DE3102244C2 - Device for potential-free energy transport - Google Patents

Device for potential-free energy transport

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DE3102244C2 DE19813102244 DE3102244A DE3102244C2 DE 3102244 C2 DE3102244 C2 DE 3102244C2 DE 19813102244 DE19813102244 DE 19813102244 DE 3102244 A DE3102244 A DE 3102244A DE 3102244 C2 DE3102244 C2 DE 3102244C2
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Übertragung von Energie auf Hochspannungspotential, um auf diesem Meß- und Übertragungseinrichtungen zu versorgen. Der Energietransport soll potentialfrei, wartungsfrei, kontinuierlich und nicht aufwendig sein. Die Lösung besteht darin, daß eine sich in einem geschlossenen Isolierrohr, das auch der die Meß- und Informationsübertragungseinrichtung auf Hochspannungspotential tragende hohle Hochspannungsisolator selbst sein kann, befindende Luft- oder Schutzgasstrecke von einem Schwin gungserzeuger auf Erdpotential so mit der Frequenz eines Wechselspannungsgenerators angeregt wird, daß innerhalb des Rohres eine stehende Welle erzeugt wird, daß auf Hochspannungspotential in einem Schwingungsbauch der stehenden Welle ein permanenterregter Schwingungsempfänger angeordnet ist, der die Energie der Longitudinalwelle auskoppelt und eine Wechselspannung erzeugt, mit der die Meßeinrichtung und die Informationsübertragungseinrichtung gespeist werden, und daß die Eigenfrequenz von Schwin gungserzeuger und Schwingungsempfänger mit der über die Rohrlänge festgelegten Resonanzfrequenz der Luft- oder Gassäule übereinstimmt. Ein Ausführungsbeispiel ist an Hand der Zeichnung beschrieben. Die Erfindung findet vornehmlich Verwendung bei der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ), bei der auf ±500 kV-Potential gegen Erde der Gleichstrom und seine Richtung gemessen werden soll.The invention relates to the transmission of energy to high voltage potential in order to supply measuring and transmission equipment on this. The energy transport should be potential-free, maintenance-free, continuous and inexpensive. The solution is that an air or protective gas path located in a closed insulating tube, which can also be the hollow high-voltage insulator carrying the measuring and information transmission device at high voltage potential, is excited by a vibration generator at ground potential at the frequency of an alternating voltage generator, that a standing wave is generated inside the pipe, that a permanently excited vibration receiver is arranged at high voltage potential in an antinode of the standing wave, which decouples the energy of the longitudinal wave and generates an alternating voltage with which the measuring device and the information transmission device are fed, and that the natural frequency of the vibration generator and vibration receiver matches the resonance frequency of the air or gas column determined over the length of the pipe. An exemplary embodiment is described with reference to the drawing. The invention is primarily used in high-voltage direct current transmission (HVDC), in which the direct current and its direction are to be measured at ± 500 kV potential to earth.

Description

Die Strahlung derselben wird in einen Lichtleiter eingespeist Am Lichtleiterausgang in der £-Warte erfolgt eine Rückwandlung des Frequenzwertes in einen Analogwert Die Bandbreite soll 0 Hz bis 20 kHz betragen. Anstelle der Übertragung mit Hilfe eines lichdeiters kann auch eine gerichtete modulierte HF-Übertragung treten.The radiation from the same is fed into a light guide at the light guide output in the £ control room a reconversion of the frequency value into an analog value. The bandwidth should be 0 Hz to 20 kHz. Instead of transmission with the help of a light conductor Directed modulated RF transmission can also occur.

In jedem Fall aber muß dem Meßverstärker 7 und der Informationsübertragungseinrichtung 10 Energie zugeführt werden, um die ihnen zugeordneten Funktionen durchführen zu können.In any case, however, the measuring amplifier 7 and the Information transmission device 10 energy are supplied to the functions assigned to them to be able to perform.

Diese Energieübertragung erfolgt nun in folgender Weise: Es ist ein aus geeignetem Kunststoff oder Keramik bestehendes geschlossenes Isolierrohr R vorgesehen, das auch der die Meß- und Datensendeeinrichtung auf Hochspannungspotential tragende hohle Hochspannungsisolator selbst sein kann, in das erdpotentialseitig ein Schwingungserzeuger (2, 3), bestehend aus dem elektrisch gesteuerten Schwinger 2 und einer dieser Schwingung folgenden Membran 3 eingebaut ist, das eine im Schwingungsrohr befindliche Gas- oder Luftsäule zur Schwingung bringt Der Schwinger 1 wird dabei von einem auf Erdpotential liegenden Wechselspannungsgenerator 1 mit einer Frequenz /gesteuertThis energy transfer now takes place in the following way: A closed insulating tube R made of suitable plastic or ceramic is provided, which can also be the hollow high-voltage insulator itself carrying the measuring and data transmission device at high-voltage potential, in which a vibration generator (2, 3) on the earth potential side, consisting of the electrically controlled oscillator 2 and a membrane 3 following this oscillation, which causes a gas or air column located in the oscillation tube to oscillate. The oscillator 1 is controlled by an AC voltage generator 1 at ground potential with a frequency /

Einfacherweise nimmt man zur erdpotentiellen Versorgung die Netzspannung, also 220 V, 50 Hz mit daraus abgeleiteten Anregungsfrequenzen 25, 50 oder 100 Hz. Die Membran 3 schwingt danach mit 25,50 oder 100 Hz. Aus der Beziehung A ■ f = v, mit ν — Schallgeschwindigkeit in Luft * (333 m/sec), gilt daher für ein luftge- fülltes IsolierrohrFor the earth potential supply one simply takes the mains voltage, i.e. 220 V, 50 Hz with the derived excitation frequencies 25, 50 or 100 Hz. The membrane 3 then oscillates at 25.50 or 100 Hz. From the relationship A ■ f = v, with ν - Speed of sound in air * (333 m / sec), therefore applies to an air-filled insulating tube

A = 333/50 m = 6,66 m. A = 333/50 m = 6.66 m.

Die Länge eines lsolierrohrs, in dem sich eine volle stehende Welle bei geeignetem Abschluß ausbreitet, muß bei / — 50 Hz demnach 6, 66 m betragen. Die geschlossenen Rohrenden müssen eine Viertel-Wellenlänge von den zugeordneten Membranen entfernt angeordnet werden. Zwischen den Membranen von Schall- sender und Empfänger muß eine Luftsäulenstrecke von η ■ A/2; η = 1,2,3... vorhanden sein. Andere Frequenzen ergeben natürlich auch andere Rohrlängen. Zur Auskoppelung der Schallenergie ist jedoch nicht die volle Rohrlänge erforderlich. Die Ankoppelung der longitudinalen Schallwelle erfolgt an einem Schwingungsbauch der sich ausbildenden stehenden Welle, also beiThe length of an insulating pipe, in which a full standing wave propagates with a suitable termination, must therefore be 6.66 m at / - 50 Hz. The closed pipe ends must be placed a quarter wavelength away from the associated membranes. Between the membranes of the sound transmitter and receiver there must be an air column distance of η ■ A / 2; η = 1,2,3 ... be present. Of course, other frequencies also result in other pipe lengths. However, the full length of the pipe is not required to extract the sound energy. The coupling of the longitudinal sound wave takes place at an antinode of the developing standing wave, i.e. at

π ■ All = π ■ 333 m. π ■ All = π ■ 333 m.

Die geschilderte Energieübertragung mit Schallwellen arbeitet mit hohem Wirkungsgrad im Gegensatz zj alternativen geschilderten Verfahren. Der Wirkungsgrad wird gesteigert, wenn die Eigenresonanz aller mechanischen bewegten Bauelemente auf die Resonanzfrequenz der Luftsäule bzw. Gassäule abgestimmt ist und die elektrischen Verluste im Schallsender und Empfänger gering gehalten werden. Sowohl Schwingungserzeuger als auch -empfänger (mit Generation der Versorgungsspannung) arbeiten völlig wartungsfrei mit hoher Arbeitsdauer. Zur Versorgung wird eine Wechselspannung erzeugt, die wie gewünscht transformiert werden kann, damit nachgeschaltete Schaltspannungsregler in der Übertragungseinrichtung mit hohem Wirkungsgrad betrieben werden können. Dieses Prinzip arbeitet auch in einem mit Schutzgas unter Druck gefüllten Hochspannungsisolator.The described energy transfer with sound waves works with high efficiency in contrast to zj alternative procedures outlined. The efficiency is increased if the natural resonance of all mechanical moving components is matched to the resonance frequency of the air column or gas column and the electrical losses in the sound transmitter and receiver are kept low. Both the vibration generator and the receiver (with generation of the supply voltage) work completely maintenance-free with a long working time. An alternating voltage is generated for the supply, which transforms as required can be so that downstream switching voltage regulators in the transmission device can be operated with high efficiency. This principle also works in a high-voltage insulator filled with protective gas under pressure.

5050

Hier ist ein Schwingungsemofanger 4,5 angeordnet,der aus einer Membran 4 und einem aufgrund der Mcmbranschwingung eine elektrische Spannung erzeugenden permanentmagnet-erregten Schwinger 5 auf Hochspannungspotential besteht Dabei sollte die Eigenfre- quenz des Schwingungserzeugers 2,3 und des Empfängers 4,5 mit der über die Rohrlänge festgestellten Resonanzfrequenz /der Luftsäule übereinstimmen. Das Rohr kann beidseitig dort geschlossen werden, wo ein Schwingungsknoten steht. In der Figur ist der Abschluß w entsprechend eingetragen, nämlich zweckmäßigerweise nach A/4 — 1,66 m. Die vom Schwinger 5 erzeugte elektrische Spannung wird dem Meßverstärker 7 und der Informationsübertragungseinrichtung 10 als Versorgungsspannung zugeführt. esA vibration emulator 4.5 is arranged here, which consists of a membrane 4 and a permanent magnet-excited oscillator 5 at high voltage potential that generates an electrical voltage due to the membrane oscillation match the resonance frequency determined over the pipe length / the air column. The tube can be closed on both sides where there is a vibration node. In the figure, the termination w is entered accordingly, namely expediently according to A / 4 - 1.66 m. The electrical voltage generated by the oscillator 5 is fed to the measuring amplifier 7 and the information transmission device 10 as a supply voltage. it

Als Isolierrohr kann zweckmäßigerweise der Hochspannungsisolator verwendet werden, der die Meß- und Datenendeinrichtung trägt.As an insulating tube, the high-voltage insulator can expediently be used, the measuring and Data terminal equipment carries.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (2)

1 2 aber dann, wenn gar kein Gleichstrom fließt Patentansprüche: Die Wartung der Pufferbatterie stellt aber neue Pro bleme. Das gilt auch für die Überlegung, Energie aus1 2 but only when there is no direct current flowing. Patent claims: The maintenance of the backup battery poses new problems. This also applies to the consideration of energy from 1. Einrichtung zum potentialfreien Energietrans- Solarzellen während der Tageszeit zu gewinnen.1. Facility to gain potential-free energy trans- solar cells during the daytime. port zu einer auf Hochspannungspotential liegenden 5 Schließlich könnte man daran denken, Lichtstrahlungport to a high-voltage potential 5 Finally, one could think of light radiation elektronischen Meßeinrichtung für physikalische von einer Halogenlampe auf Erdpotential, fokussiertElectronic measuring device for physical from a halogen lamp on earth potential, focused und/oder elektrische Meßgrößen und zu einer mit über einen langbrennweitigen Parabolspiegel, ausge-and / or electrical measured variables and one with a long-focal length parabolic mirror, dieser Meßeinrichtung verbundenen, ebenfalls auf richtet auf einen Silizium-Photoelementgenerator aufthis measuring device connected, also on sets up on a silicon photo element generator Hochspannungspotential liegenden Informations- Hochspannungspotential, zu übertragen. Eine derartigeHigh voltage potential lying information high voltage potential to transmit. Such a one übertragungseinrichtung zur Übertragung von In- io Methode ist jedoch aufwendig, störanfällig und nichtHowever, the transmission device for the transmission of the In-io method is complex, prone to failure and not formationen zu einer auf Erdpotential liegenden wartungsfrei.formations to a maintenance-free at ground potential. Warte, dadurch gekennzeichnet, daßeine Es ist durch die DE-OS 29 11 476 eine Anordnung zur sich in einem geschlossenen Isolierrohr ^befinden- Stromversorgung einer auf Hochspannungspotential de Luft- oder Schutzgasstrecke von einem sich auf befindlichen Einrichtung unter Einsatz von einem ersten Erdpotential befindlichen Schwingungserzeuger (2, i5 induktiven Wandler auf Niederspannungspotential, des-3) so mit der Frequenz (f) eines Wechselspannungs- sen Primärwicklung von einem Hochfrequenzgenerator generators (1) zur Schwingung angeregt wird, daß gespeist wird und einem weiteren induktiven Wandler innerhalb des Rohres eine stehende Longitudinal- auf Hochspannungspotential, dessen Sekundärwicklung welle erzeugt wird, daß auf Hochspannungspotential mit der Einrichtung verbunden ist, wobei die Sekundärin einem Schwingungsbauch der stehenden Weile 20 wicklung des ersten Wandlers und die Primärwicklung ein permanentmagnet-erregter Schwingungsemp- des weiteren Wandlers über zwei Ketten von in Serie fänger (4,5) angeordnet ist, der die Energie der Lon- geschalteten Kondensatoren verbunden sind, bekanntgitudinalwelle auskoppelt und eine Wechselspan- geworden, bei der die Kondensatoren durch Querdrosnung erzeugt, mit der die Meßeinrichtung (7) und die sein ergänzt werden und dadurch ein Hochpaß entsteht, Informationsübertragungseinrichtung (10) gespeist 25 in dessen Durchlaßbereich die Generatorfrequenz liegt, werden, daß die Eigenfrequenz von Schwingungser- Diese Anordnung hl jedoch sehr aufwendig und teuer: zeuger (2, 3) und Schwingungsempfänger (4, 5) mit die Hochspannung wird stufenweise zwischen den beider über die Rohrlänge festgelegten Resonanzfre- den Wandlern aufgebaut Dazu sind von Stufe zu Stufe quenz der Luft- oder Gassäule übereinstimmt, und Hochspannungskondensatoren notwendig. Es ist eine daß das Isolierrohr (R) beidseitig dort geschlossen 30 ganze Reihe von Stufen erforderlich, um von einer Leiwird, wo sich ein Schwingun^knoten der stehenden tung von ±500 kV auf Erdpotential zu kommen. Die Welle befindet Anordnung muß außerdem noch gegen Witterungsein-Control room, characterized in that it is from DE-OS 29 11 476 an arrangement for being in a closed insulating tube ^ power supply to a high-voltage potential de air or protective gas line from a device located on using a first earth potential located vibration generator (2, i5 inductive converter on low voltage potential, des-3) so with the frequency (f) of an alternating voltage sen primary winding of a high frequency generator generator (1) is excited to oscillate that is fed and another inductive converter within the pipe a stationary Longitudinal to high-voltage potential, the secondary winding wave is generated that is connected to high-voltage potential with the device, the secondary winding of the first transducer in an antinode of the standing wave 20 and the primary winding a permanent magnet-excited vibration sensor and the further transducer via two chains of is arranged in series catcher (4, 5), which connects the energy of the long-switched capacitors, decouples known longitudinal wave and has become an alternating voltage, in which the capacitors are generated by transverse flow, with which the measuring device (7) and the be supplemented and thereby creating a high-pass filter, information transfer means (10) fed 25 in the pass band is the generator frequency, are, but that the natural frequency of Schwingungser- This arrangement hl very complex and expensive: generator (2, 3) and vibration receiver (4, 5) the high voltage is built up in stages between the two resonance frequency converters set over the length of the pipe. The frequency of the air or gas column is the same from stage to stage, and high-voltage capacitors are required. It is necessary that the insulating tube (R) is closed on both sides 30 whole series of steps in order to get from a line where a vibration node of the standing direction of ± 500 kV comes to earth potential. The shaft is also positioned against the elements. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- flosse, etwa durch ein ölgefülltes Schutzrohr, geschützt zeichnet, daß als Isolierrohr (R) der die Meß- und werden.2. Device according to claim 1, characterized marked fins, for example by an oil-filled protective tube, protected, characterized in that as the insulating tube (R) of the measuring and are. Informationsübertragungseinrichtung (7, 10) auf 35 Es ist ferner durch die DE-PS 9 71 878 die Übertra-Information transmission device (7, 10) on 35 It is also through DE-PS 9 71 878 the transmission Hocnspannungspotential tragende hohle Hochspan- gung eines Meßwertes von einer Hochspannungslei-Hollow high voltage carrying high voltage potential of a measured value from a high voltage line nungsisolator benutzt wird. tung auf Erdpotential, bei der ein Schallgeber ein demvoltage isolator is used. tion to earth potential, at which a sounder to the Meßwert entsprechendes Schallsi^al aussendet undMeasured value emits corresponding sound signal and ein Schallempfänger einen Teil dieses Signals empfängt.a sound receiver receives part of this signal. 40 der dann verstärkt wird, bekanntgeworden. Mit einer derartigen Anordnung ist aber keine Energieübertra-40 which is then strengthened, became known. With a such an arrangement is not an energy transfer Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum gung im beabsichtigten Sinn zu erreichen,
potentialfreien Energietransport gemäß dem Oberbe- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Eingriff des vorliegenden Hauptanspruches, richtung zum potentialfreien Energietransport gemäßThe invention relates to a device for gung in the intended sense to achieve
potential-free energy transport according to the Oberbe- The invention is based on the object of an intervention of the present main claim, direction according to the potential-free energy transport Die Forderung, Energie auf Hochspannungspotential 45 dem Oberbegriff des vorliegenden Hauptanspruchs an-The requirement, energy on high voltage potential 45 to the preamble of the present main claim zur Speisung von Meß- und Übertragungseinrichtungen zugeben, die nicht aufwendig und weitgehend wartungs-to feed measuring and transmission devices, which are not expensive and largely maintenance-free zu übertragen, stellt sich etwa bei der Hochspannungs- frei arbeitet, sowie zusätzliche Schutzmaßnahmen nichtto transfer, arises, for example, with the high-voltage free works, as well as additional protective measures not Gleichstrom-Übertragung (HGÜ), bei der auf benötigt.Direct current transmission (HVDC), when needed on. ρ ±500 kV-Potential gegen Erde der Gleichstrom und Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch dieρ ± 500 kV potential to earth of the direct current and, according to the invention, this object is achieved by the seine Richtung gemessen werden soll. Eine Messung des 50 im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenenits direction is to be measured. A measurement of the 50 specified in the characterizing part of the main claim Gleichstroms mit anschließender Meßwertübertragung Merkmale gelöst.Direct current with subsequent measured value transmission features solved. kann mit einem Gleichstrom-Meßwandler nach dem Eine besondere Ausführungsart der Erfindung ist imcan with a DC transducer according to the A particular embodiment of the invention is in Prinzip Klämer durchgeführt werden, das etwa in der Patentanspruch 2 angegeben.Principle Klämer to be carried out, as stated in claim 2. DE-AS 22 28 867 beschrieben ist. Hier erfolgt die Po- Die Einrichtung gemäß der Erfindung wird anhandDE-AS 22 28 867 is described. This is where the Po- The device according to the invention is based on tentialtrennung im Wandler; da dieser jedoch einen ma- 55 der Zeichnung im nachstehend beschriebenen Ausfüh-potential separation in the converter; however, since this is a model of the drawing in the execution described below gnetisierbaren Kern aufweisen muß, dem der zu mes- rungsbeispiel näher erläutert.Must have gnetisable core, which explains the measurement example in more detail. sende Gleichstrom zuzuführen ist, und die Potential- In der Figur ist mit 9 eine Hochspannungs-Gleich-send direct current is to be supplied, and the potential in the figure is a high-voltage direct current with 9 trennung in ihm erfolgen muß, wird diese Meßeinrich- strom-Übertragungsleitung bezeichnet, die aufseparation must take place in it, this Meßeinrich- power transmission line is called, which on tung voluminös, schwer und teuer. Im übrigen kann mit ±500 kV gegenüber Erde liegt. Der Gleichstrom — ein-bulky, heavy and expensive. Otherwise, ± 500 kV can be compared to earth. The direct current - a dem Krämer-Wandler die Stromrichtung nicht erfaßt 60 schließlich Richtung — wird an einem breitbandigenthe Kramer converter does not detect the current direction 60 finally direction - is at a broadband werden. Hinzu kommt, daß die Meßbandbreite nicht Shunt 8 gemessen und einem Meßverstärker 7 zuge-will. In addition, the measuring bandwidth is not measured by shunt 8 and assigned to a measuring amplifier 7. ausreichend ist. führt, dessen Ausgang mit einer Informationsübertra-is sufficient. leads, the output of which with an information transfer Um den auf Hochspannungspotential liegenden Meß- gungseinrichtung 10 verbunden ist. Von hier aus sollenIs connected to the measuring device 10 which is at high voltage potential. From here should und Übertragungseinrichtungen die für den Betrieb not- Informationen IM über die Messung zu einer Wane /.and transmission facilities, the information IM about the measurement to a Wane / emergency for the operation. wendige Energie zuzuführen, könnte man daran denken, 65 die auf Erdpotential liegt, übertragen werden,to supply manoeuvrable energy, one could think of 65 that is at earth potential, transferred, den Oberwellengehalt des zu messenden Gleichstromes Diese Übertragung erfolgt so. daß die verstärkte ana-the harmonic content of the direct current to be measured. This transmission takes place in this way. that the increased anal zur Energiegewinnung zu verwenden. Ohne zusätzliche löge Meßspannung einem Spannungs-Frequenzwandk-rto use for energy generation. Without an additional measurement voltage a voltage-frequency converter Pufferbatterie versagt diese Methode mit Sicherheit zugeführt wird, der eine Leistungs-//?-Diode steueri.Buffer battery fails this method is certainly fed to the control of a power //? Diode.
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