DK169934B1 - Opstilling til trådløs informationsoverføring ved hjælp af elektormagnetiske bølger med ekstrem lav frekvens - Google Patents

Description

i DK 169934 B1

Opfindelsen angår en opstilling til trådløs informationsoverføring ved hjælp af elektromagnetiske bølger med ekstrem lav frekvens (ELF/ infralangbølger) til informationsoverføring til modtagere, som befinder 5 sig under vand.

Informationsoverføring til modtagere, som befinder sig under vandet, f.eks. modtagere i neddykke-de u-både, over sædvanlige HF-radioforbindelser hindres af disse bølgers meget ringe indtrængningsdybde i hav-10 vand. Dæmpningen i havvand er mindre for større bølgelængder, hvoraf fremkommer den i og for sig kendte erkendelse, at bølger med særlig stor bølgelængde hhv. særlig lav frekvens (extremely low frequency = ELF) snarere egner sig til informationsoverføring til modtagere, 15 som befinder sig under vand.

Forsøg med systemer, hvor havvandets strømledende egenskab udnyttes til, at der mellem to langt fra hinanden liggende elektroder i vandet frembringes en strøm i havvandet, hvis magnetfelt detekteres af 20 egnede sensorer på undervandsmodtageren (f. eks. DE-PS 25 11 179), har som følge af det dermed forbundne opbud til elektroderne og det betydelige energiforbrug vist sig ikke at være tilfredsstillende.

Fra US-PS 44 45 123 kendes en ELF-sendeanten-25 ne, som består af en over jordoverfladen anbragt horisontal ledersløjfe, i hvilken der frembringes en periodisk skiftende ringstrøm.

Den foreliggende opfindelse har til opgave at angive en sådan opstilling, som med et acceptabelt op-30 bud hurtigt kan gøres driftsklar.

Opfindelsen er angivet i patentkravet. Underkravene angiver fordelagtige udformninger og videreudviklinger af opfindelsen.

Jernbanevæsenet har et vidtmasket, over et 35 stort område fordelt net af højspændings-forsyningsledninger, som føder såkaldte "underværker" som forde-i lings-og/eller omformerstationer med afstande på ca.

DK 169934 B1 2 l 30-50 km. I underværkerne bliver eksempelvis forsyningshøjspændingen omsat til køretrådsspændingen. Højspændingsforsyningsledningerne omfatter eksempelvis fire kabler med højspænding og et jordkabel på spidsen 5 af de ledningerne bærende master som beskyttelse mod lynnedslag. Højspændingskablerne er sammenfattet parvist til jordsymmetrisk føring af højspændingen.

I opstillingen ifølge opfindelsen kan den horisontale sløjfe udformes stor og i det mindste til-nærmelsesvis cirkulær. Sløjfeomkredsen ligger fortrinsvis i en størrelsesorden på nogle hundrede kilometer.

Da ringstrømmen i vidt omfang kan føres i lavohmske ledere, og lederne befinder sig over jordoverfladen, forbliver de ohmske tab i lederen og felttab i jorden ringe, 15 mens den opnåelige magnetfeltstyrke ved en given ringstrømstyrke bliver maksimal som følge af muligheden for den tilnærmet cirkulære udformning af sløjfen. Derved fremkommer der en høj virkningsgrad og dermed et ringe energiforbrug. Den til frembringelse af ringstrømmen 20 nødvendige spænding kan reduceres, idet flere generatorer anbringes tilnærmelsesvis ensartet på ledersløj fen.

Udnyttelsen af jernbanens højspændingsforsyningsnet har en række meget væsentlige fordele. Den mest åbenlyse fordel er den, at dette net uafhængigt af den 25 foreliggende opfindelse allerede eksisterer og holdes i stand. Forsyningsnettet byder på mulighed for at danne flere forskellige masker. Driften af højspændingsforsyningsledningerne på den ved opfindelsen angivne måde er meget sikker mod udfald af dele af forsyningsnettet, og-30 så ved tilsigtet ødelæggelse, fordi hver højspændingsledning består af fire højspændingskabler, hvoraf også en enkelt i nødstilfælde er tilstrækkelig til føring: af ringstrømmen. Desuden kan dele af ledersløj fen også udgøres af andre ledere, fortrinsvis jernbanens skinne-35 strenge, men også jorden. Den jordsymmetriske forsyningsstrøm og den jordusymmetriske ringstrøm kan problemfrit ϋ . å 3 DK 169934 B1 overlejres hinanden. Den til frembringelse af ringstrømmen nødvendige spænding er, navnlig i udførelsesformen med flere fordelt anbragte generatorer, ringe i sammenligning med forsyningshøjspændingen og influerer derfor 5 ikke på denne. Ved udfald af en generator kan dennes effektandel leveres af nabogeneratorer. Derved tiltager ganske vist spændingsfaldet på den mellemliggende lederstrækning, men det forbliver stadig meget ringe i sammenligning med forsynings- eller køretrådshøjspændingen.

10 Som følge af de ringe indbyrdes afstande mellem underværkerne kan ringstrømgeneratorerne optages i disse underværker.

Fig. 1 viser et eksempel på en jordfri tilslutningsmulighed af flere generatorer GL til frembring-15 else af en ringstrøm i med eksempelvis 300 Hz i en ledning L. Med en indbyrdes afstand D på eksempelvis 30-50 km er der i ledningen L indføjet resonanskredse R, som er afstemt på ringstrømmens frekvens. Disse resonanskredse kompenserer samtidigt ledningsselvinduktionen 20 ved signalfrekvensen, der ligger tydeligt over jernbaneforsyningsspændingens frekvens. For forsyningsstrømmen med en frekvens på f. eks. 16·^ Hz udgør en sådan resonanskreds en seriemodstand på kun ca. 0,1 ohm, og den kan derfor negligeres. Resonanskredsens selvinduktion 25 udgør samtidigt sekundærsiden på en transformator T , hvis primærside aktiveres af ringstrømgeneratoren GL.

Som følge af den ringe afstand mellem nabogeneratorer på f. eks. maksimalt 50 km forbliver den til frembringelse af ringstrømmen nødvendige spænding ringe t 30 i sammenligning med jernbanenettets forsyningshøj spænding. Til generatorerne kan der fordelagtigt anvendes kobleomsættere, der er bestykket med halvlederkoblere.

4 DK 169934 B1

C

I fig. 2 er der skitseret en opstilling til shuntning af en delstrækning af ledersløjfen ved hjælp af jernbaneskinner som ledere. Højspændingsforsyningsledningerne består som allerede beskrevet af fem kabler, 5 hvoraf LO udgør jordkablet, og LI, L2 og L3, L4 hver især er sammenfattet til et af forsyningsgeneratorerne GF jordsymmetrisk fødet ledningspar. Ringstrømmen 4 x i er ført jordusymetrisk i alle fire ledninger L1,L2, L3,L4. I et skinnenært underværk U1 bliver ring-10 strømmen ledet fra højspændingsledningerne til jernbaneskinnerne (eller jorden). Forbindelsesledningerne mellem højspændingslederne og skinnerne er som følge af den måde, hvorpå ringstrømmen aftages, ikke belastet af forsyningshøjspændingen. Ringstrømgeneratorerne GL's 15 anbringelse på forbindelsesledningerne mellem højspændingsledningerne og skinnerne er valgt vilkårligt i skitsen og er ikke nødvendig for opstillingens virkemåde. Ringstrømgeneratorerne kan i og for sig være anbragt på i vidt omfang vilkårlige steder i den af høj-20 spændingsledninger og skinner dannede ledersløj fe. Mellem underværket Ul og underværket UII føres ringstrømmen i skinnerne. Det er naturligvis en forudsætning, at skinnerne er sammensvejset gennemgående, eller at afbrydelser i skinnerne er shuntet ledende. I undervær-25 ket UII bliver ringstrømmen igen ført til højspændingsforsyningsledningerne. Dette kan også ske via jord.

Den yderligere adskillelse af den lavfrekvente forsyningshøjspænding fra ELF-strømmene på f. eks.

300 Hz antydes i fig 2 ved hjælp af spærrekredse (§).

30 pette er f. eks. vigtigt, hvis højspændingsledningens symmetri ødelægges, f. eks. som følge af overslag i en høj spændingsisolator.

v i ___ __ —_ ..... _-. . . ---—

Claims (8)

1. Opstilling til trådløs informationsover-føring ved hjælp af elektromagnetiske bølger med ekstrem lav frekvens (ELF), navnlig til informationsoverføring til modtagere, som befinder sig under vand, under an- 5 vendelse af en over jordoverfladen anbragt horisontal ledersløjfe med midler til frembringelse af en periodisk vekslende ringstrøm i ledersløjfen, kendetegnet ved, at ledersløjfen i det væsentlige udgøres af højspændingsledninger i et højspændingsforsyningsnet i 10 et alment jernbanenet.

2. Opstilling ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der til frembringelse af ringstrømmen findes flere synkront drevne generatorer tilnærmet jævnt fordelt på ledersløjfen.

3. Opstilling ifølge krav 2, kendeteg net ved, at generatorerne er tilsluttet transformato-risk over parallelresonanskredse i ledersløjfen.

4. Opstilling ifølge et eller flere af kravene 1-3, kendetegnet ved, at ringstrømmen frem- 20 bringes jordfrit i ledersløjfen.

5. Opstilling ifølge et eller flere af kravene 1-4, kendetegnet ved, at ringstrømmen tilføres jordusymmetrisk til i henseende til forsyningshøjspændingen jordsymmetrisk drevne ledninger.

6. Opstilling ifølge et eller flere af krave ne 1-5, kendetegnet ved, at delstykker af ledersløjfen er erstattelige ved hjælp af andre leder forbindelser end et jernbanenets højspændingsforsyningsledninger.

7. Opstilling ifølge krav 6, kendeteg- net ved, at de andre lederforbindelser udgøres af jernbaneskinnerne.

8. Opstilling ifølge et eller flere af kravene 1-7, kendetegnet ved, at generatorerne er op- 35 taget i fordeler- og/eller omformerstationer i forsyningsnettet.