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ERFINDUNGSGEBIET
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Die Erfindung bezieht sich auf das Erfindungsgebiet der Powerline Communication, insbesondere auf eine Einrichtung zum Koppeln eines Kommunikationssignals auf eine Netzleitung (powerline).
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Mit der ständig steigenden Nachfrage nach zuverlässigen Kommunikationskanälen ist es wirtschaftlich hochinteressant, bereits vorhandene Leitungen, wie zum Beispiel Netzleitungen, sowohl für die Schmalband- als auch für die Breitbandkommunikation zu verwenden. Auf diese Weise ist kein teurer und zeitaufwendiger Aufbau einer separaten Leitung nötig. Daher werden Energieverteilungsnetze üblicherweise zum Übertragen von Kommunikationssignalen verwendet, z. B. von industriellen Steuersignalen. Dies ist als Powerline Communication (PLC) bekannt. Zum Beispiel werden Netzleitungen als Kommunikationsmittel für Betriebsdaten eines Energieversorgungsnetzes verwendet, d. h. um die Netzinfrastruktur zu überwachen und zu steuern.
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Um Energie über verschiedene Entfernungen zu verteilen, werden unterschiedliche Technologien verwendet. Insbesondere wird Energie über große Entfernungen unter Verwendung von Hochspannung, über mittlere Entfernungen unter Verwendung von Mittelspannung und bei Verwendung durch einen Verbraucher, z. B. innerhalb von Gebäuden, über Niederspannungsübertragungsleitungen übertragen. In der Vergangenheit war hauptsächlich HV-PLC (high voltage, Hochspannung), d. h. 110 kV und darüber, von besonderem Interesse. Die entsprechenden Netzleitungen, wie zum Beispiel Hochspannungsfreileitungen, wurden zur Fernkommunikation und zur Übertragung großer Informationsmengen eingesetzt. In jüngerer Zeit ist LV-PLC (low voltage, Niederspannung), d. h. 110 V oder 230 V, zur Kommunikation eingesetzt worden, insbesondere zur automatischen Zählerablesung oder für moderne Zählerinfrastruktur.
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Das Dokument
US 6,255,935 beschreibt eine Vorrichtung zum Einkoppeln von Signalen auf elektrische Netzleitungen. Eine Koppeleinheit wird vorgeschlagen, in der ein Verbindungkabel in einem Gehäuse des Koppelkondensators integriert ist. In dem Bereich, in dem ein Leiter durch das geerdete Gehäuse des Koppelkondensators geführt wird, wird ein elektrisches Feld mittels einer Gehäusewandung reduziert, die eine spezielle Form aufweist.
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Allerdings sind die Mittelspannungs(MV, medium voltage)-Netzleitungen, d. h. Spannungen von 5 kV und bis zu 72 kV, nicht in wesentlichem Umfang für die Kommunikation verwendet worden. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass MV-PLC der Technologie und den Einrichtungen umfangreiche Vorgaben aufzwingt. Für PLC im Allgemeinen und für MV-PLC im Besonderen ist das Verkoppeln des Kommunikationssignals auf die Netzleitungen, d. h. auf einen LV-, MV- oder HV-Leiter, ein bedeutendes Hindernis.
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Der Hauptzweck der Netzleitung ist der Transport von elektrischer Energie, deswegen ist sie nicht speziell für das Übertragen von Kommunikationssignalen entworfen. Daher ist das Koppeln des Kommunikationssignals auf die Netzleitung keine triviale Aufgabe und erfolgt typischerweise über Kondensatoren von angemessener Größe. Diese Kondensatoren blockieren das 50 oder 60 Hz Netzsignal zwischen der Netzleitung und Masse. Zur gleichen Zeit müssen die Kondensatoren für höherfrequente Signale durchlässig sein, wie zum Beispiel für das Kommunikationssignal des PLC-Systems.
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Für MV-PLC ist es entscheidend, kostengünstige Koppeleinrichtungen aufzuweisen. Die für die MV-PLC verwendete Netzleitung wird für mittlere Entfernungen eingesetzt und umfasst viele Knoten. Um das Kommunikationssignal zu verteilen, muss jeder Knoten mit einem Koppler ausgestattet werden. Daher sind viele Koppeleinrichtungen für MV-PLC nötig, insbesondere im Vergleich zu HV-PLC, wo die jeweilige Netzleitung für große Entfernungen eingesetzt wird und lediglich sehr wenige Knoten umfasst. Gleichzeitig trägt MV-PLC, verglichen mit HV-PLC, eine geringere Informationsmenge, die übertragen werden soll. Demzufolge müssen MV-PLC-Koppler kostengünstiger als vergleichbare Einrichtungen für HV-PLC sein. Da für MV-PLC viele Koppler benötigt werden, muss der Koppler weiterhin einfach zu installieren sein.
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Zusätzlich ist typischerweise sehr wenig Raum für die Installation eines MV-PLC-Kopplers vorhanden, z. B. in einer Hauptschaltstation eines MV-Versorgungsnetzes, wie zum Beispiel einer Ringleitungseinheit (RMU, ring main unit). Diese RMUs basieren typischerweise auf hochintegrierten, gasisolierten Schaltanlagen, die in Hinsicht auf Größe und erforderlichen Raum optimiert sind. Demzufolge muss ein Koppler, der in diesen Schaltanlagen verwendet wird, die gleichen Vorgaben erfüllen. In der Patentanmeldung
EP 1521381 wird die Kapselung eines MV-PLC-Kopplers mit einem MV-Schaltschrank durch Verbinder und/oder geschirmte Kabel verbunden, die wiederum durch die Schaltschrankdurchführungen hindurch verbunden sind. Dementsprechend wird solch eine MV-PLC-Koppleranordnung nicht direkt auf die Schaltschrankdurchführungen montiert.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher ein Ziel der Erfindung, effiziente und wirtschaftliche Verwendung von Mittelspannungs(MV) Netzleitungen zum Übertragen von Kommunikationssignalen zu ermöglichen, insbesondere einen Powerline Communication(PLC)-Koppler bereitzustellen, der die Vorgaben für MV-PLC erfüllt. Dieses Ziel wird durch einen kapazitiven MV-PLC-Koppler nach Anspruch 1 erreicht. Bevorzugte Ausführungsformen werden aus den abhängigen Ansprüchen offensichtlich, wobei die Abhängigkeit der Ansprüche nicht so ausgelegt werden soll, dass sie weitere sinnvolle Anspruchskombinationen ausschließt. Erfindungsgemäß wird ein kapazitiver Mittelspannungs(MV)-Powerline Communication(PLC)-Koppler für kapazitives Koppeln der Kommunikationssignale auf MV-Netzleiter bereitgestellt. Der MV-PLC-Koppler enthält einen Signalverbinder, z. B. eine Koaxialbuchse, zum Austausch von Kommunikationssignalen mit einem Transceiver, einen MV-Verbinder, der mit einem MV-Netzleiter verbunden werden soll, und einen Koppelkondensator, der starr in ein Isoliermaterialvolumen eingebettet ist und der die beiden Verbinder elektrisch verbindet. Der MV-PLC-Koppler weist ein MV-Ende oder MV-Anschluss auf, das den MV-Verbinder enthält, der dafür ausgelegt oder geformt ist, an eine MV-Durchführung einer kompakten MV-Schaltanlagenverkleidung, wie zum Beispiel eines Schaltschranks, montiert zu werden, z. B. abnehmbar in einer formschlüssigen Art und Weise angebracht zu werden, die mechanisches Haftvermögen und elektrische Isolierung bereitstellt, wodurch elektrischer Kontakt zwischen dem MV-Netzleiter und dem MV-Verbinder des Kopplers bereitgestellt wird. Dementsprechend werden keine Zwischenschaltungsmittel in Form von wiederum durch die Schaltschrankdurchführungen verbundenen Verbindern und/oder geschirmten Kabeln benötigt.
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In einer bevorzugten Variante der Erfindung enthält der MV-PLC einen MV-Ableiter, der mit dem MV-Verbinder verbunden ist. Der Ableiter ist möglicherweise zusammen mit dem Koppelkondensator starr in das Isoliermaterial eingebettet. Um die geometrische Flexibilität hinsichtlich der räumlichen Beschränkung in MV-Schaltanlageninstallationen zu erhöhen, ist der MV-Ableiter möglicherweise angeordnet in oder nicht angeordnet in einer Ebene, die durch den MV-Netzleiter und den Signalverbinder definiert wird. In einer weiteren Variante der Erfindung enthält der MV-PLC-Koppler ein Adapterteil mit einem zweiten MV-Ende zum Verbinden eines MV-Kabels mit dem MV-Netzleiter. In dieser Variante fungiert der MV-PLC-Koppler als ein Adapter im eigentlichen Sinne nur in einem minder bevorzugten Fall, bei dem das erste Ende und das zweite Ende des Adapterteils in geometrischer Hinsicht nicht identisch sind.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Der Gegenstand der Erfindung wird ausführlicher im folgenden Text unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele erklärt werden, die in den beigefügten schematischen Zeichnungen veranschaulicht werden, in denen:
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1 zeigt einen kapazitiven Mittelspannungs(MV)-Powerline Communication(PLC)-Koppler mit einem Adapterteil;
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2 zeigt den Koppler und den Adapter, verbunden mit einer Durchführung einer Schaltanlagenverkleidung;
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3 zeigt den Koppler und den Adapter mit einem mit der Durchführung verbundenen Ableiter.
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Die in den Zeichnungen verwendeten Referenzsymbole und ihre Bedeutungen werden in Kurzform in der Liste der Bezeichnungen aufgelistet. Grundsätzlich werden identische Teile in den Figuren mit den gleichen Referenzsymbolen versehen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt einen kapazitiven Mittelspannungs(MV)-Powerline Communication(PLC)-Koppler 1 mit einem Signalverbinder 2 zum Austausch von Kommunikationssignalen mit einem Transceiver, einen MV-Verbinder 3 zum Verbinden mit einem MV-Netzleiter 4, der in 2 gezeigt wird, und einen Koppelkondensator 5, der die beiden Verbinder 2, 3 elektrisch verbindet.
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Der Koppler
1 weist ein erstes MV-Ende
6 auf, das dazu ausgelegt ist, an eine Durchführung oder einen Durchgang
7 einer MV-Schaltanlagenverkleidung montiert zu werden, wie in
2 gezeigt wird. Die Schaltanlagenverkleidung ist möglicherweise Teil einer MV-Schaltstation, z. B. einer Ringleitungseinheit (RMU, ring main unit). Für diese Schaltanlagenverkleidungen werden Standard-Kabeldurchführungen verwendet. Beispielhafte Durchführungen gemäß
IEC 60137 werden in der französischen Patentveröffentlichung
FR 2779564 B1 beschrieben. Während für die Schaltanlagenverkleidung möglicherweise unterschiedliche Durchführungsdesigns eingesetzt werden, ist das erste MV-Ende
6 des Kopplers immer dafür entworfen oder geformt, dicht zum jeweiligen Gegenstück der Durchführung zusammen zu passsen.
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Der in 1 aufgezeigte Koppler enthält auch einen Ableiter 8, der zwischen dem Kondensator 5 und dem Verbinder 2 platziert wird. Der Ableiter 8 schützt jegliche, mit dem Verbinder 2 verbundene Kommunikationsvorrichtung vor Schaden, der durch Spannung verursacht wird, die von der Netzleitung durch den Kondensator 5 hindurch geführt wird. Die Spannung der Netzleitung ist normalerweise viel höher, als die meisten Kommunikationseinrichtungen vertragen können, somit kann Streuspannung beträchtlichen Schaden an der Einrichtung verursachen. Der Ableiter 8 umfasst typischerweise einen Hochspannungsanschluss und einen Masseanschluss, über den im Falle einer Streuspannung aus der Netzleitung der Strom durch den Ableiter 8 abgeführt wird.
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Der in 1 aufgezeigte Koppler ist ein T-förmiger, kombinierter Koppeladapter, der ein Adapterteil 11 mit einem optionalen zweiten MV-Ende 12 zum Verbinden enthält, z. B. eines MV-Kabels mit der MV-Schaltanlage über das Adapterteil 11. Der MV-Netzleiter, der ringförmige MV-Verbinder 3 und das MV-Kabel werden aneinander mittels Schrauben oder mittels eines einzelnen Bolzens 13 befestigt. Das Adapterteil 11 enthält ebenfalls das erste MV-Ende 6, das dazu ausgelegt ist, wie beschrieben an die MV-Durchführung 7 der MV-Schaltanlagenverkleidung montiert zu werden. Zusätzlich oder unabhängig vom Adapterteil 11 integriert der MV-PLC-Koppler möglicherweise einen Kabelverbinder zum Verbinden eines MV-Kabels mit der MV-Schaltanlage über einen Verzweigungspunkt, der sich vom MV-Verbinder 3 unterscheidet. Der Koppler 1 umfasst weiterhin einen Leiter 14, um den Kondensator 5 mit dem ersten MV-Verbinder 3 zu verbinden. Der Leiter 14 und der Kondensator 5 sind im Isoliermaterial 15 eingebettet, um das Umfeld vor der durch die Netzleitung hindurch geführten Spannung zu schützen.
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Der Kondensator 5 blockiert das 50 oder 60 Hz Netzsignal der Netzleitung. Allerdings muss der Kondensator 5 das hochfrequente Kommunikationssignal zum Verbinder 2 hindurch führen und es eventuell weiter an irgendeine, am Verbinder 2 angebrachte Kommunikationseinrichtung führen. Um ein verwendbares Kommunikationssignal, das zur Kommunikationseinrichtung weitergeführt wird, zu haben, ist möglicherweise ein Transformator 16 nötig, um das eingehende oder das abgehende Kommunikationssignal umzuformen.
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Der Transformator 16 und der Ableiter 8 sind mit einem Gehäuse 17 des Kopplers 1 verbunden, wobei das Gehäuse 17 mit Masse 18 verbunden ist. Im Fall, dass eine Spannung von der Netzleitung durch den Kondensator 5 streut, leitet der Ableiter 8 den Strom nach Masse 18 um und schützt jede verbundene Kommunikationseinrichtung.
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2 zeigt den Koppler 1 und den Adapter 11, die mit der Durchführung 7 einer Schaltanlagenverkleidung verbunden sind. Die Durchführung besteht aus einem Netzleiter 4 und umgebendem Isoliermaterial 19. Der Netzleiter 4 ist ein starrer Bolzen aus leitendem Material, der am Ende ein innenliegendes Gewinde zur Aufnahme des Bolzens 13 enthält. Das erste MV-Ende 6 des Adapters 11 ist dafür ausgelegt oder geformt, mit der Durchführung 7 zusammen zu passen, so dass das Isoliermaterial 19 vom ersten MV-Ende 6 aufgenommen wird und der Leiter 4 mit dem MV-Verbinder 3 verbunden wird.
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Die in 2 gezeigte Ausführungsform des Kopplers 1 gestattet es, auf der einen Seite des Adapters 11 mit einer Durchführung 7 am MV-Ende 6 zu verbinden und am zweiten MV-Ende 12 mit der anderen MV-Leitung oder -Kabel zu verbinden. Der veranschaulichte Adapter 11 ist in Bezug auf die Enden 6, 12 symmetrisch. Allerdings ist der Adapter 11 möglicherweise unterschiedlich geformt, um mit einer Durchführung 7 mit einer ersten Form an einem Ende 6 zusammen zu passen und mit einem Kabel mit einer zweiten, unterschiedlichen Form am zweiten Ende 12 zu verbinden.
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3 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform des Kopplers 1 und des Adapters 11 mit einem MV- oder Netzableiter 9. In diesem Fall wird der Koppler 1 einfach in den Raum für den Ableiter 9 und das jeweilige Isoliermaterial 15 eingebettet, ohne dass ein großes, zusätzliches Volumen hinzugefügt wird. Auf diese Weise kann der Koppler 1 einfach in einen bereits vorhandenen Ableiter 9 integriert werden und strenge Vorgaben in Bezug auf das Volumen erfüllen. Der Leiter 14, der den Kondensator 5 mit dem MV-Verbinder 3 verbindet, wird dann einfach mit einem Leiter 20 des Ableiters 9 verbunden. Weiterhin wird der Verbinder 21, der mit Masse 18 verbindet, möglicherweise auch vom Koppler 1 und seinem Ableiter 8 und dem Transformator 16 verwendet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Koppler
- 2
- Signalverbinder
- 3
- MV-Verbinder
- 4
- MV-Netzleiter
- 5
- Kondensator
- 6
- MV-Ende
- 7
- MV-Durchführung
- 8
- Ableiter
- 9
- Netzableiter
- 10
- MV-Kabel
- 11
- Adapter
- 12
- zweites Ende
- 13
- Bolzen
- 14
- Leiter
- 15
- Isoliermaterial
- 16
- Transformator
- 17
- Gehäuse
- 18
- Masse
- 19
- Isoliermaterial
- 20
- Leiter
- 21
- Verbinder
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6255935 [0004]
- EP 1521381 [0008]
- FR 2779564 B1 [0017]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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