DE19934335C1 - Anpaßschaltung für Wellenwiderstände - Google Patents

Abstract

Sollen im Rahmen der sogenannten PLC (Power Line Communication) auf Energieleitungen Daten übertragen werden, sind Anpaßschaltungen notwendig. Gemäß der Erfindung sind bei einer Anpaßschaltung für Wellenwiderstände zur Anwendung im MHz-Bereich transformatorische Signalwandler (10; 20) in Kaskadenschaltung vorhanden. Vorzugsweise wird zur Verbindung der transformatorischen Signalwandler (10; 20) eine Koaxialleitung (30) verwendet. Es lassen sich so beispielsweise ein Trafo-Bypass oder ein Schalter-Bypass realisieren.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anpaßschaltung für Wel­ lenwiderstände zur Verwendung bei der Datenübertragung auf Energieleitungen.

Die Datenübertragung auf Energieleitungen, die in der Fach­ welt als PLC (Power Line Communication) bezeichnet wird, er­ hält zunehmend Bedeutung für die Praxis. Bisher werden für PLC Signale im Tonfrequenzbereich und im Trägerfrequenzbe­ reich bis ca. 200 kHz verwendet. In diesem Bereich sind die Ankopplungsschaltungen für die Verbindung der Sender und der Empfänger mit dem Netz in Bezug auf Anpassung der Wellenwi­ derstände relativ unkritisch, da bei diesen Signalfrequenzen die Reflexionen an den Übergangsstellen noch keine wesentli­ che Bedeutung haben. In diesem Bereich sind die Anschlußlei­ tungen für Sender und Empfänger noch wesentlich kürzer als die Wellenlängen des Signals. Diesbezügliche Ankopplungs­ schaltungen für eine parallele kapazitive Ankopplung sind be­ kannt. Es erfolgt hier eine transformatorische Signalübertra­ gung, die vor allem der Potentialtrennung von Sender und Emp­ fänger dient.

Weiterhin ist aus der US 4 686 382 A eine Bypass-Schaltung für die PLC-Übertragung speziell im kHz-Bereich bekannt, bei der ein Schalter über zwei Transformatoren überbrückt wird, in die ein Sender/Empfänger eingeschaltet ist. Zur gleichzei­ tigen Ankopplung eines Signals an alle drei Phasenleiter ei­ ner Dreiphasen-Netzleiter mit einem Sternpunktleiter ist in der DE 29 33 473 A1 eine Schaltung mit einer Gruppe von drei gleichen Niederspannungswicklungen und eine Gruppe von drei gleichen Hochspannungswicklungen vorgesehen, wobei eine mag­ netische Ankopplung jeder Wicklung einer Gruppe mit einer entsprechenden Wicklung der anderen Gruppe erfolgt. Das in die Netzleitung einzukoppelnde Signal wird dabei an die nicht verbundenen Enden der beiden Wicklungen der ersten Gruppe von Wicklungen angelegt.

Speziell bei Datenübertragungen im MHz-Bereich können aller­ dings Signalreflexionen an den Übergangsstellen zu Problemen führen. Es muß deshalb an diesen Stellen auf ein Anpassung der Wellenwiderstände geachtet werden. Für den teilweise schwankenden Wellenwiderstand des Starkstromnetzes ist dabei ein Mittelwert anzusetzen. Bei einer entsprechenden Anpas­ sungsschaltung für den MHz-Bereich muß daher der Signalü­ bertrager mit den dazugehörigen Koppelkondensatoren sehr dicht an den jeweiligen Netzleitungen angebracht werden.

Im wesentlichen gleiche Probleme wie zur Überbrückung von Transformatoren ergeben sich bei der Überbrückung von Schal­ tern. In beiden Fällen wird bei der Übertragung von Signalen auf Netzleitungen das jeweilige Signal durch die Transforma­ toren gedämpft oder durch die Schalter unterbrochen. Um die Signalübertragung an solchen Stellen zu sichern, müssen diese Elemente überbrückt werden.

Wenn man im Tonfrequenz- und Trägerfrequenzbereich bis etwa 200 kHz arbeitet, ergeben sich keine Probleme. Wie bereits erwähnt treten die Probleme im MHz-Bereich aufgrund der Sig­ nalreflexionen an den Übergangsstellen wegen der unterschied­ lichen Wellenwiderstände der Netzleitungen auf. Dies gilt insbesondere beim Übergang von isolierten Netzkabeln auf Freileitungen.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, geeignete Anpaß­ schaltungen speziell für den MHz-Bereich zu schaffen.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa­ tentanspruches 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteran­ sprüchen angegeben.

Bei der Erfindung sind zur Anwendung im MHz-Bereich transfor­ matorische Signalwandler in Kaskadenschaltung vorgesehen. Die Signalwandler sind an die Energieleitungen angekoppelt, wobei die Datenübertragung über die Signalwandler erfolgt. Vorzugs­ weise sind zwei transformatorische Signalwandler vorhanden und dient eine Koaxialleitung zur Verbindung der beiden transformatorischen Signalwandler. In diesem Fall erfolgt al­ so die Datenübertragung zwischen den Signalwandlern auf der Koaxialleitung.

Im Rahmen der Erfindung kann also durch die Kaskadenschal­ tung, vorzugsweise in Verbindung mit der Koaxialleitung, eine Bypass-Schaltung realisiert werden, die beispielsweise alter­ nativ für Transformatoren oder aber auch für Schalter ausleg­ bar ist. Insbesondere bei Leiterkabeln kann somit eine geeig­ nete Lösung für den Übergang von bzw. auf Freileitungen ge­ schaffen werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbei­ spielen anhand der Zeichnung. Es zeigen

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung mit zwei Signalübertragern in Kaskade als koaxialer Bypass zur Anwendung bei Transformatoren,

Fig. 2 eine Modifikation von Fig. 1 zur Anwendung bei abge­ schirmten Kunststoffkabeln und

Fig. 3 eine Schaltung mit zwei Signalübertragern in Kaskade als koaxialer Bypass zur Anwendung bei Schaltern.

Gleiche Einheiten haben in den Figuren gleiche Bezugszeichen. Die Figuren werden teilweise gemeinsam beschrieben.

In den Figuren ist jeweils die Koppelstelle von Netzen aus mehrphasigen Leitern 1 und 2 mit einzelnen Phasen L1 bis L3 und je einem Neutralleiter N dargestellt. Auf solchen Leitern soll neben der Energieübertragung eine Datenübertragung er­ folgen. Hierfür müssen die Wellenwiderstände jeweils angepaßt werden.

Speziell bei den Fig. 1 und 2 beinhaltet die Koppelstelle zwischen den Leitungsabschnitten 1 und 2 eine Transformation von Mittelspannung auf Niederspannung, wobei ein Transforma­ tor 3 mit mittelspannungsseitigen Transformatorspulen 31 bis 33 und niederspannungsseitigen Transformatorspulen 31' bis 33' vorhanden sind. Die Fig. 3 enthält dagegen einen Schal­ ter 5 mit Einzelschaltern 51 bis 53 für die Netzleitungen.

In den Fig. 1 bis 3 sind jeweils zwei transformatorische Signalübertrager 10 und 20 in Kaskade vorhanden, um die un­ vermeidlichen Signalreflexionen auf ein Minimum zu reduzie­ ren. Die Signalübertrager 10 bzw. 20 bestehen jeweils aus den Teilübertragern 11, 12 bzw. 21, 22 und haben zugehörige Kop­ pelkondensatoren C1 und C2. Die zugehörige Schutzbeschaltung ist im einzelnen nicht dargestellt.

Wesentlich ist, daß die Signalübertrager 10 und 20 sehr dicht an den jeweiligen Netzleitungen angebracht sind. Die Verbin­ dung der Signalübertrager 10 und 20 erfolgt durch ein Koa­ xialkabel 30.

Die beiden Übertrager 10 und 20 mit der jeweiligen transfor­ matorischen Übertragung zwischen den Einheiten 11 und 12 bzw. 21 und 22 dienen der Potentialtrennung und der Anpassung der Wellenwiderstände der Starkstromnetze an das Koaxialkabel 30. Dazu werden die Signalübertrager 10 und 20 selbst auch kon­ struktiv weitestgehend koaxial aufgebaut.

Die Anordnung speziell in Fig. 1 mit dem Trafo-Bypass für den MHz-Bereich und paralleler kapazitiver Ankopplung auf beiden Seiten eignet sich vor allem für den Anschluß von Freileitungen oder Bleimantelkabel auf der Mittelspannungs­ seite und beliebige Leitungen auf der Niederspannungsseite.

In Fig. 2 ist die Anordnung von Fig. 1 insoweit abgeändert, daß auf der Mittelspannungsseite ein Kunststoffkabel zur An­ wendung kommt, bei dem eine Abschirmung 4 vorhanden ist. Die Abschirmung 4 ist über den Teilübertrager 11 des ersten Über­ tragers 10 mit Massepotential verbunden. Ansonsten ist die serielle induktive Ankopplung entsprechend Fig. 1 aufgebaut.

In Fig. 3 ist zwischen den Leitungen 1 und 2 statt des Tra­ fos 3 ein Schalter 5 aus Einzelschaltern 51, 52 und 53 für die Phasen L1 bis L3 vorhanden. Ansonsten entspricht der Schaltungsaufbau dem der Fig. 1. Mit dem koaxialen Bypass für den MHz-Bereich kann in diesem Fall die Überbrückung ei­ nes Netzschalters erfolgen.

Wesentlich ist bei allen anhand der Fig. 1 bis 3 beschrie­ benen Beispielen, daß eine Datenübertragung auf Niederfre­ quenznetzen auch im MHz-Bereich möglich ist. Die von Signal­ reflexionen ausgehenden Probleme sind beseitigt.

Claims (8)

1. Anpaßschaltung für Wellenwiderstände zur Anwendung bei der Datenübertragung auf Energieleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anwendung im MHz- Bereich transformatorische Signalwandler (10; 20), die an die Energieleitungen (1, 2) angekoppelt sind, in Kaskaden­ schaltung vorhanden sind und daß die Datenübertragung über die transformatorischen Signalwandler (10; 20) erfolgt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwei transformatorische Signalwandler (10; 20) vorhanden sind, wobei zur Verbindung der beiden transformatorischen Signalwandler (11, 11'; 12; 12') eine Koaxialleitung (30) dient.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Signalwandler (11, 11'; 12, 12') jeweils weitestgehend koaxial aufgebaut sind.

4. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kaskadenschaltung der beiden transformatorischen Signalübertrager (10; 20) mit der Koaxialleitung (30) einen Bypass für einen Transformator (3) realisiert.

5. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kaskadenschaltung der beiden transformatorischen Signalübertrager (10; 20) zusammen mit der Koaxialleitung (30) einen Bypass für einen Schalter (5) realisiert.

6. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge­ kennzeichnet in der Anwendung für den Übergang vom Mittelspannungsbereich für den Niederspannungsbereich, wobei wenigstens eine Mittelspannungsleitung (1) und wenigstens eine Niederspannungsleitung (2) vorhanden sind.

7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mittelspannungsleitung (1) durch ein Kunststoffkabel mit Abschirmung (4) gebildet ist.

8. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abschirmung (4) an den ersten Signalübertrager (10) angeschlossen ist.