DE2301234C3 - Coupling unit for coupling carrier frequency high voltage lines to communications equipment or cables by means of coupling capacitors and transformers - Google Patents

Coupling unit for coupling carrier frequency high voltage lines to communications equipment or cables by means of coupling capacitors and transformers

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DE2301234C3
DE2301234C3 DE19732301234 DE2301234A DE2301234C3 DE 2301234 C3 DE2301234 C3 DE 2301234C3 DE 19732301234 DE19732301234 DE 19732301234 DE 2301234 A DE2301234 A DE 2301234A DE 2301234 C3 DE2301234 C3 DE 2301234C3
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Karl Friedrich Dr.; Kirch Hans-Joachim Dipl.Ing·; 5000Köln; Levacher Friedrich Dr. 5026 Brauweiler; Nolting Karl-Heinz Dipl.-Ing. 5000Köln Dornseifer
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Description

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verbessern, daß auch im Falle von Blitzeinschlägen und/oder Kurzschlüssen auf der Energieleitung die elektrische Güte der trägerfrequenten drahtgebundenen Nachrichtenübertragung erhalten bleibt und Nachrichtengeräte gegen strom- und spannungsmäßige Überlastung abgesichert werden.improve that even in the event of lightning strikes and / or short circuits on the power line electrical quality of the carrier-frequency wired communication is maintained and communication devices be protected against current and voltage overload.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß zwischen die Mittenanzapfungen des den Trägerfrequenzleitungen zugeordneten Sparübertragers und die zugehörige Metallhaube ein strombegrenzendes Schaltelement und zwischen die Mittenanzapfungen der Sparübertrager und deren niederohmige und hochohmige Anschlüsse je ein Überspannungsableiter geschaltet ist. Eine derart aufgebaute Ankopplungseinheit erfüllt alle hochspannungs- und trägerfrequenten sowie alle übertragungstechnischen Erfordernisse. Überbrückt man die Mittenanzapfung des hochspannungsseitigen Sparübertragers und die hochspannungsseitige Metallhaube des Isolierkörpers nicht durch eine galvanische Verbindung, sondern mit einem strombegrenzenden Schaltelement, so wird es möglich, sowohl im Normalbetrieb als auch in dem Falle von Kurzschlüssen der Hochspannungsenergie führenden Bewehrung die Fernmeldeadern gefährdende Ströme zu unterdrücken. Restliche Spannungsspitzen von Stoßwellen, z. B. als Folge von Blitzeinschlägen, lassen sich mittels Überspannungsableitern auf eine hochspannungs- und trägerfrequenzseilig ungefährliche Spannung begrenzen. Je einer der bekannten Überspannungsableiter wird zu diesem Zweck zwischen die Miuonanzapfungen der Sparübertrager und deren niederohmige und hochohmige Anschlüsse geschaltet, ohne daß die Nachrichtenübertragung während des ungestörten Netzbetriebes dadurch beeinträchtigt würde.According to the invention this is achieved in that between the center taps of the carrier frequency lines associated savings transformer and the associated metal hood a current-limiting Switching element and between the center taps of the economy transformers and their low-resistance and high-resistance ones Connections a surge arrester is connected. A coupling unit constructed in this way meets all high-voltage and carrier-frequency as well as all transmission-related requirements. Bridged the center tap of the high-voltage-side economy transformer and the high-voltage side Metal hood of the insulator is not through a galvanic connection, but with a current-limiting Switching element, it becomes possible both in normal operation and in the event of short circuits the reinforcement carrying the high voltage energy to suppress the currents endangering the telecommunication wires. Remaining voltage peaks from shock waves, e.g. B. as a result of lightning strikes, can be achieved by means of surge arresters Limit the voltage to a high-voltage and carrier-frequency cable that is harmless. One of the known surge arresters is placed between the Miuonanzapfungen for this purpose the economy transmitter and its low-resistance and high-resistance connections switched without affecting the transmission of messages would be impaired during the undisturbed network operation.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ankopplungseinheit kann darin bestehen, daß das strombegrenzende Schaltelement in der Ankopplungseinheit ein Schutzkondensator ist. Bei ungestörtem Netzbetrieb fließt über die bei 50 Hz relativ hohe Impedanz nur ein geringer Strom. Stoßspannungen mit ihrer hohen Flankensteilheit erzeugen über die Serienschaltung der Schutzkapazität und der vier Kopplungskapazitäten einen starken Stoßstrom, wodurch die Ladungen rasch zur Erde abfließen.An advantageous embodiment of the coupling unit according to the invention can consist in that the The current-limiting switching element in the coupling unit is a protective capacitor. With undisturbed Mains operation only a small current flows through the relatively high impedance at 50 Hz. Surge voltages with Their high edge steepness generates a strong surge current through the series connection of the protective capacitance and the four coupling capacitances, which causes the charges drain rapidly to the earth.

Weiterhin kann es von Vorteil sein, wenn der Schutzkondensator der Ankopplungseinheit eine Kapazität besitzt, üie etwa 50mal größer ist als die Kapazität eines einzelnen Kopplungskondensators. Ungestörten Netzbetrieb vorausgesetzt, soll der Strom des Schutzkondensators, d. h. auch seine Kapazität, klein sein. Umgekehrt ist bei Blitzeinschlägen in die Bewehrung der Trägerfrequenzhochspannungsleitung eine möglichst kleine Impedanz, d. h. eine große Kapazität, wünschenswert. Der angegebene Faktor stellt einen vorteilhaften Kompromiß aus der Erfahrung dar.Furthermore, it can be advantageous if the protective capacitor of the coupling unit has a capacitance possesses, üie is about 50 times larger than the capacity a single coupling capacitor. Assuming undisturbed network operation, the current of the protective capacitor, d. H. also its capacity to be small. The opposite is true for lightning strikes in the reinforcement the carrier frequency high voltage line one possible small impedance, d. H. a large capacity, desirable. The given factor represents an advantageous one Compromise from experience.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann es sein, wenn jeder der für eine Doppelader benötigten Kopplungskondensatoren eine Kapazität von etwa 1000 pF hat. Er ist dann bei dem in Nachrichtenanlagen üblichen Trägerfrequenzband von 15 bis 500 KHz mit nur geringen Verlusten behaftet und hält alle von der Trägerfrequenzhochspannungsleitung herrührenden, gefahrbringenden Überspannungen von der Nachrichtenanlage fern.A further advantageous embodiment of the invention can be when each of the for a pair of wires required coupling capacitors has a capacity of about 1000 pF. He is then with the one in communication systems usual carrier frequency band from 15 to 500 KHz with only minor losses and lasts all dangerous overvoltages originating from the carrier frequency high voltage line from the Remote messaging system.

Des weiteren kann es je nach Netzspannung vorteilhaft sein, wenn als stnmbegrenzendes Schaltelement ein Kathodenfallableiter mit sei/iem spannungsabhängigen Widerstand verwendet wird. Bei ungestörtem Netzbetrieb sind die Fernmeldeadern, abgeblockt durch den im Ruhezustand hochohmigen Kathodenfallableiter, am Energietransport unbeteiligt. Im Falle eines Blitzeinschlages in der Bewehrung der Trägerfrequenzhochspannungsleitung oder in die Ankopplungseinheit zündet der Kathoden'allableiter. Der Blitzstrom fließt über die Kopplungskondensatoren zur Erde ab.Furthermore, depending on the line voltage, it can be advantageous if used as a noise-limiting switching element a cathode arrester with a voltage-dependent Resistance is used. If the network operation is undisturbed, the telecommunication wires are blocked due to the high-resistance cathode drop arrester in the idle state, not involved in energy transport. In the event of a lightning strike in the reinforcement of the carrier frequency high-voltage line or the cathode arrester ignites in the coupling unit. The lightning current flows through the coupling capacitors to earth.

ίο Fernmeldeadern und Bewehrung sind, wenn auch nur während der Bogenentladung/Zündspannung des Kathodenfallableiters wegen seiner niederohmigen Entladestrecke parallel geschaltet Während dieser Periode übernehmen die Adern den Transport eines Teiles des um ein Vielfaches oberhalb des bei ungestörtem Betrieb ständig über Kabelkapazität und Kopplungskapazität vorhandenen 50-Hz-Stromes liegenden Entladestromes.
Es ist ein wesentlicher Vorteil, wenn der Kathodenfallableiter eine höhere Löschspannung besitzt als etwa die halbe verkettete Spannung des Drehstromsystems. Kommt es im Anschluß an einen Blitzeinschlag zu einem Erdkurzschluß, dann werden die beiden Kathodenfallableiter der Ankopplungseinheit wieder hochohmig. Die Fernmeldeadern sind am Transport des Kurzschlußstromes unbeteiligt, der Kurzschlußstrom fließt unter Umgebung des Kathodenfallableiters zur Erde ab.
Vielseitig wird die Ankopplungseinheit dadurch gestaltet, daß die Mittenanzapfungen der Sparübertrager hochspannungsseiüg galvanisch miteinander verbunden sind und zwischen die gemeinsame Verbindung aller Übertrager und die Metallhaube ein strombegrenzendes Schaltelement, insbesondere ein Schutzkondensator, geschaltet ist. Eine derartige Ankopplungseinheit trägt dem sich immer mehr ausbreitenden Bedarf an Fernmeldeverbindungen in den heutigen Verbundnetzen Rechnung und wird unabhängig vom vorhandenen Fernmeldenetz allen Anforderungen der Stromverbraucher wie Lieferanten ohne allzu große Mehrkosten gerecht.ίο Telecommunication wires and reinforcement are connected in parallel, even if only during the arc discharge / ignition voltage of the cathode drop arrester due to its low-resistance discharge path -Current lying discharge current.
It is an essential advantage if the cathode arrester has a higher extinction voltage than about half the line-to-line voltage of the three-phase system. If there is a short-circuit to earth following a lightning strike, the two cathode drop arresters of the coupling unit become high-resistance again. The telecommunication wires are not involved in the transport of the short-circuit current, the short-circuit current flows to earth in the vicinity of the cathode drop arrester.
The coupling unit is versatile in that the center taps of the economy transformers are galvanically connected to one another at high voltage levels and a current-limiting switching element, in particular a protective capacitor, is connected between the common connection of all transformers and the metal hood. Such a coupling unit takes into account the ever increasing need for telecommunication connections in today's interconnected networks and, regardless of the existing telecommunication network, meets all the requirements of electricity consumers and suppliers without excessive additional costs.

An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels v/ird die Erfindung näher erläutert:
Die Zeichnung zeigt das aus dem Hauptpatent bekannte grundsätzliche Schaltschema der Ankopplungseinheit, über welche die Trägerfrequenzströme den in der Bewehrung 7 der Trägerfrequenzhochspannungsleitung isoliert verlaufenden Doppeladern 6 zugeführt werden. Eine zweite gleichgeartete und daher nicht gezeichnete Ankopplungseinheit leitet die Trägerfrequenzströme aus der Trägerfrequenzhochspannungsleitung wieder gefahrlos ab. Die galvanischen Verbindungen zwischen Mittenanzapfung des Sparübertragers 4 und der Metallhaube 1 ist hochspannungsseitig aufgetrennt. Die Brücke zwischen diesen beiden bildet ein strombegrenzendes Schaltelement, z. B. der Schutzkondensator 8. Durch diese Maßnahme sind auch die Fernmeldedoppeladern 6 von der Hochspannungsenergieleitung galvanisch getrennt und zugleich 'St sichergestellt, daß bei stillgelegtem Hochspannungsbetrieb und/oder geerdeter Bewehrung 7 die Nachrichtenverbindung funktionstüchtig bleibt. Restspannungsspitzen bei Stoßvorgängen im Netz werden sowohl hoch- als auch niederspannungsseitig durch die Überspannungsableiter 9 begrenzt.The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment shown in the drawing:
The drawing shows the basic circuit diagram of the coupling unit, known from the main patent, via which the carrier frequency currents are fed to the twin cores 6 which run in an insulated manner in the armouring 7 of the carrier frequency high-voltage line. A second coupling unit of the same type and therefore not shown safely derives the carrier frequency currents from the carrier frequency high-voltage line again. The galvanic connections between the center tap of the economy transformer 4 and the metal hood 1 are separated on the high-voltage side. The bridge between these two forms a current-limiting switching element, e.g. B. the protective capacitor 8. By this measure, the telecommunication twin wires 6 are galvanically separated from the high-voltage power line and at the same time 'St ensures that the communication link remains functional when the high-voltage operation and / or grounded reinforcement 7 is shut down. Residual voltage peaks during surge processes in the network are limited by the surge arrester 9 on both the high and the low voltage side.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (7)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Ankopplungseinheit zum Ankoppeln von im Phasenseil einer Hochspannungsleitung isoliert verlaufenden Doppeladern als Trägerfrequenzleitungen an Nachrichtengeräte oder Kabel mittels Kopplungskondensatoren und Übertragern, mit einem mit öl gefüllten Isolierkörper, der für jede Doppelader zwei elektrisch symmetrisch gebaute Kopplungskondensatoren enthält, wobei der Isolierkörper an den Stirnseiten durch je eine Metallhaube, in welchen für jede Doppelader je ein als Sparübertrager ausgebildeter Anpassungsübertrager untergebracht ist, abgeschlossen ist und wobei der niederohmige Anschluß des der Trägerfrequenzleitung zugeordneten Sparübertragers mit der Doppeiader, der hochohmige mit den einen Polen der Kopplungskondensatoren und die zugehörige Metallhaube mit dem Phasenseil galvanisch verbunden, der niederohmige Anschluß des den Nachrichtengeräten bzw. ausgehenden Adern zugeordneten Sparübertragers mit den ausgehenden Adern, der hochohmige mit den anderen Polen der Kopplungskondensatoren, die Mittenanzapfung mit der züge- hörigen Metallhaube und die Metallhaube mit Erde galvanisch verbunden sind, nach Patent 21 27 193, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Mittenanzapfungen des den Trägerfrequenzleitungen zugeordneten Sparübertragers (4) und die zugehörige Metallhaube (1) ein strombegrenzendes Schaltelement und zwischen die Mittenanzapfungen der Sparübertrager (4, 4') und deren niederohmige und hochohmige Anschlüsse je ein Überspannungsableiter (9) geschaltet ist.1. Coupling unit for coupling im Phase cable of a high voltage line insulated running twin cores as carrier frequency lines to communication devices or cables by means of coupling capacitors and transformers, with an oil-filled insulating body, which has two electrically symmetrical structures for each pair Contains coupling capacitors, the insulating body on the front sides by a metal hood, in which for each pair a matching transformer trained as an economy transformer is housed, is completed and wherein the low-impedance connection of the carrier frequency line associated savings transformer with the double core, the high resistance with one pole the coupling capacitors and the associated metal hood are galvanically connected to the phase cable, the low-resistance connection of the communication devices or outgoing wires assigned Economy transformer with the outgoing wires, the high-resistance with the other poles of the coupling capacitors, the center tap with the subordinate metal hood and the metal hood are galvanically connected to earth, according to patent 21 27 193, characterized in that between the center taps of the carrier frequency lines associated savings transformer (4) and the associated metal hood (1) a current-limiting Switching element and between the center taps of the economy transformer (4, 4 ') and their low resistance and a surge arrester (9) is connected for each of the high-resistance connections. 2. Ankopplungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das strombegrenzende Schaltelement ein Schutzkonden^ator (8) ist.2. Coupling unit according to claim 1, characterized in that the current-limiting switching element a protective capacitor (8) is. 3. Ankopplungseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzkondensator (8) eine Kapazität besitzt, die etwa 50mal größer ist als die Kapazität eines einzelnen Kopplungskondensators (3).3. Coupling unit according to claim 2, characterized in that the protective capacitor (8) has a Has capacitance about 50 times greater than the capacitance of a single coupling capacitor (3). 4. Ankopplungseinheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopplungskondensator (3) eine Kapazität von etwa 1000 pF besitzt. 4. Coupling unit according to claim 2 or 3, characterized in that the coupling capacitor (3) has a capacitance of about 1000 pF. 5. Ankopplungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das strombegrenzende Schaltelement ein Kathodenfallableiter ist.5. Coupling unit according to claim 1, characterized in that the current-limiting switching element is a cathode drop arrester. 6. Ankopplungseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenfallableiter eine höhere Löschspannung besitzt als die halbe verkettete Spannung des Drehstromsystems.6. Coupling unit according to claim 5, characterized in that the cathode drop arrester a has a higher erase voltage than half the line-to-line voltage of the three-phase system. 7. Ankopplungseinheit mit wenigstens zwei in jeder Metallhaube untergebrachten Anpassungsübertragern zum Anschluß mehrerer Doppeladern, vornehmlich Vierergtuppen, nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittenanzapfungen der Sparübertrager (4) galvanisch mit· einander verbunden sind und zwischen die gemeinsame Verbindung und die Metallhaube (1) ein strombegrenzendes Schaltelement, insbesondere ein Schutzkondensator (8), geschaltet ist.7. Coupling unit with at least two matching transformers housed in each metal hood for connecting several pairs of wires, mainly groups of four, according to one of the claims 1 to 6, characterized in that the center taps of the economy transformers (4) are galvanically connected to are connected to each other and between the common connection and the metal hood (1) current-limiting switching element, in particular a protective capacitor (8), is connected. 65 Die Erfindung betrifft eine Ankopplungseinheit zum Ankoppeln von im Phasenteil einer Hochspannungsleitung isoliert verlaufenden Doppeladern als Trägerfrequenzleitungen an Nachrichiengeräte oder Kabel mittels Kopplungskondensatoren und Übertragern, mit einem mit öl gefüllten Isolierkörper, der für jede Doppelader zwei elektrisch symmetrisch gebaute Kopplungskondensatoren enthält, wobei der Isolierkörper an den Stirnseiten durch je eine Meiallhaube, in welchen für jede Doppelader je ein als Sparübertrager ausgebildeter Anpassungsübertrager untergebracht ist, abgeschlossen ist und wobei der niederohmige Anschluß des der Trägerfrequenzleitung zugeordneten Sparübertragers mit der Doppelader, der hochohmige mit den einen Polen der Kopplungskondensatoren und die zugehörige Metallhaube mit dem Phasenseil galvanisch verbunden, der niederohmige Anschluß des den Nachrichtengeräten bzw. ausgehenden Adern zugeordneten Sparübertragers mit den ausgehenden Adern, der hochohmige mit den anderen Polen der Kopplungskondensatoren, die Mittenanzapfung mit der zugehörigen Metalihaube und die Metallhaube mit Erde galvanisch verbunden sind, nach Patent 21 27 193.65 The invention relates to a coupling unit for coupling in the phase part of a high-voltage line isolated paired wires as carrier frequency lines to communications equipment or cables by means of Coupling capacitors and transformers, with an oil-filled insulating body for each pair contains two electrically symmetrical coupling capacitors, with the insulating body on the front sides by a Meiall hood, in which for each pair of wires one trained as an economy transformer Matching transformer is housed, is completed and the low-impedance connection of the the carrier frequency line associated spar transformer with the pair, the high impedance with the one pole of the coupling capacitors and the associated metal hood with the phase cable galvanically connected, the low-resistance connection of the communication devices or outgoing wires assigned Economy transformer with the outgoing wires, the high-resistance one with the other poles of the coupling capacitors, the center tap is galvanically connected to the associated metal hood and the metal hood to earth are, according to patent 21 27 193. In dem Hauptpatent ist bereits beschrieben, welche Wirkung in mechanischer, hochspannungs- und übertragungstechnischer Hinsicht die im isolierkörper untergebrachten zur Trennung der Hochspannungsseite von der Trägerfrequenzspannung führenden Seite nötigen Kopplungskondensatoren und die mit der Hochspannungsleitung galvanisch verbundenen Anpassungsübertrager sowie die mit einem Fernmeldekabel oder mit Nachrichtengeräten zu verbindenden Anpassungsübertrager, welche auf Erdpotential liegen, auf die drahtgebundene, trägerfrequente Nachrichtenübertragung in Hochspannungsnetzen ausüben. Die in dem Hauptpatent beschriebene galvanische Verbindung zwischen den Mittenanzapfungen der Anpassungsübertrager und den stirnseitigen Gehäusen der Ankopplungseinheit lührt zu einer definierten Übernahme aller betrieblich auftretenden Hochspannungen durch die Kopplungskondensatoren und dient damit zum Schutz des Bedienungspersonals der Nachrichtengeräte und der Doppeladern.The main patent already describes the mechanical, high-voltage and transmission-related effects Regarding those placed in the insulator to separate the high-voltage side from the side carrying the carrier frequency voltage necessary coupling capacitors and those with the high-voltage line galvanically connected matching transformers as well as those with a telecommunication cable or with communication devices to be connected matching transformers, which are at ground potential, to the Exercise wired, carrier-frequency message transmission in high-voltage networks. The in that Main patent described galvanic connection between the center taps of the matching transformer and the front housings of the coupling unit leads to a defined takeover of all operationally occurring high voltages through the coupling capacitors and thus serves for protection the operators of the communication devices and the wire pairs. Die galvanische Verbindung im hochspannungsseitigen Stirngehäuse der Ankopplungseinheit kann jedoch nachteilige Wirkung haben, weil sie zu einer Parallelschaltung der Fernmeldeadern und der starkstromführenden Bewehrung der Trägerfrequenzhochspannungsleitung auf der Übertragungsstrecke zwischen zwei Ankopplungseinheiten führt. Die Fernmeldeadern übernehmen damit den Transport eines Teiles der Hochspannungsenergie und können insbesondere bei Kurzschlüssen zwischen der Bewehrung der Trägerfrequenzhochspannungsleitung und Erde oder einer der Nachbarphasen durch unzulässig hohe Ströme überlastet werden.The galvanic connection in the high-voltage end housing of the coupling unit can, however have a detrimental effect because they lead to a parallel connection of the telecommunication wires and the high-current carrying wires Reinforcement of the carrier frequency high voltage line on the transmission line between two coupling units leads. The telecommunication wires take over the transport of part of the high voltage energy and can especially in the case of short circuits between the armouring of the carrier frequency high voltage line and earth or one of the neighboring phases are overloaded by impermissibly high currents. Eine weitere Möglichkeit, die in dem Hauptpatent dargestellte Schaltung zu verbessern, liegt darin, die Wicklungen der Sparübertrager gegen Überspannungen zu schützen. Solche Überspannungen können auftreten, wenn Netzstoßspannungen sowohl atmosphärischer Natur als auch infolge von Schalthandlungen auf die Ankopplungseinheit auftreffen und eine unvermeidliche Restunsymmetrie der Sparübertrager zu unzulässig hohen Spannungsabfällen auf deren Wicklungen führt.Another possibility to improve the circuit shown in the main patent is that Protect the windings of the economy transformer against overvoltages. Such overvoltages can occur when mains surge voltages occur, both of an atmospheric nature and as a result of switching operations hit the coupling unit and an unavoidable residual asymmetry of the economy transformers is too inadmissible high voltage drops on their windings. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ankopplungseinheit der eingangs genannten Art derart zuThe invention is based on the object of providing a coupling unit of the type mentioned at the beginning
DE19732301234 1971-06-01 1973-01-11 Coupling unit for coupling carrier frequency high voltage lines to communications equipment or cables by means of coupling capacitors and transformers Expired DE2301234C3 (en)

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