DE1261027B

DE1261027B - Sendeeinrichtung fuer eine Netzueberlagerungs-Verbrauchsmeldeanlage

Info

Publication number: DE1261027B
Application number: DEE32692A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Elektr-Ing Carl Kretz
Original assignee: ELECTROMETRE; Electrometre SA
Current assignee: ELECTROMETRE; Electrometre SA
Priority date: 1966-09-30
Filing date: 1966-10-21
Publication date: 1968-02-08
Also published as: NL6708478A; GB1142975A; CH446962A; AT267665B; NL141734B; BE700523A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

G 08 c

Deutsche Kl.: 74b-9

Nummer: 1261027

Aktenzeichen: E 32692IX d/74 b

Anmeldetag: 21. Oktober 1966

Auslegetag: 8. Februar 1968

Zur grundlegenden Vereinfachung der Ermittlung der von einem öffentlichen Versorgungsunternehmen an Einzelabnehmer gelieferten Menge von Elektrizität, Gas, Wasser, Wärme und anderen über Fernleitungen verteilten Verbrauchsgütern wurde eine neue Technik entwickelt, die jedem Verbrauchsmeßgerät einzeln oder gruppenweise einen Meßwertgeber zuordnet, der Meldungen über den vom Verbrauchsmeßgerät örtlich erfaßten Verbrauch abgibt, welche über einen Fernmeldekanal an eine zentrale Kontrollstelle übermittelt werden. Wenn der Fernmeldekanal dabei einem Versorgungsnetz für elektrische Energie überlagert ist, so spricht man von einer Netzüberlagerungs-Verbrauchsmeldeanlage.

Bei der Entwicklung solcher Anlagen lassen sich nun einige Erkenntnisse verwerten, die das Fachgebiet der Rundsteuertechnik hervorgebracht hat, ohne daß es jedoch möglich ist, Merkmale bekannter Rundsteueranlagen ohne weiteres auf die neue Technik zu übertragen; denn bei Netzüberlagerungs-Verbrauchsmeldeanlagen müssen Signale mit großer Zuverlässigkeit von den zahlreichen Endpunkten eines Energieverteilungsnetzes einer zentralen Stelle zugeführt werden, welche die einlaufenden Informationen sammelt und zur Auswertung weiterleitet. Insbesondere ist es schwierig, mittels aus Gründen der Wirtschaftlichkeit sehr einfach aufgebauten Meßwertgebern Signale solcher Art zu erzeugen und einem Wechselstromnetz zu überlagern, daß diese an einem entfernten Ort im Frequenzspektrum des Netzes mit Sicherheit erkennbar sind.

Bekannte Netzüberlagerungs - Verbrauchsmeldeanlagen verwenden als Meßwertgeber eine Sendeeinrichtung, die durch periodisches Anschalten eines elektrischen Schwingkreises an das zu überlagernde Wechselstromnetz eine Tonfrequenzspannung in Form von Ausgleichsschwingungen erzeugt, welche Tonfrequenzströme hervorruft, die sich im gesamten Netzkomplex ausbreiten und von denen ein Teil auch zu einem besonders abgestimmten Empfänger gelangt, der diese Tonfrequenzströme als Signale der Sendeeinrichtung erkennt und sie als Verbrauchsmeldung einem bestimmten Verbrauchsmesser zuordnet. Das Anschalten des elektrischen Schwingkreises in der Sendeeinrichtung erfolgt dabei durch nockengesteuerte Tastkontakte oder durch sogenannte Resonanzschwinger.

Die an eine Verbrauchsmeldeanlage angeschlossenen Verbrauchsmesser besitzen einen Umschaltet mit zwei Umschaltkontakten. Jeweils nach Messung einer bestimmten Verbrauchsmenge wird die Schaltstellung dieses Umschalters durch das Zählwerk des Sendeeinrichtung für eine
Netzüberlagerungs-Verbrauchsmeldeanlage

Anmelder:

Electrometre S. A., Zug (Schweiz)

Vertreter:

Dr.-Ing. A. Schulze, Patentanwalt,

1000 Berlin, Jenaer Str. 14

Als Erfinder benannt:
Dipl.-elektr.-Ing. Carl Kretz,
Zipf (Österreich)

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 30. September 1966 (014180)

Verbrauchsmessers gewechselt. Bei bekannten Schaltungsanordnungen hängt die Art des von der Sendeeinrichtung erzeugten Tonfrequenzsignals von der Schaltstellung des Umschalters ab. Im Empfängei entsteht somit ein Abbild dieser Schaltstellung, der in bestimmter zeitlicher Zuordnung ein definierter Informationsinhalt zukommt.

Die neue Technik der Netzüberlagerungs-Verbrauchsmeldeanlagen stellt bekanntlich die Aufgabe, daß alle Teile äußerst zuverlässig arbeiten und daß insbesondere die Sendeeinrichtungen bei sehr einfachem Aufbau und völliger Wartungsfreiheit mindestens die gleiche Lebensdauer erreichen müssen, wie sie die herkömmlichen Verbrauchsmeßgeräte besitzen. Die Erfüllung aller dieser Forderungen bereitet erhebliche Schwierigkeiten, vor allem die Erreichung der angestrebten Einfachheit, die angesichts der sehr großen Anzahl der in Versorgungsnetzen zu installierenden Sendeeinrichtungen letztlich über die Möglichkeit einer ausgedehnten praktischen Anwendung solcher Verbrauchsmeldeanlagen entscheidet. Eine gute Lösung der gestellten Aufgabe verspricht andererseits für die gesamte Energiewirtschaft erhebliche Vorteile.

Wird für das periodische Anschalten des Sendeschwingkreises ein mechanischer schwingender Kontakt verwendet, so sind an diesen Kontakt bezüglich Schaltgenauigkeit, Prellfreiheit und Dauerfestigkeit

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sehr hohe Anforderungen zu stellen; zuweilen stört auch sein Betriebsgeräusch. Es wurde daher nach einer elektronischen Lösung gesucht, wobei als Tastschalter ein gesteuerter Gleichrichter in Betracht kommt. Der Ersatz mechanischer Kontakte und Schalter durch steuerbare Gleichrichter liegt, soweit sich dadurch Vorteile erzielen lassen, in dem Bestreben der neueren Technik. Wegen der selbstlöschenden Eigenschaft eines gesteuerten Gleichrichters kann aber eine einmal angeregte gedämpfte Tonfrequenzschwingung des Sendeschwingkreises nur dann über mehrere Schwingungsperioden aufrechterhalten werden, wenn der gesteuerte Gleichrichter nach jedem Nulldurchgang und Anstieg der Tonfrequenzspannung in Durchlaßrichtung einen Zündimpuls erhält. Dies kompliziert die Ansteuerung des steuerbaren Gleichrichters erheblich. Es wurde nun gefunden, daß sich bei einer Sendeeinrichtung der hier in Rede stehenden Art die Tonfrequenzschwingungen des Sendeschwingkreises auf sehr einfache Art durch Anwendung einer positiven Rückkopplung über mehrere Perioden aufrechterhalten lassen.

Demgemäß ist die Sendeeinrichtung für eine mit einem Wechselstrom-Energieversorgungsnetz überlagerten Tonfrequenzsignalen arbeitende Verbrauchsmeldeanlage, bei der ein aus der Reihenschaltung einer Spule und eitles Kondensators bestehender, aui die Signaltonfrequenz abgestimmter Sendeschwingkreis über ein periodisch betätigtes Schaltorgan an zwei Netzleiter angeschlossen ist, nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung wenigstens eines mittels einer Zündelektrode steuerbaren Gleichrichterelementes als periodisch betätigtes Sehaltorgan eine dem Sendeschwingkreis mittels einer mit der Schwingkreisspule gekoppelten Rückkopplungsspule entnommene Tonfrequenzspannung auf die Zündelektrode des Gleichrichterelementes rückgekoppelt ist und das betreffende Gleichrichterelement nach einer von einer Steuerschaltung ausgelösten, das Tonfrequenzsignal einleitenden Zündung in den folgenden, für das Gleichrichterelement positiven Hälbwellen der Tonfrequenzschwingung bis zu deren Abklingen unter einen Mindestamplitudenwert jeweils erneut zündet.

Dank dieser einfachen und sehr betriebssicheren Maßnahme kann die für die Ansteuerung der steuerbaren Gleichrichter dienende Steuerschaltung von zusätzlichen Steüeffunktionen entlastet und daher ebenfalls mit sehr einfachen Schaltungsmitteln aufgebaut werden, so daß das angestrebte Ziel optimal erreicht isti

Einzelheiten der hier definierten Sendeeinrichtung ergeben sich aus den nachfolgenden an Hand der Zeichnung erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild einer Sendeeinrichtung und Fig, 2 ein weiteres Schaltbild.

In der Fig. 1 bedeutet P einen Phasenleiter und N einen geerdeten Nulleiter eines Wechselstrom-Energieversörgungsnetzes, im weiteren kurz Netz genannt und mit der Bezügszahll vorsehen. Zwischen dem Phasenleiter P und dem Nulleiter N hegt eine Reihenschaltung einer Schwingkreisspule 2 mit einem Kondensator 3 und einem steuerbaren Gleichrichter 4, dem eine Diode 5 mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung parallel geschaltet ist.

Der steuerbare Gleichrichter 4 besitzt eine Zündelektrode 6, die über eine einen Signalschalter 7 enthaltende SteuerieitungS mit einer flur symbolisch ge* zeichneten Steuerschaltung 9 in Verbindung steht. Zwischen der Steuerleitung 8 und dem Nulleiter N liegt eine Schutzdiode 10, ein Ableitwiderstand 11 sowie ein Ärbeitswiderstand 12, an dem eine* Voft der Steuerschaltung 9 aus der Netzspannung gebildete Steuerspannung t/_s abfällt.

Eine induktiv an die Schwingkreisspule 2 angekoppelte Rückkopplungswicklung 13 ist mit ihrem einen

ίο Ende unmittelbar an den mit der Zündelektrode 6 fest verbundenen Teil der Steuerleitung 8 angeschlossen und andererseits über einen Widerstand 14 an Erde geführt. Je nach elektrischer Bemessung der Rückkopplungswicklung 13, welche mit Vorteil mehrere Abgriffe 15 auf weist, - und des Widerstandes 14 kann der Ableitwiderstand 11 entbehrlich sein. Die bisher beschriebene Schaltung arbeitet wie folgt: Die Steuerschaltung 9 erzeugt bei anliegender Netzspannung in noch zu erläuternder Weise periodisch Zündimpulse mit einer definierten Phasenlage gegenüber der Netzspannung, die dann auf die Zündelektrode 6 des steuerbaren Gleichrichters 4 gelangen^ wenn der Signalschalter 7 geschlossen ist. Bei jedem Durchzünden des steuerbaren Gleichrichters 4 werden Ausgleichsschwingungen des Sendeschwingkreises 2, 3 freigegeben, da der Kondensator 3 bei gesperrtem Gleichrichter 4 über die Diode 5 auf den (negativen) Seheitelwert der Netzspannung aufgeladen war. Die Ausgleichsschwingungen sind Resönanzschwingungen des auf Tonfrequenz abgestimmten Sendeschwingkreises 2, 3 und klingen je nach der gegebenen Sehwingkreiädämpfung nach einigen Perioden ab.
Die Zündimpulse der Steuerschaltung 9 müssen in einet sehr genau einzuhaltenden Phasenlage relativ zur Netzspannung erfolgen, was sich mit verhältnismäßig einfachen Mitteln erreichen läßt, wenn mit sehr kurzen Zündimpulsen gearbeitet werden kann und dadurch der Steuerschaltung 9 nur sehr wenig Energie entzogen wird. Zum mindesten soll an die Steuerschaltung 9 nicht auch noch die Forderung nach einer definierten Impulsbreite gestellt werden müssen, wie sie erforderlich wäre, um den steuerbaren Gleichrlchter.4 so lange gezündet zu halten, bis die Energie der tönfrequenten Ausgleichsschwingüng weitgehend abgeklungen ist. Um eine Komplizierung der Steuerschaltung 9 zu vermeiden, ist nun die während einer Ausgleichsschwinguttg an der Sehwingkrelsspüle 2 entstehende TönfrequenzSpanrtüng auf die Zündelektrodeö positiv rückgekoppelt, so daß nach jedem Nulldurchgang der Tonfrequenzspannung in Sperrrichtung des steuerbaren Gleichrichters 4 ein in die Rückkopplungswicklung 13 induzierter Spannungsimpuls auf die Zündelektrode 6 gelangt und so lange zur Wiederzündung des Gleichrichters 4 führt, als die mit dem Abklingen der Ausgleichsschwingung ebenfalls abnehmenden Amplituden der rückgekoppelten Spannungsimpulse einen zur Zündung des gesteuerten Gleichrichters 4 ausreichenden Steuerstrom bewirken können.

Die Impulse der Steuerspannung E/§ folgen z. B. in solchen Abständen aufeinander, daß eine von einem Zündimpuls ausgelöste Ausgleichsschwingüng abgeklungen, der steuerbare Gleichrichter 4 gesperrt und der Kondensator 3 wieder auf den Seheitelwert der Netzspannung aufgeladen ist, bis ein weiterer Zündimpuls erscheint. Eine andere Möglichkeit wird im folgenden Absatz besprochen. Das Durchschwin-

gen der Tonfrequenzenergie in Sperrichtung des steuerbaren Gleichrichters 4 erfolgt über die Diode 5.

Mit Hilfe der Abgriffe 15 kann die Höhe der Rückkopplungsspannung und damit die Zeitdauer vom ersten Zünden bis zum endgültigen Löschen des steuerbaren Gleichrichters 4 in gewissen Grenzen geeignet gewählt werden. Damit läßt sich die Zeitdauer festlegen, während welcher der Sendeschwingkreis 2,3 Ausgleichsschwingungen ausführt; dies ist wichtig, wenn die Zündimpulse der Steuerspannung U_s eine relativ hohe Impulsfolgefrequenz aufweisen, wobei dann durch entsprechende Bemessung der Rückkopplungsspannung jeder Zündimpuls der Steuerspannung U₃ eine Ausgleichsschwingung des Sendeschwingkreises 2, 3 auslöst, oder aber nur jeweils der erste, dritte, fünfte usw., weil jeder zweite, vierte usw. Zündimpuls zu einem Zeitpunkt an die Zündelektrode 6 gelangt, zu dem die Ausgleichsschwingung noch nicht abgeklungen und der steuerbare Gleichrichter 4 durch die Rückkopplungsspannung leitend gehalten ist. Die zuletzt genannte Betriebsweise erlaubt ebenfalls gewisse Vereinfachung der Ansteuerung.

Bei der beschriebenen Schaltung beträgt die über dem steuerbaren Gleichrichter 4 auftretende Spannung den doppelten Scheitelwert der Netzspannung, ohne Störüberspannungen also 620 Volt bei 220 Volt Netzspannung. Wegen der in Stromversorgungsnetzen zeitweise auftretenden Überspannungen muß die Spannungsfestigkeit des steuerbaren Gleichrichters 4 wenigstens für 800VoIt bemessen sein, was nicht ohne erhebliche Mehrkosten für ein solches Halbleiterbauelement möglich ist. Eine Umgebung dieser Schwierigkeit gelingt mit der Schaltung nach der Fig. 2.

In F i g. 2 sind gleiche Teile wie in F i g. 1 mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Zusätzlich ist ein zweiter steuerbarer Gleichrichter 16 vorgesehen und mit dem steuerbaren Gleichrichter 4 in einem Punkt 17 verbunden, mit dem der Mittelabgriff 18 eines der Reihenschaltung der beiden steuerbaren Gleichrichter 4 und 16 parallgeschalteten, aus zwei Widerständen 19 und 20 gebildeten Spannungsteilers in leitender Verbindung steht. Einer Zündelektrode 21 des steuerbaren Gleichrichters 16 ist eine Schutzdiode 22, ein Widerstand 23 und eine Rückkopplungswicklung 24 mit einem Widerstand 25 zugeordnet. Die Rückkopplungswicklungen 13 und 24 können auch bei diesem Beispiel mit Abgriffen versehen sein. Ein Kondensator 26 dient zur Folgezündung des steuerbaren Gleichrichters 16, sobald sich das Potential des Punktes 17 infolge Zündung des steuerbaren Gleichrichters 4 ändert.

Die Wirkungsweise der Schaltung nach F i g. 2 entspricht im übrigen vollständig derjenigen der Schaltung gemäß Fig. 1. Die Spannungsfestigkeit der steuerbaren Gleichrichter 4 und 16 kann bei dei Schaltart nach Fig. 2 lediglich für den einfachen Scheitelwert der Netzspannung bemessen werden, wodurch sich so wesentliche Einsparungen ergeben, daß die zusätzlich erforderlichen Bauelemente demgegenüber nicht ins Gewicht fallen.

Claims

Patentansprüche:

1. Sendeeinrichtung für eine mit einem Wechselstrom-Energieversorgungsnetz überlagerten Tonfrequenzsignalen arbeitende Verbrauchsmeldeanlage, bei der ein aus der Reihenschaltung einer Spule und eines Kondensators bestehender, auf die Signaltonfrequenz abgestimmter Sendeschwingkreis über ein periodisch betätigtes Schaltorgan an zwei Netzleiter angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung wenigstens eines mittels einer Zündelektrode (6 bzw. 21) steuerbaren Gleichrichterelementes (4 bzw. 16) als periodisch betätigtes Schaltorgan eine dem Sendeschwingkreis (2, 3) mittels einer mit der Schwingkreisspule (2) gekoppelten Rückkopplungsspule (13 bzw. 24), entnommenen Tonfrequenzspannung auf die Zündelektrode (6 bzw. 21) des Gleichrichterelementes (4 bzw. 16) rückgekoppelt ist und das betreffende Gleichrichterelement (4 bzw. 16) nach einer von einer Steuerschaltung (9) ausgelösten, das Tonfrequenzsignal einleitenden Zündung in den folgenden, für das Gleichrichterelement (4 bzw. 16) positiven Halbwellen der Tonfrequenzschwingung bis zu deren Abklingen unter einen Mindestamplitudenwert jeweils erneut zündet.

2. Sendeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltorgan aus zwei in Reihe geschalteten steuerbaren Gleichrichtern (4, 16) besteht, wobei jedem eine eigene Rückkopplungswicklung (13; 24) zugeordnet ist.

3. Sendeeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reihenschaltung der steuerbaren Gleichrichter (4, 16) ein Spannungsteiler (19,20) parallel geschaltet ist, dessen Mittelabgriff (18) mit dem Verbindungspunkt (17) der beiden steuerbaren Gleichrichter (4, 16) leitend verbunden ist.

4. Sendeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem steuerbaren Gleichrichter (4) bzw. der Reihenschaltung der steuerbaren Gleichrichter (4; 16) eine Diode (5) mit der Polung der steuerbaren Gleichrichter (4; 16) entgegengesetzter Durchlaßrichtung parallel geschaltet ist.

5. Sendeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungswicklung (13, 24) mehrere Abgriffe aufweist.

6. Sendeeinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Abstand von der Zündelektrode (6) aus einer Steuerschaltung (9) zugeführten Zündimpulsen kleiner ist als die Zeitdauer einer Ausgleichsschwingung des Sendeschwingkreises (2, 3).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen