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Wegschalten beim
Nulldurchtritt des Versorgungsstroms der Sicherheitsstromversorgungsanlage,
der einen wechselsignalmäßigen Verlauf
aufweist, durchgeführt.
Statt den Nullpunkt der Spannung zu detektieren, wird beim Wegschalten
zur Entlastung der Verbraucher das Stromsignal überwacht. Zwar haben viele
Verbraucher einen cos φ von
größer als
0,95, jedoch wird immer noch ein gewisser Blindanteil übertragen,
so dass ein – in
der Regel – nacheilender
Strom dem Wechselspannungssignalverlauf folgt. Erst wenn der Strom
nahezu oder tatsächlich
nicht mehr fließt,
schaltet der Sender die Versorgung zum Empfänger kurzzeitig weg.
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Die
Schaltinformation kann sich somit aus jeweils zwei, eine Phase umfassenden,
ausgeblendeten Teilpaketen des Wechselspannungssignals zusammensetzen.
Wenn in der vorliegenden Erfindung von einem Wechselspannungssignal
gesprochen wird, so sind neben reinen Sinusverläufen auch Spannungsverläufe gemeint,
die hochfrequente Überlagerungen
aufweisen. Trotz des einfachen Verfahrens basiert nach einem Aspekt
die vorliegende Erfindung auf einer zeitlich möglichst präzisen Festlegung des Anfangs
und des Endes eines Teilpaketes der Schaltinformation. Bei einem
50 Hz-Wechselspannungssignal kann das Zeitfenster des Nullspannungsdurchtritts
zum Beispiel auf eine Breite von 0,1 ms festgelegt werden. Mit schneller
arbeitenden Mikrokontrollern, die sowohl im Sender als auch im Empfänger die
Schaltinformationsbearbeitung durchführen, können die Zeitfenster weiter
verkürzt
werden. So lassen sich auch Schaltfensterbreiten von ±10 μs realisieren.
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Der
Empfänger
kann als Zustandsfolger realisiert sein. Ein anderer Begriff für Zustandsfolger
ist auch das englische Wort „State
Machine". Der Empfänger dient
als Ansteuerungseinheit eines Vorschaltgeräts von Beleuchtungskörpern. Die
Zustandsänderung
im Zustandsfolger tritt erst dann ein, wenn die Schaltinformation wenigstens
zweimal komplett in Form von Teilpaketen eine Wegschaltprozedur
durchlaufen hat. Aufgrund dieses Verfahrens kann der Empfänger nicht
nur mit Mikrokontrollern, wie zum Beispiel einem PIC aufgebaut werden,
sondern der Empfänger
lässt sich
auch mit wenigen elektronischen Bauteilen diskret realisieren. Selbst wenn
der Zugang zu den zu verwendenden Mikrokontrollern erschwert ist,
lässt sich
das erfindungsgemäße Verfahren
auch in Gegenden realisieren, in denen Halbleiter nicht so geläufig sind.
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Nach
einem weiteren Aspekt kann der jeweilige Zustandsfolger durch ein
kurzzeitiges, längerfristiges, mehrere
Phasen umfassendes Wegschalten zunächst in einen besonderen Zustand,
wie zum Beispiel einen Resetzustand, gesetzt werden. Der mit einem
Oszilloskop auf den Energieversorgungsleitungen gemessene Verlauf
sähe dann
wie folgt aus: nach einem beliebig langen Wechselspannungssignal,
das von einem Energieversorger zur Verfügung gestellt wird, wird ein
mehrere Phasen umfassendes Wegschalten durchlaufen, danach ein im
Vergleich zur ersten Phase kurzzeitiges Auflegen des Wechselspannungssignals
auf die Energieversorgungsleitungen und danach ein zweifaches oder
mehrfaches jeweils eine Phase umfassendes Wegschalten des sinusförmigen Verlaufs
der Wechselspannung, wobei zwischen den einzelnen weggeschalteten Phasen
die Energieversorgung jeweils wieder sichergestellt wird Somit ist
vor der eigentlichen Schaltinformationsübertragung ein kompletter Reset
aller Beleuchtungskörper
durchführbar.
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Als
weitere Leitung kann ein Schutzleiter vorgesehen sein. Der Schutzleiter
kann ein geerdeter Schutzleiter wie ein Erdleiter sein. Dessen Potenzial
gilt als Referenzpotenzial für
das Wegschalten der Wechselspannung. Der Empfänger kann eine Messung zwischen
dem Referenzpotenzial und der Energieversorgungsleitung durchführen. Im
Falle des Wegschaltens ist die Energieversorgungsleitung potenzialgleich
mit dem Schutzleiter. Somit ist eine zuverlässige Referenzquelle zu wählen.
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Das
Schaltsignal selber befindet sich im Übertragungsfrequenzband der
Wechselspannung. Als Übertragungsfrequenzband
wird jenes bezeichnet, in dem sich die Wechselspannung normungsgemäß bewegen darf,
z. B. 0,2 Hz. Die Signallücke,
die die eigentliche Schaltinformation, aufgeteilt in Teilpaketen,
darstellt, wird somit analog zur Verfügung gestellt und als analoges
Signal von den Energieversorgungsleitungen abgegriffen. Mit dem
Begriff „analog" wird die eigentliche
Signalübertragung
bezeichnet, während
die spätere
Verarbeitung im Empfänger
durchaus durch digitale Verarbeitungsbausteine realisierbar ist.
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Das
leitungsgeführtes
Steuerungsverfahren überträgt während des
Wechselspannungsbetriebs durch ein Unterbrechen der Stromzufuhr
zum Endstromkreis die Schaltinformation. Die Schaltinformation startet
ab dem Nulldurchgang des Stromes, der sich verändert bzw. als Wechselstrom
zu bezeichnen ist. Die Schaltinformation gelangt so an den Endstromkreis.
Die Unterbrechung kann beliebig lang gewählt werden. Sie soll maximal
einige Phasen umfassen. Es kann nach einer alternativen Ausgestaltung
auch reichen, wenn ein einzelner Wegschaltvorgang auch nur eine
Phase dauert.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Steuerungsverfahren
für die
kommunikative Verwendung von Energieleitungen lässt sich eine Notstrombeleuchtungsanlage
bzw. eine Sicherheitsstromversorgung aufbauen. Die Notstrombeleuchtungsanlage
versorgt eine Anlage zur Sicherheitsbeleuchtung. Die Notlichtanlage
kann solche Endstromkreise wie Bereitschaftslichtleuchten, Dauerlichtleuchten
und geschaltete Dauerlichtleuchten umfassen. Ein Energieverteiler,
wie ein Unterverteiler oder ein Hauptverteiler, bezieht seine Energie
in einem ersten Zustand aus einem globalen Energienetz. Es gibt
wenigstens einen Endstromkreis, der sich aus wenigstens einer einschaltbaren
Bereitschaftslichtleuchte und weiteren Schaltkreisen zusammensetzt.
Weiterhin gibt es wenigstens ein Spannungsüberwachungsgerät. Eine
weitere Energiequelle ist für
die netzunabhängige Notfallversorgung
bestimmt, wenn die erste Energieversorgung ausfallen sollte. Das
Auf- und Wegschalten von
einzelnen Phasen erfolgt über
eine Steuerungseinheit. In Abhängigkeit
eines Signals eines Spannungsüberwachungsgeräts erfolgt
die Bildung von Schaltinformationen über die Energieversorgungsleitungen
an die Endstromkreise. Durch ein energetisch ausgeglichenes Wegschalten
der Energieversorgung, sowohl eines positiven Energiepakets als
auch eines in umgekehrter Richtung verlaufendes, also negatives
Energiepakets, wird ein Signal für
eine Schaltinformation gebildet. Die Verarbeitung kann in der Steuerungseinheit
erfolgen.
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Das
leitungsgeführtes
Steuerungsverfahren greift auf wenigstens ein Bauteil zurück, das
während
der Unterbrechung eine elektrische Verbindung zwischen den Leitungen
herstellt. Ein solches Bauteil kann ein Widerstand sein. Das Bauteil
sollte einen dissipativen Charakter haben. Durch diese Schaltungsanordnung
entstehen während
der Unterbrechungslücke
keine unerwünscht
hohen Leerlaufspannungen auf den Energieleitungen hinter der Unterbrechungsstelle.
Ein weiteres Bauteil ist ein Mittel zum Herstellen einer Unterbrechung in
wenigstens einer der Energieleitungen. Ein Bauteil zur Herstellung
der Unterbrechung kann ein schaltbarer Halbleiter sein. Ein Mittel
zur Herstellung der Unterbrechung kann ein Triac oder ein Thyristor
sein. Vorzugsweise hat das unterbrechende Bauteil parallel zu sich
eine schaltbare Brücke.
Während
des Wechselspannungsbetriebs ist durch ein Relais das unterbrechende
Bauteil überbrückbar. Verluste
im Wechselspannungsbetrieb werden verringert, weil im regulären Wechselspannungsbetrieb
Spannungsabfälle,
die zum Beispiel über
einem Thyristor 1,5 V betragen können,
durch das Relais zu kleineren Spannungswerten werden. Es findet
eine Reduzierung der Verluste um mehrere Watt statt.
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Die
Anlage zur Sicherheitsstromversorgung kann eine Mischbetriebsanlage
sein. Mischbetriebsanlagen sind häufig mit Dauerlichtleuchten,
Bereitschaftslichtleuchten sowie geschalteten Dauerlichtleuchten
ausgestattet. Bei dem Empfang einer validen Schaltinformation schalten
die Bereitschaftslichtleuchten, unabhängig von ihrem Ort, also nicht
einzeln adressierbar, nach einer recht kurzen Verarbeitungsdauer
ein. Eine kurze Verarbeitungsdauer ist kürzer als 500 ms. Insbesondere
kann eine Verarbeitungsdauer auch kürzer als 100 ms sein. Bei einer
länger
andauernden Versorgungsspannungsunterbrechung werden die Empfänger der Schaltinformationen
in ihren Ausgangszustand zurückgesetzt.
Die Signalaufbereitung und die Signalverarbeitung können in
Schaltungsteilen erfolgen, die über
Optokoppler galvanisch von den Versorgungsleitungen getrennt sind.
Somit greift die Anlage zur Sicherheitsstromversorgung auf das zuvor
dargestellte leitungsgeführte Steuerungsverfahren
zurück.
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Die
Notstrombeleuchtungsanlage, die mit mehreren Endstromkreisen aufgebaut
sein kann, hat wenigstens einen Energiespeicher, wie zum Beispiel
einen Kondensator. Während
des Wegschaltens der Stromzufuhr entlädt sich wenigstens einer der
Endstromkreise elektrisch. Die Entladung erfolgt durch einen Entladestrom.
Durch die Entladung erfolgt eine Zustandsänderung, insbesondere des Zustandsfolgers.
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Im
Bereich eines Energieverteiler, Energieverteiler werden häufig als
Schaltschränke
oder Schaltanlagen gestaltet, also im Nahbereich des Energieverteilers,
der sich mit zahlreichen Sicherungssträngen aufbaut, kann eine Schaltung
vorgesehen sein, die eine Leerlaufspannungsunterdrückung sicherstellt.
Das Leitungsnetz, mit anderen Worten das Energieverteilungsnetz,
kann im Ergebnis induktiv oder auch kapazitive Eigenschaften aufweisen.
Hierdurch sind selbst im Leerlaufbetrieb, ohne Verbraucher, Leerlaufspannungen festzustellen.
Die Leerlaufspannungen können
unerwünscht
hohe Werte, z. B. mehr als 100 V erreichen, so dass zur weiteren
Steigerung der Sicherheit der Sicherheitsbeleuchtung bzw. der Notstrombeleuchtungsanlage
bewusst, z. B. durch einen Mikrokontroller gesteuert, an einem ausgewählten Verbraucher
die Leerlaufspannungen kurzgeschlossen werden können.
-
Die
Sicherheitsstromversorgungsanlage kann eine elektrische Verbindung
zwischen den Leitungen während
der Unterbrechung durch ein elektrisches Bauelement mit dissipativem
Charakter wie einem Widerstand herstellen. Die Unterbrechung wird
mittels wenigstens einem überbrückbaren
Schaltungsmittel, wie einem Halbleiterbauteil, zum Beispiel einem
Triac oder einem Thyristor, hergestellt. Vorzugsweise im Wechselspannungsbetrieb
ist die Überbrückung des
Unterbrechungsmittels durch ein Relais herstellbar. Ein solches Relais
zeichnet sich durch verringerte elektrische Verluste aus.
-
Die
vorliegende Erfindung kann noch besser verstanden werden, wenn Bezug
auf die beiliegenden Figuren genommen wird, die auch weitergehende
Aspekte offenbaren, wobei
-
1 das
erfindungsgemäße Verfahren
auf einer Wechselspannungsleitung zeigt,
-
2 das
erfindungsgemäße Verfahren
auf einer Wechselspannungsleitung in alternativer Zeitaustastung
zeigt,
-
3 einen
nacheilenden Strom gegenüber
den ausgeschalteten Wechselspannungssignalpaketen zeigt,
-
4 eine
schematische Gebäudeinstallation,
die auf dem erfindungsgemäßen Verfahren
arbeitet, zeigt,
-
5 eine
schaltungstechnische Realisierung interessanter Bereiche einer Schaltanlage
in einem Energieverteiler zeigt und
-
6 schematisch
eine geeignete Empfangsschaltung eines Empfängers darstellt.
-
1 zeigt
ein erfindungsgemäßes Übertragungsverfahren
auf einer mit einer Wechselspannung beaufschlagten Energieleitung
eines Leitungsnetzes, das zum Beispiel in einem Gebäude in Form
einer Gebäudeinstallation
verwendet werden kann. Das Schaltsignal 39 formt sich durch
eine mehrfache Versorgungsspannungsunterbrechung 45 aus,
wobei zwischen den einzelnen Versorgungspannungsunterbrechungen 45 vollständige Phasen 67 der
Wechselspannung 47 als Versorgungsspannung 43 vorhanden
sind. Nach Abschluss einer Phase 67 kann eine Unterbrechung 71,
insbesondere im Nullpunkt 69 der Wechselspannung 47 auftreten.
Die Versorgungsspannung 43 hat somit immer wieder einzelne
Teilpakete 75 eines Schaltsignals 73, wobei die
Teilpakete 75 verschiedenartig sind, um insgesamt ein gültiges Schaltsignal 39 über die
Energieleitungen zu übertragen.
Die Informationsübertragung
während
der anliegenden Versorgungsspannung 43 erfolgt, wenn eine
Wechselspannung 47 gegeben ist. Teile 73 des Schaltsignals
werden in dem Ausblenden bzw. Wegschalten des Versorgungsspannungsverlaufes
gesucht.
-
Unter
einem weiteren Zeitregime zeigt 2 ein ähnliches
Steuerungsverfahren 1, das auf der Phasenleitung einer
erfindungsgemäßen Gebäudeinstallation ähnlich der
dargestellten 1 zu messen ist. Durch ein mehrfaches
Auftreten 85 der Wegschaltprozedur zwischen sonst im Übrigen vorhandenen
Energiepakten 87 erfolgt die Schaltsignalbildung. Die Energiepakete 87 sind
im Falle eines anliegenden Wechselspannungssignals 91 Energieversorgungspakete 89,
die sowohl ein positives wie auch ein negatives Vorzeichen aufweisen.
Insbesondere bei einem cos φ von
nahe 1, zum Beispiel größer als
0,9, ist nahezu eine Gleichzeitigkeit zwischen dem Wechselspannungssignal 91 und
dem entsprechend getriebenen Strom (nicht in der 2 dargestellt)
gegeben.
-
3 zeigt
ein Spannungs-Zeit-Diagramm einer Wechselspannungsübertragung 99.
Auf der Ordinate ist der Spannungsverlauf zwischen –1 und 1
bzw. der hierauf bezogene Stromverlauf 115 einheitenlos
(also auf 1 skaliert) dargestellt, das erfindungsgemäße Verfahren
lässt sich
in jedem bekannten Wechselspannungsnetz einsetzen, sofern die grundsätzliche
Form der Versorgungsspannung 43 bekannt ist. Wie in 3 zu
sehen ist, haben Spannung und Strom eine sehr regelmäßige Periodizität, sodass
von einem schmalbandigen, kleinen Übertragungsfrequenzband fB für
die Grundharmonische der Versorgungsspannung 43 genauso
wie des Stromverlaufs 115 auszugehen ist. Die Versorgungsspannung 43 durchläuft in regelmäßigen Abständen den
Nullpunkt 69. Soll ein Schaltsignal übertragen werden, so wartet
die Schalteinheit auf den nächsten
Nulldurchgang 95 des Stroms. Zu dem Zeitpunkt des Nulldurchgangs 95 des
Stroms wird die Wegschaltprozedur 97 während einer Phase 93 der
Versorgungsspannung 43 durchgeführt. Zum Nulldurchgang 95 des
Stroms (±10%
des Maximalstroms um den Nullpunkt herum) erfolgt das Wegschalten 109 der
Versorgungsspannung 43, sodass in einer nachfolgenden Halbwelle
eine Versorgungsspannungsunterbrechung 45 vorliegt. Bei
einem späteren
Nullpunkt 69 der Wechselspannung findet ein erneutes Weiterleiten
der wechselspannungsartigen Versorgungsspannung 43 an Verbraucher
und Endstromkreise statt. Bei einem weiteren Nulldurchgang 95 des
Stroms kann wieder ein Wegschalten 109 durchgeführt werden,
um das Schaltsignal durch ein weiteres Teilpaket des Schaltsignals
zu vervollständigen.
Durch das phasenabschnittartige Wegschalten während des Nulldurchgangs 95 des
Stroms findet eine entsprechend geringere Belastung der Verbraucher,
Beleuchtungskörper,
und der Endstromkreise mit ihren Vorschaltgeräten statt. in einer weiteren
Ausgestaltung, insbesondere in den Fällen einer geringeren Nacheiligkeit
als der in 3 dargestellten Nacheiligkeit
des durch die Versorgungsspannung 43 getriebenen elektrischen
Stroms (der in einer Ausgestaltung nach 3 mehr als
20° betragen
kann, also bei einer Nacheiligkeit von weniger als 20°) kann sich
das Wegschalten auch an dem Nulldurchgang der Wechselspannung im
Nullpunkt 69 der Wechselspannung orientieren. Bei dem Aufbau
mit universell gestalteten Empfängern
kann die induktive Last des Netzes kurz durchgemessen werden, und
danach kann entschieden werden, ob der Nullwertdetektor auf Spannungsnulldurchgänge oder
auf Stromnulldurchgänge
zum Wegschalten reagieren soll. Das Zuschalten der Wechselspannung
erfolgt in einer Ausgestaltung vorzugsweise während einer weiteren zu erwartenden,
nicht an den Empfängern
anliegenden Wechselspannungsversorgung. Ein möglichst enges Frequenzband
fB ist hilfreich bei der Zuverlässigkeit
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Daher können
auch Frequenzbandfilter eingesetzt werden.
-
Das
in den 1 und 2 dargestellte Übertragungsverfahren,
auch als Steuerungsverfahren 1 bezeichnet, das zur Steuerung
und Verarbeitung in einer Schaltung nach 5 realisiert
werden kann, lässt
sich innerhalb eines Gebäudes 9 im
Rahmen einer Gebäudeinstallation 11 auf
Energieversorgungsleitungen 7 anordnen. Das Steuerungsverfahren 1 nach 1 bzw. 2 arbeitet
zwischen einem Sender 51 und wenigstens einem Empfänger 53,
die ein Kommunikationssystem 49 zwischen einem Energieverteiler 55 und
Beleuchtungskörpern
im Mischbetrieb realisieren. Der Energieverteiler 55 kann
ein Hauptverteiler 57 genauso wie ein Unterverteiler 59 sein.
Der Energieverteiler 55 schaltet auf Grund von Informationen
eines oder mehrerer Spannungsüberwachungsgeräte 113 zwischen
verschiedenen Energiequellen. Die in der 5 dargestellten
Gleichspannungsquellen BAT+, BAT– können als Energiequellen 61 konkret
durch eine Konstantenergiequelle 63, zum Beispiel in Form
von Batterien, als auch als eine Brennstoffzellenergiequelle 65 realisiert werden.
Die Energiequelle 61 stellt eine Spannung zwischen dem
Nullleiter N und einer ursprünglich
eine Phase führenden
Leiter des Energieverteilers 55 her. Das Leitungsnetz 13 dient
zur Energieversorgung von Verbrauchern 17. Mit entsprechenden
Sendern 51 und Empfängern 53 lässt sich
eine Notstrombeleuchtungsanlage bzw. eine Sicherheitsstromversorgungsanlage 35,
zum Beispiel als Notlichtbeleuchtungsanlage 37, realisieren.
Hierzu werden Schaltinformationen 41 auf der Versorgungsleitung
L' übertragen.
Das Steuerungsverfahren nach 1 bzw. 2 greift
auf die Energieleitung 3 nach 5 zurück, um Energie
an wenigstens einen Endstromkreis 25 zu liefern. Geeignete
Endstromkreise 25 sind Beleuchtungskörper 29 oder auch
Dauerlichtleuchten 33. Dauerlichtleuchten 33 können durch
Vorschaltgeräte
U1 betrieben werden. Das Kommunikationssystem 49 mit dem
erfindungsgemäßen Steuerungsverfahren
basiert auf Schaltsignalen, die durch ein Wegschalten der Energieversorgung
realisiert werden. Das Wegschalten erfolgt kurzzeitig. Über entsprechende
Bauteile, wie zum Beispiel einen Triac T1 (nach 5)
oder einem entsprechenden Relais können einzelne Halbwellen, komplette
Phasen, und mehrfach auftretende Phasen sowie sich entsprechend
zusammensetzende Schaltsignale von den Energieleitungen 3 (siehe 5)
der Energieversorgungsleitungen 7 (siehe 4) heruntergenommen
werden. Durch entsprechende Kondensatoren bzw. Energiespeicher in
den Endstromkreisen kann ein Flackern der Beleuchtungskörper 29 vermieden
werden. Mit dem erfindungsgemäßen Steuerungsverfahren
lässt sich
auf regulären
Energieleitungen 3 eine Mischbetriebsanlage betreiben.
Das Leitungsnetz 13 setzt sich aus mehreren Leitern L', N' und PE bzw. L'', N'' und PE'' zusammen.
-
5 zeigt
ausschnittsweise Schaltungselemente, die im Bereich eines Energieverteilers,
wie einem Hauptverteiler oder einem Unterverteiler, dazu angeordnet
werden, wahlweise zwischen einer Wechselspannungsquelle, symbolisiert
durch die Buchstaben L und N, und einer Konstantenergiequelle, symbolisiert
durch die Buchstaben BAT+, BAT–,
hin- und herzuschalten. Die Energie aus einer der Energiequellen,
Wechselspannungsquelle oder Gleichspannungsquelle, können an
ein elektronisches Gerät 79,
das zum Beispiel ein Zustandsfolger 81 sein kann, gelangen.
Die Schaltung arbeitet mit einem Referenzpotenzial 77, 77', das entweder
vom Nullleiter N, dem Energierückflussleiter
bzw. der Energierückflussleitung 21,
die im regulären
Wechselspannungsbetrieb die Phasenleitung N' ist, oder dem Schutzleiter PE abzugreifen
ist. Die Anschlüsse,
wie TRIAC1+, TRIAC1– und
CLR, können
an einen (in der 5 nicht dargestellten) Mikrokontroller
herangeführt werden.
In dem Mikrokontroller läuft
ein Analyse- und Auswerteprogramm zur Nullwertdetektion ab. Sollen
einzelne Halbwellen an das elektronische Gerät 79 über die
Sicherungen F1, F2, die auch Sicherungsautomaten oder Fehlerschutzleiter
(normungsabweichend) sein können,
gelangen, so wird der als Durchgangsleiter betriebene Triac T1 durchgeschaltet.
Der Triac T1 ist über
das Relais K2, das als TRIAC-Kurzschlussschalter
arbeiten kann, brückbar.
Dies reduziert die Verlustleistung im regulären Betrieb, die anderenfalls
ohne Brückung über den
Triac T1 abfallen würde.
Der (nicht dargestellte) Mikrokontroller ist galvanisch entkoppelt, über galvanische
Trennglieder U2, U3, OK4, vor der Mittelspannung auf den Leitungen
L, N geschützt.
Soll ein Steuerstrom für
eine entsprechende Phase an den Triac T1 gelangen, so wird über die
Diac-Optokoppler U2, U3 die entsprechende Halbwelle durch die Dioden
D1, D2 durchgeschaltet. Ein ausreichender Zündstrom für den Triac T1 kann über den
Spannungsabfall an der Impedanz R1 sichergestellt werden. Der (nicht
dargestellte) Mikrokontroller schaltet weiterhin die Relais K1,
K2. Die Komponenten, wie Mikrokontroller, Relais K1, K2 bilden zusammen
einen Steuerungseinheit 111. Durch ein Umschalten des Relais
K1 kann von einem Wechselspannungsbetrieb O1, O2 auf einen Gleichspannungsbetrieb
S1, S2 um– und
wieder zurückgeschaltet
werden. Die Triac-Brücke
wird – entsprechend
der Beschriftung – gleichartig
betrieben. Parallel zu dem als Verbraucher arbeitenden elektronischen
Gerät 79 ist
ein Leerlaufspannungsunterdrücker 83 angeordnet.
Der Leerlaufspannungsunterdrücker 83 umfasst
ein einbindendes Glied bzw. ein einbindendes Mittel, wie zum Beispiel
eine Gleichspannungsbrücke 62,
und spannungskurzschließende
Glieder wie ein MosFET Q2 und eine Kurzschlusslast R7. Die Gatespannung
für den
MosFET Q2 wird über
eine Impedanz R8 parallel zu einer Zenerdiode D7 eingestellt. Das
aus dem Anschluss CLR stammende Schaltsignal für die Kurzschlussspannungsunterdrückung wird über einen
Optoverstärker
OK4 galvanisch entkoppelt auf den Schalter Q2 durchgeleitet. Der
sich hieraus bildende Leerlaufspannungsunterdrücker 83 verbindet
hinter der Unterbrechungsstelle die beiden Leitungen L, N' elektrisch und reduziert
die Induktionsspannungen auf den Leitungen. Um die diversen elektronischen
Bauteile herum sind, wie für
einen Elektroniker aus dem Schaltplan zu erkennen, entsprechende
Widerstände
R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 anzuordnen. Die Referenzpotenziale 77, 77' dienen unter
anderem zur Auswertung des genauen, anliegenden Spannungssignals
bzw. des Stromflusses. Die doppelt genutzten Energieversorgungsleitungen 7 sind
sowohl mit den Symbolen L, N' für eine Wechselspannung
als auch +, – für eine Gleichspannungsversorgung
ausgestattet. Die Energieleitungen 3 werden über die
Schalter des Relais K1 wahlweise durchgeschliffen. Die Energieversorgung 15 kann
aus unterschiedlichen Energiequellen stammen, wie zum Beispiel dem
Stromnetz eines Energieversorgers. Durch ein erfindungsgemäßes Schaltgerät als Steuereinheit
sind unterbrechbare Leitungsführungen 5 durchgeschliffen,
so dass die Energie aus einer Energiequelle 15 an das elektronische
Gerät 79 bis
auf bewusst gewählte
Unterbrechungen permanent gelangen kann. Die weiteren Besonderheiten
der in einem Energieverteiler anzuordnenden Schaltung nach 5 ergeben
sich für
einen Elektroniker aus dem offenbarten Schaltplan, der auf gängige Symbole
und Schaltungsdarstellungen zurückgreift.
Die Energieversorgungsleitungen 7 sind somit gleichzeitig
hinter der Einspeisestelle des Senders wenigstens eine Steuerleitung 23.
Natürlich
können
neben den beiden Leitungen, Energieversorgungsleitung 7 und
energetische Rückflussleitung 21 weitere
Leitungen 19, wie zum Beispiel ein Schutzleiter PE vorgesehen
sein.
-
6 zeigt
einen Verbraucher 17 in der Form eines Endstromkreises 25.
Der Endstromkreis 25 umfasst unter anderem eine mit ihrem
Sockel angedeutete Bereitschaftslichtleuchte 103. Die Bereitschaftslichtleuchte 103 lässt sich über Anschlusspinne
X3-1, X3-2, X3-3, X3-4 an das elektronische Gerät, das in der Form eines Vorschaltgeräts U1 mit
weiteren Bauteilen und Komponenten, wie eine Rechnereinheit 101 und
ein Nullwertdetektor 105, integriert sein kann, elektrisch
anbinden. Das Vorschaltgerät
U1 arbeitet mit einer Gleichspannung UZ,
es reagiert auf Schaltinformationsverarbeitungsergebnisse S. Im
normalen Betrieb befindet sich das Vorschaltgerät U1 in seinem Ausgangszustand 107.
In einer Rechnereinheit 101, die wie eine State Machine
gestaltet ist, können
mehrere Betriebszustände
Z1, Z2, Z3, je nach Schaltsignalübertragung,
eingenommen werden. Die Rechnereinheit 101, die z. B. ein Mikrokontroller
mit Peripherie sein kann, umfasst einen Nullwertdetektor 105. Über eine
Gleichrichterbrücke
B1 wird ein lokales Nullpotenzial GND erzeugt, das als Nullpotenzial
für die
elektronischen Schaltungen dient. Der Nullwertdetektor 105 ist
mit einem aus wenigstens zwei passiven Bauelementen, wie Widerständen R9,
R10 realisierten Spannungsteiler versorgt und angefahren. Eine Zehnerdiode
D8 begrenzt den Spannungsabfall. Je nach Ausgestaltung kann der
Nullwertdetektor 105 ein Spannungsnullwertdetektor oder
ein Nullstromdetektor sein. Die Wahl, welcher Nullwertdetektor 105 zu realisieren
ist, kann in Abhängigkeit
der als L2 angedeuteten Spule bzw. in Abhängigkeit der Induktivität des Endstromkreises 25 gewählt werden.
Die Bauteile CX, L2, R12, R11 stellen Wechselspannungsstabilisierer
für die
nachfolgenden Schaltkreise wie das Vorschaltgerät U1 und die Rechnereinheit 101 dar.
Hierdurch wird das EMV-Verhalten verbessert. Der spannungsabhängige Widerstand
R11 stabilisiert Spannungsschwankungen in der Versorgungsspannung.
Der Kondensator CX stellt einen Energiespeicher dar. Bei so genannten
Sinuslücken
bzw. weggeschalteten Halbwellen bleibt zeitweilig aus dem Kondensator
CX über
die Spule 12 ein weiterer Versorgungsstrom, der an das
Vorschaltgerät
U1 fließt,
sodass das Flackern in der Bereitschaftslichtleuchte 103 möglichst
gering, idealerweise möglichst
gar nicht auftretend ist. Durch die Auskoppelung vor dem Kondensator
kann trotzdem der entsprechende Nullwert der Spannung oder des Stroms
durch den Nullwertdetektor 105 über den Spannungsteiler R9,
R10 sicher detektiert werden.
-
Obwohl
schematisch nur jeweils eine Schaltung für den Sender und den Empfänger dargestellt
worden sind, versteht jeder Fachmann von selbst, dass zu einzelnen
Aspekten auch ähnlich
funktionierende Schaltungen als Sender oder Empfänger realisiert werden können. Statt
einen Triac einzusetzen, können
auch andere Leistungshalbleiter als Schaltglieder verwendet werden.
Die Rechnereinheit
101 kann z. B. diskret, mit Mikrokontroller
oder als analoge Rechnereinheit realisiert werden. Die mit der Rechnereinheit
realisierte State Machine kann auch für einfache Aufgaben durch einen
Flip-Flop realisiert
werden. Bezugszeichenliste:
| Bezugszeichen | Bedeutung | Verwendete
Figur |
| 1 | Steuerungsverfahren | Fig.
1, Fig. 2 |
| 3 | Energieleitungen | Fig.
5 |
| 5 | Leitungsführung | Fig.
5 |
| 7 | Energieversorgungsleitung | Fig.
5, Fig. 4 |
| 9 | Gebäude | Fig.
4 |
| 11 | Gebäudeinstallation | Fig.
4 |
| 13 | Leitungsnetz | Fig.
4 |
| 15 | Energieversorgung | Fig.
5 |
| 17 | Verbraucher | Fig.
4, Fig. 6 |
| 19 | Weitere
Leitung | Fig.
5 |
| 21 | Energetische
Rückflussleitung | Fig.
5 |
| 23 | Steuerleitung | Fig.
5 |
| 25 | Endstromkreis | Fig.
4, Fig. 6 |
| 29 | Beleuchtungskörper | Fig.
4 |
| 33 | Dauerlichtleuchten | Fig.
4 |
| 35 | Notstrombeleuchtungsanlage
bzw. | Fig.
4 |
| | Sicherheitsstromversorgungsanlage | |
| 37 | Notlichtbeleuchtungsanlage
bzw. | Fig.
4 |
| | Sicherheitsbeleuchtungsanlage | |
| 39 | Schaltsignal | Fig.
1 |
| 41 | Schaltinformation | Fig.
4 |
| 43 | Versorgungsspannung | Fig.
1 |
| 45 | Versorgungsspannungsunterbrechung | Fig.
1, Fig. 3 |
| 47 | Wechselspannung | Fig.
1 |
| 49 | Kommunikationssystem | Fig.
4 |
| 51 | Sender | Fig.
4 |
| 53 | Empfänger | Fig.
4 |
| 55 | Energieverteiler | Fig.
4 |
| 57 | Hauptverteiler | Fig.
4 |
| 59 | Unterverteiler | Fig.
4 |
| 61 | Energiequelle | Fig.
4 |
| 63 | Konstantenergiequelle | Fig.
4 |
| 65 | Brennstoffzellenenergiequelle | Fig.
4 |
| 67 | Phase | Fig.
1 |
| 69 | Nullpunkt
der Wechselspannung | Fig.
1, Fig. 3 |
| 71 | Unterbrechung | Fig.
1 |
| 73 | Teil
eines Schaltsignals | Fig.
1 |
| 75 | Teilpakete
des Schaltsignals | Fig.
1 |
| 77 | Referenzpotenzial | Fig.
5 |
| 77' | Referenzpotenzial | Fig.
5 |
| 79 | Elektronisches
Gerät | Fig.
5 |
| 81 | Zustandsfolger | Fig.
5 |
| 83 | Leerlaufspannungsunterdrücker | Fig.
5 |
| 85 | Auftreten
der Wegschaltprozedur | Fig.
2 |
| 87 | Energiepaket | Fig.
2 |
| 89 | Energieversorgungspaket | Fig.
2 |
| 91 | Wechselspannungssignal | Fig.
2 |
| 93 | Phasenanschnitt | Fig.
3 |
| 95 | Nulldurchgang
des Stroms | Fig.
3 |
| 97 | Wegschaltprozedur | Fig.
3 |
| 99 | Wechselspannungsübertragung | Fig.
3 |
| 101 | Rechnereinheit | Fig.
6 |
| 103 | Bereitschaftslichtleuchte | Fig.
6 |
| 105 | Nullwertdetektor | Fig.
6 |
| 107 | Ausgangszustand | Fig.
6 |
| 109 | Wegschalten | Fig.
3 |
| 111 | Steuerungseinheit | Fig.
5 |
| 113 | Spannungsüberwachungsgerät | Fig.
4 |
| 115 | Stromverlauf | Fig.
3 |
| B1 | Gleichrichterbrücke | Fig.
6 |
| B2 | Gleichrichterbrücke | Fig.
5 |
| BAT+,
BAT– | Notfallversorgung | Fig.
5 |
| CLR | Steuereingang,
insbesondere zur | Fig.
5 |
| | Leerlaufspannungsunterdrückung | |
| CX | Energiespeicher
wie Kondensator, insbesondere im | Fig.
6 |
| | Endstromkreis | |
| D1 | Diode,
insbesondere Halbwellenglied | Fig.
5 |
| D2 | Diode,
insbesondere Halbwellenglied | Fig.
5 |
| D7 | Zenerdiode,
insbesondere zur Erzeugung der | Fig.
5 |
| | Gatespannung | |
| D8 | Zenerdiode | Fig.
6 |
| F1 | Sicherung,
insbesondere Schmelzsicherung | Fig.
5 |
| F2 | Sicherung,
insbesondere Schmelzsicherung | Fig.
5 |
| fB | Übertragungsfrequenzband | Fig.
3 |
| GND | Lokales
Nullpotenzial | Fig.
6 |
| | Stromzufuhr | Fig.
6 |
| N | Nullleiter | Fig.
5 |
| N' | Energierückflussleitung | Fig.
5, Fig. 4 |
| N'' | Unterversorgungsnullleiter | Fig.
4 |
| K1 | Relais,
insbesondere Betriebsartschalter | Fig.
5 |
| K2 | Relais,
insbesondere Triac-Kurzschlussschalter | Fig.
5 |
| L | Phasenleiter | Fig.
5 |
| L' | Versorgungsleitung | Fig.
4 |
| L'' | Unterversorgungsnetzleitung | Fig.
4 |
| L2 | Spule | Fig.
6 |
| O1,
O2 | Wechselspannungsbetrieb | Fig.
5 |
| OK4 | Galvanische
Trennung, insbesondere | Fig.
5 |
| | Optoverstärker | |
| PE | Schutzleiter | Fig.
5, Fig. 4 |
| PE'' | Erdleiter | Fig.
4 |
| Q2 | MosFET,
insbesondere Leerlaufspannungsschalter | Fig.
5 |
| R1 | Impedanz,
insbesondere | Fig.
5 |
| | Spannungsteilerwiderstand | |
| R2 | Impedanz,
insbesondere | Fig.
5 |
| | Spannungsteilerwiderstand | |
| R3 | Impedanz,
insbesondere Vorschaltwiderstand | Fig.
5 |
| R4 | Impedanz,
insbesondere Vorschaltwiderstand | Fig.
5 |
| R5 | Impedanz,
insbesondere | Fig.
5 |
| | Strombegrenzungswiderstand | |
| R6 | Impedanz,
insbesondere Vorschaltwiderstand | Fig.
5 |
| R7 | Impedanz,
insbesondere Kurzschlusslast | Fig.
5 |
| R8 | Impedanz,
insbesondere | Fig.
5 |
| | Gatespannungswiderstand | |
| R9 | Impedanz,
insbesondere | Fig.
6 |
| | Spannungsteilerwiderstand
zur Nullwertdetektion | |
| R10 | Impedanz,
insbesondere | Fig.
6 |
| | Spannungsteilerwiderstand
zur Nullwertdetektion | |
| R11 | Impedanz,
insbesondere spannungsveränderbarer | Fig.
6 |
| | Widerstand
zur Spannungsstabilisierung | |
| R12 | Impedanz,
insbesondere Vorwiderstand des | Fig.
6 |
| | Spannungsstabilisierers | |
| S | Schaltinformationsverarbeitungsergebnis | Fig.
6 |
| S1,
S2 | Gleichspannungsbetrieb | Fig.
5 |
| T1 | Triac,
insbesondere als Phasenschalter | Fig.
5 |
| TRIAC1+ | Anschluss,
insbesondere zum Steuern der positiven | Fig.
5 |
| | Halbwelle | |
| TRIAC1– | Anschluss,
insbesondere zum Steuern der | Fig.
5 |
| | negativen
Halbwelle | |
| U1 | Vorschaltgerät | Fig.
4, Fig. 6 |
| U2 | Galvanische
Trennung, insbesondere Optodiac | Fig.
5 |
| U3 | Galvanische
Trennung, insbesondere Optodiac | Fig.
5 |
| UZ | Gleichspannung | Fig.
6 |
| X3-1 | Erster
Anschlusspin, insbesondere für
einen | Fig.
6 |
| | Beleuchtungskörper | |
| X3-2 | Zweiter
Anschlusspin, insbesondere für
einen | Fig.
6 |
| | Beleuchtungskörper | |
| X3-3 | Dritter
Anschlusspin, insbesondere für
einen | Fig.
6 |
| | Beleuchtungskörper | |
| X3-4 | Vierter
Anschlusspin, insbesondere für
einen | Fig.
6 |
| | Beleuchtungskörper | |
| Z1 | Erster
Betriebszustand | Fig.
6 |
| Z2 | Zweiter
Betriebszustand | Fig.
6 |
| Z3 | Dritter
Betriebszustand | Fig.
6 |