ES2243477T3 - Procedimiento y mecanismo para el acondicionamiento de la instalacion electrica de edificios para una transmision rapida de datos. - Google Patents

Procedimiento y mecanismo para el acondicionamiento de la instalacion electrica de edificios para una transmision rapida de datos.

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ES2243477T3 ES01923726T ES01923726T ES2243477T3 ES 2243477 T3 ES2243477 T3 ES 2243477T3 ES 01923726 T ES01923726 T ES 01923726T ES 01923726 T ES01923726 T ES 01923726T ES 2243477 T3 ES2243477 T3 ES 2243477T3
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Abstract

Procedimiento para el acondicionamiento de red para una transmisión de datos más rápida y más compatible electromagnéticamente a través de redes de suministro de corriente internas del edificio, caracterizado porque a) en el conductor neutral se inserta, lo más cerca posible del punto de toma de tierra de la casa, una inductividad, que tiene una alta impedancia para las frecuencias usadas de soporte b) en la conexión de la casa en dos de las tres fases L1, L2, L3 que llegan de la estación de transformadores están instaladas inductividades y el acoplamiento y desacoplamiento de la señal para la comunicación entre casa y estación de transformadores tiene lugar en el lado del transformador de estas inductividades c) en la conexión de la casa en el lado de la casa tiene lugar un cortocircuito de alta frecuencia de todos los cuatro conductores hacia el punto de toma de tierra de la casa d) para el caso de que un interruptor de seguridad de corriente de la falla esté presente, se inserta la inductividad en el lado del consumidor del interruptor de seguridad de corriente de la falla en el conductor neutral y entre el conductor de seguridad y el borne de conexión del lado de la casa del conductor neutral se establece un cortacircuito de alta frecuencia e) para el caso de que varios interruptores de seguridad de corriente de la falla estén presentes, se inserta la inductividad en el lado de espaldas a la casa del interruptor de seguridad de corriente de la falla, lo más cerca posible del punto de toma de tierra de la casa y se puentean para alta frecuencia los interruptores individuales de seguridad de corriente de la falla en sus bornes del conductor neutral.

Description

Procedimiento y mecanismo para el acondicionamiento de la instalación eléctrica de edificios para una transmisión rápida de datos.

La invención se refiere a un procedimiento y a un mecanismo para el acondicionamiento de la instalación eléctrica de edificios para una transmisión rápida de datos, por ejemplo, para la realización de servicios de telecomunicaciones de todo tipo, en particular, sin embargo, de acceso rápido a Internet a través de la toma de corriente y también de la realización de transmisión digital de audio y vídeo.

Del documento WO 99/30434 se conoce ya un mecanismo con el que se transmiten datos a través de una red de suministro eléctrico, incluida una red interior de una casa.

También del documento DE 19544027C2 se conoce un sistema de bus para una instalación eléctrica de la instalación de una casa con la que se co-emplean conducciones de energía convencionales de tres conductores o también de cuatro conductores para la conducción de bus de datos.

Además se describe en el documento DE 19654837A1 un sistema de bus empleado en el ámbito de la automatización de edificios, con el que tiene lugar el acoplamiento y desacoplamiento de las conducciones de baja tensión usadas a través de transformadores de acoplamiento.

La banda de frecuencia que se ha de considerar para una transmisión rápida de datos abarca desde aproximadamente 1 MHz hasta más de 30 MHz. Hasta ahora sólo hay especificaciones de uso para el intervalo de frecuencias de 9 kHz a 148,5 kHz por debajo de la banda de radio de onda larga en forma de la norma europea WN50065: Signalling on low voltage electrical installations in the frequency range 3 kHz to 148,5 kHz, CENELEC, Bruselas, 1991. En los intervalos interesantes de frecuencia más altos no hay bandas libres disponibles que pudieran asignarse a nuevos servicios y protegerse para ello. El solapamiento espectral con servicios existentes como transmisiones radiofónicas, marítimas o aéreas y de aficionados es inevitable, de manera que sin medidas especiales no se pueden excluir problemas EMV. Ya que las redes de distribución energética son constructos "abiertos" electromagnéticamente, que absorben como antenas señales emitidas de radio y emiten alta frecuencia alimentada. Especialmente en edificios hay además múltiples interferencias que surgen además por el uso de energía eléctrica, de manera que no se son suficientes niveles de emisión muy reducidos para una comunicación segura. Especialmente grave puede ser el tamaño de la interferencia en las instalaciones de fábricas. En el futuro se esperan también, con el empleo de desconectadores para corte en carga muy rápidos en forma de empeoramientos IGBT (transistor bipolar de puerta aislada) de la situación de interferencias de alta frecuencia. La posibilidad de realización de comunicación segura a redes de distribución energética está y cae, por tanto, con soluciones técnicas y sólidas económicamente a favor de un amplio intervalo de problemas EMV (compatibilidad electromagnética). Desde el punto de vista actual las redes eléctricas podrían tener importancia como medio de comunicación por un periodo de tiempo de hasta 20 años. Con un ámbito de empleo creciente se extiende también la problemática EMV, de manera que será necesaria una adaptación constante y complemento de soluciones EMV.

La compatibilidad electromagnética es siempre un asunto con dos lados. Por un lado vale configurar un sistema del que no parte ningún tipo de efecto de interferencia no permitido hacia el entorno, y por otro lado el sistema tiene que funcionar de forma segura y eficaz en todo entorno en le que no existan interferencias que superen los valores límite. Las dos exigencias no pueden considerarse aisladamente, sino que están caracterizadas por una estrecha interacción. Si con ataques relativamente sencillos en redes eléctricas existentes se consiguiera, por lo general, establecer al menos parcialmente la simetría que falta, se podría conseguir una suavización significativa de los problemas de EMV.

En todos los usos de la comunicación a través de redes eléctricas la transmisión de señal tiene que transcurrir fundamentalmente en conexión con la conducción, de manera que no tenga lugar ninguna emisión de los campos magnéticos. Esto se consigue técnicamente mediante una alta simetría de la guía de la conducción y el así llamado funcionamiento en contratase. La simetría dice que los conductores de ida y los de vuelta de una conexión de noticias están tendidos de forma estrechamente próxima y que en cuanto a cantidad, conducen corrientes igualmente grandes, estando opuestas las direcciones eléctricas. En este caso se compensan los campos en el entorno y se reducen a poca distancia por debajo de los límites de detección. Eso se aplica, por ejemplo, muy bien a cables coaxiales y conductores dobles retorcidos (en inglés: twisted pair). Si por el contrario se consideran instalaciones típicas de edificios, entonces se reconoce que tales condiciones ideales de la simetría no se cumplen allí.

Por otro lado amplias investigaciones, sin embargo, de las propiedades de alta frecuencia de las redes eléctricas de instalación dan como resultado que con niveles moderados de emisión está a disposición una capacidad de canal que alcanza hasta bastante por encima de 100 Mbit/s. En este contexto se remite, por ejemplo, a la siguiente bibliografía: Dostert K.: Power Lines as High Speed Data Transmission Channels - Modelling the Physical Limits. Proceedings of the 5th IEEE International Symposium on Spread Spectrum Techniques and Applications (ISSSTA '98) Sun City, South Africa (Sept. 1998), ISBN 0-7803-4281-X, Vol. 2/3, 585-589.

La construcción de conexiones con varios megabit/s parece con ello no problemática a primera vista. Las posibilidades de uso de las redes eléctricas no son, sin embargo, por desgracia ilimitadas, porque debido a la asimetría hay que contar con emisión de señal, con lo que los servicios de radiotransmisión (transmisión radiofónica de onda larga, media y corta, así como bandas radioaficionados) pueden estar afectados por una concesión de frecuencias totalmente liberal. Mientras que la investigación y el desarrollo se han ocupado en el pasado en primera línea de la posibilidad de crear una transmisión rápida de datos en las redes, ahora tienen preferencia las soluciones para problemas de compatibilidad electromagnética. Por un lado es válido elaborar soluciones de compromiso para la distribución de frecuencia y la determinación de valores límite de nivel, y por otro lado impedir la emisión de señal elevada no permitida mediante medidas apropiadas de la simetrización y alimentación de contrafase. Si se parte, por ejemplo, de que para una comunicación eficaz hay que alimentar un nivel de emisión U_{L} indicado en voltios. En una toma de corriente, primero hay que responder a la pregunta de qué intensidad de campo E (en voltios/metro) resulta de ello a una distancia determinada de la conducción alimentada. La respuesta no es nada sencilla, pues E depende, junto a la distancia, considerablemente de la estructura del sistema de conducción, el tipo de la alimentación y de una serie de otras condiciones de entorno. Si se forma la relación W/U_{L}, entonces se recibe un tamaño característico con la dimensión 1/m, que se denomina como factor de acoplamiento electromagnético o también factor de antena.

De una serie de resultados publicados, como están indicados en Proceedings of the 3rd International Symposium on Power-Line Communications and its Applications (ISPLC '99), Lancaster, UK (1999), ISBN: 90-74249-22-1 y el volumen de sesión del seminario intensivo de la exposición de radiotransmisión "Powerline Communication y EMV", Munich, 1 de julio 1999, y las mediciones propias resultan de valores numéricos de redes no condicionadas de K \approx 10^{-2}/m... 10^{-3}/m para el factor de acoplamiento. Eso significa que con un nivel de emisión UL = 1V en la conducción (soporte no modulado, es decir, ancho de banda cero) se tiene que contar en la distancia de medición (típicamente 3 m) con intensidades eléctricas de campo de E = 1... 10 mV/m (\equiv 60... 80 dB\muV/m). Estos valores tienen un significado especial en conexión con futuras determinaciones de valores límite en el marco de la, así llamada, determinación de uso 30 para la normativa de asignación de frecuencias (Comunicación 1/1999 de la RegTP [autoridad reguladora]).

Con un nivel de emisión de 1V sería una buena comunicación posible en la mayoría de las redes de instalación. Hay que tener en cuenta que aquí sólo se ha considerado el soporte de banda estrecha no modulado y conduce a 60... 80 dB\muV/m. Con una modulación de banda ancha se reciben, con una medición adecuada a la norma, valores notablemente más reducidos. Además de esto, la presente invención hace que se reduzca notablemente el factor de acoplamiento mediante ataques simetrizantes a la red.

En la investigación de posibles efectos de interferencia mediante comunicación en redes eléctricas se debe diferenciar entre los dos niveles de red:

-
Nivel de red 1: conexiones entre la estación de transformado y la conexión de la casa, por lo general, cable terrestre

-
Nivel de red 2: conexiones a través de redes de instalación de edificios.

El nivel de red 1 representa la llamada "última milla". Para los fabricantes de sistemas y aparatos no es satisfactorio el puentear el trayecto sólo hasta la conexión de la casa. Se espera una revalorización notable de los servicios ofertados si tampoco se produce un cableado interno de la casa y con ello, por ejemplo, un PC al ser enchufado al enchufe de red inmediatamente está "en línea". La posibilidad de que esta visión de Internet se haga a partir de la toma de corriente está fuera de duda. Sin embargo, no tendrá técnicamente la apariencia de que se realiza una transmisión general desde la estación de transformadores a la toma de corriente. Más bien, la conexión en la casa representará un punto de descarga, donde el nivel de red 1 finaliza. Del funcionamiento de este nivel es responsable el proveedor del servicio, mientras que la configuración del nivel 2 en gran parte se encuentra en el juicio del propietario de la casa o de la vivienda.

Respecto a las estructuras de red existen conocidamente diferencias completamente notables entre los niveles 1 y 2. El componente más importante en la zona nivel de red 1 es sin duda el cable. El cable más usado en las redes alemanas de distribución tiene una geometría de sección transversal de 4 sectores formando tres de los sectores las fases L1, L2 y L3 del sistema de corriente trifásica, mientras que el cuarto representa el conductor cero o conductor neutral, que va a tierra en toda conexión de la casa. Si se alimenta un cable de energía de este tipo con señales de emisión de alta frecuencia de forma simétrica a dos fases, siendo preferidos sectores opuestos, no tiene que temerse ninguna irradiación de radio. Las mediciones de campo de radioenlace lo han confirmado. Es importante, no obstante, no usar el conductor neutral debido a sus múltiples conexiones a tierra.

El propio cable de energía representa un papel subordinado, por tanto, en las emisiones indeseadas de energía electromagnética en la comunicación a través de redes eléctricas. Los lugares críticos en el nivel de red 1 son por un lado el sistema de barra colectora de la estación de transformadores y por otro lado el cableado de la casa. En estos puntos se tiene que tener en cuenta mediante medidas adecuadas que se dé un efecto antena lo menor posible. La conexión de la casa adecuada a la alta frecuencia y el acondicionamiento de la instalación del edificio, que es objeto de la presente invención, se describen a continuación.

En la conexión de la casa hay que insertar, conforme a la Fig. 1, en los dos conductores 1 y 2 que llevan alta frecuencia las bobinas de choque 3 y 4, que presentan para señales de alta frecuencia una resistencia relativamente alta en el orden de magnitud de aproximadamente 5 veces la impedancia propia del cable de suministro. En este caso el factor de reflexión en el lugar de acoplamiento es menor del 10%. Para la determinación de la inductividad de los choques 3 y 4 es decisiva la frecuencia de señal más baja que se ha de transmitir. Debido a las propiedades de transmisión del cable de energía en el nivel 1, véase Dostert, K., Zimmermann, M.: The Low Votage Power Distribution Network a Last Mile Access Network - Signal Propagation and Noise Scenario in the HF-Range-AEÜ 54 (2000) Nº 1, págs. 13-22, es aquí el intervalo de frecuencias de aproximadamente 2 MHz... 10 MHz especialmente interesante para las aplicaciones de telecomunicaciones. Con una impedancia propia en el orden de magnitud de 50 \Omega hay que conseguir, por tanto, con 2 MHz una impedancia de choque de aproximadamente 125 \Omega. De ahí resulta una inductividad de 10 \muH.

Como las bobinas de choque llevan corrientes altas con la frecuencia de red (50 Hz), que pueden ascender a 40 A en las conexiones típicas de casa, las inductividades en este orden de magnitud no son fáciles de realizar. Las bobinas puras de núcleo de aire sólo se tienen en cuenta en casos excepcionales debido a los tamaños constructivos necesarios. Es más hábil emplear estructuras de núcleo magnético anular de materiales especiales de ferrita, siendo determinadas decisivamente las propiedades tanto mediante la selección de material como mediante la construcción del núcleo. Hay que seleccionar materiales que presenten una inducción alta de saturación y con la construcción del núcleo es ventajosa la inclusión de entrehierro distribuido, porque así se provoca un cizallamiento de la curva característica, de manera que la saturación se desplaza hacia altas corrientes que se encuentran por encima de los valores típicos de la conexión de casa. En este contexto se ha tenido buenas experiencias con los núcleos magnéticos anulares de material "Kool-M\mu" del fabricante Magnetics. En comparación con una bobina con núcleo de aire se pueden obtener aún en el intervalo de frecuencias que interese con una amplitud de corriente de red de 100 A hasta un factor 100 más alto de valor de impedancia.

Para obtener una separación clara y limpia entre nivel de red 1 y 2 se emplean, conforme a la Fig. 1, tres cortocircuitos de alta frecuencia de banda ancha 5, 6 y 7 hacia el punto de toma de tierra de la casa, que preferentemente se realizan en forma de condensadores válidos para la alta frecuencia. Válido para alta frecuencia significa que con frecuencias de aproximadamente 30 MHz tampoco se deja notar aún una inductividad parásita en serie, que disminuya el efecto de cortocircuito. La selección de condensadores apropiados es difícil, porque es necesaria una alta rigidez dieléctrica que sólo se puede garantizar mediante un cierto tamaño constructivo. La mayoría de los condensadores que son suficientemente rígidos dieléctricamente están construidos en forma de rodillo, con lo que la tendencia a la inductividad parásita está predeterminada. Las piezas constructivas de este tipo se pueden usar, por lo general, sólo hasta frecuencias por debajo de 5 MHz. Para las frecuencias más altas son ventajosos los así llamados condensadores de chip que están construidos en forma de barquillo, es decir tienen una forma de paralelepípedo, estando las dos superficies de condensador alternativamente recubiertas con el dieléctrico como capa intermedia. Ya que aquí no está presente una estructura conductora enrollada continua, resultan inductividades parásitas muy reducidas. Los condensadores de este tipo constructivo están disponibles desde tiempos recientes con la alta rigidez dieléctrica necesaria en los tamaños aquí necesitados de aproximadamente 50 nF. Con 50 nF se recibe a 2 MHz una impedancia de aproximadamente 1,5 \Omega, de manera que debido a los choques conectados previamente, que presentan aproximadamente 125 \Omega, resulta prácticamente un bloqueo de alta frecuencia perfecto.

El nivel final de emisión de un módem 9 para la comunicación en el nivel de red 1 puede adaptarse, independientemente de todos los procesos eléctricos en la casa con ayuda de la transmisión de acoplamiento 10 a la impedancia propia del cable de suministro. Un punto de descarga configurado así asegura que el nivel de red 1 permanezca ni afectado por todos los procesos en la instalación del cliente. Sólo así se puede garantizar finalmente la seguridad y disponibilidad de los servicios ofertados.

Todavía hay que justificar porqué sólo en los dos conductores 1 y 2 solicitados a alta frecuencia se necesitan choques y no en los otros dos. Mediante la estrecha proximidad de los cuatro conductores en un cable son inevitables los acoplamientos, es decir, tendrá lugar obligatoriamente una cierta diafonía. Ésta será la más fuerte inmediatamente en la proximidad del lugar de acoplamiento, porque allí el nivel de emisión es el mayor.

Aquí se encuentran, sin embargo, los cortocircuitos 5, 6 y 7 de alta frecuencia, que impiden con seguridad la conformación indeseada de tensiones de alta frecuencia en el punto de conexión de la casa, porque las impedancias de acoplamiento entre los conductores en el intervalo de frecuencias que interesa son continuamente mayores, de forma notable, que las impedancias de los cortocircuitos HF.

Mientras que así en el nivel de red 1 se alcanza un buen acondicionamiento de red, que permite la comunicación compatible y eficaz electromagnéticamente, es decir, dependiente del funcionamiento de la red con altas frecuencias, la comunicación progresiva a través de redes de instalación de edificios es el objeto de las siguientes observaciones. Dentro de edificios es la compatibilidad electromagnética un reto especial, porque aquí no se conocen posibilidades de una preparación de red. Tanto para un aislamiento adecuado a alta frecuencia como para una alimentación de señal de contrafase simétrica y pura no se conocen principios de solución. Por tanto, hasta ahora se ha tenido que contar con un efecto relativamente fuerte de acoplamiento entre la tensión de señal U_{L} en la conducción y con la intensidad de campo irradiada, es decir, el factor de acoplamiento podría aceptar valores de todas formas, que son mayores notablemente que 10^{-3}/m.

La causa principal para esto es la estructura de las redes típicas de instalación de edificios. Aunque las distancias a puentear en el nivel de red 2 son notablemente más cortas que en el nivel de red 1 se pueden usar con ello por un lado frecuencias más altas (por encima de 30 MHz) y por otro lado son suficientes niveles de emisión reducidos, no obstante, hay que temer problemas de compatibilidad electromagnética, porque la masa de la asimetría es especialmente alta. Esto se puede aclarar en el siguiente ejemplo:

El lugar de alimentación para señales de comunicación de alta frecuencia en edificios es típicamente una toma de corriente de red de 230 V, a la que llevan tres conducciones, concretamente una fase (L1, l2 o L3), el conductor neutral y el conductor de seguridad. Hasta ahora se parte de un alimentador paralelo entre la fase y el conductor neutral. Mientras que en un edificio está un polo de todas las tomas de corriente obligatoriamente conectado al mismo conductor neutral interconectado galvánicamente y conectado a tierra en la conexión de la casa, las fases en el caso ideal están igualmente distribuidas en las tomas de corriente. Una conexión galvánica de las fases se da primero, por tanto, en el transformador de baja tensión. La conexión de alta frecuencia tiene lugar, sin embargo, conforme a la Fig. 1 en el punto de toma de tierra de la casa, en realidad en forma de un cortocircuito de todas las señales de alta frecuencia con toma de tierra al mismo tiempo. Esto es en el sentido de una aplicación de comunicación muy desfavorable, en particular si uno se imagina que un módem emisor se encuentra en una toma de corriente con L2. Por ello pueden alcanzar sólo señales de uso muy débiles mediante diafonía entre L1 y L2, en caso de que las dos fases están llevadas paralelamente a través de una longitud suficientemente grande. En instalaciones típicas de casa no tiene que ser ese el caso en absoluto, de manera que con constelaciones desfavorables incluso a través de distancias relativamente pequeñas entre el emisor y el receptor se tiene que contar con averías. Por otro lado puede estar presente, con respecto a la estructura de conducción, una grave asimetría, ya que no se garantiza en absoluto que la fase y el conductor neutral que llevan a una toma de corriente, estén tendidos en todo el trayecto de construcción paralelamente y estrechamente próximos. En caso extremo pueden incluso venir de direcciones completamente opuestas. Esto lleva inmediatamente a una alta señal de contrafase en el punto de alimentación, de manera que incluso con un reducido rendimiento de emisión se ha de observar una notable irradiación de ondas electromagnéticas.

Mientras que el efecto observado de cortocircuito de las fases en la conexión de casa se podría eliminar en principio mediante la inserción de bobinas adicionales de choque en el lado de la casa, los problemas de la compatibilidad electromagnética no se solucionarían con ello, porque no se provoca incremento de la simetría de la conducción.

Con las técnicas conocidas hasta ahora es, por tanto, sólo muy limitadamente posible un aprovechamiento de los recursos que ofrecen las redes de instalación de edificios para las aplicaciones rápidas de comunicación. Aquí ha de poner remedio la configuración especial descrita a continuación de la presente invención. Para la explicación se prevén cuatro dibujos:

Fig. 1 Red de casa acondicionada con un interruptor de seguridad de corriente de la falla (estándar)

Fig. 2 Red de casa acondicionada con varios interruptores de seguridad de corriente de la falla

Fig. 3 Red de casa acondicionada con conductor de seguridad y sin interruptor de seguridad de corriente de la falla

Fig. 4 Red de casa acondicionada sin interruptor de seguridad de corriente de la falla y sin conductor de seguridad (construcción antigua).

A partir de la fig. 1 se ha descrito ya el punto de descarga de la casa como conexión a nivel de red 1. Para el nivel de red 2 la invención se basa en la idea de configurar todas las tres fases y el conductor de seguridad en la comunicación por medio de señales de alta frecuencia como "masa" y alimentar el conductor neutral con respecto a esta masa con alta frecuencia. Esto se consigue conforme a la invención gracias a que después del contador de corriente 13 y del interruptor de seguridad de corriente de la falla 14 se inserta un choque 15 en el conductor neutral, de manera que la salida del lado de la casa del conductor neutral forme, en cuanto a la alta frecuencia, una "isla", que esté acoplada aún débilmente con los conductores normales y la toma de tierra. La construcción del choque es muy sencilla, ya que para la comunicación interna del edificio principalmente interesa un intervalo de frecuencia por encima de 10 MHz. La distribución de frecuencia entre el nivel de red 1 y 2 es en la actualidad todavía objeto de reflexiones de estandarización, estando pensado para el nivel 1 el intervalo 2... 10 MHz y para el nivel 2 el intervalo >10 MHz. Con una inductividad de aproximadamente 5\muH se han de obtener ya muy buenos resultados. Para evitar los problemas de saturación se puede realizar una bobina apropiada libre de material, es decir como bobina con núcleo de aire. Se puede alcanzar una inductividad de 5\muH, por ejemplo, con una bobina de núcleo de aire en forma de cilindro con un diámetro de 3,5 cm y una longitud de aproximadamente 8 cm. También pueden usarse otras formas constructivas como, por ejemplo, un toroide o una forma espiral. Para el caso de que una comunicación con frecuencias muy por debajo de 10 MHz sea de interés es conveniente emplear materiales de ferrita para elevar la inductividad. Aquí se pueden usar ventajosamente los núcleos magnéticos anulares probados en el nivel de red 1 de material "Kool-M\mu".

Conforme a la Fig. 1 puede ahora tener lugar la alimentación de las señales de alta frecuencia entre el conductor de seguridad 11 y el conductor neutral 11a aislado para la alta frecuencia, al acoplarse un módem 17 por medio de un transmisor 18. Con ayuda de un cortocircuito 16 de alta frecuencia en forma de un condensador se impide que las corrientes de alta frecuencia afluyan a través del interruptor de seguridad de corriente de la falla. Aquí son suficientes capacidades en el orden de magnitud 50... 100nF, siendo necesarias propiedades de alta frecuencia. En la rigidez dieléctrica, por el contrario, hay que poner exigencias reducidas, porque entre el conductor de seguridad y el neutral en este lugar sólo están presentes diferencias de potencial muy reducidas. Las tres fases 19a, 19b y 19c no participan directamente en la transmisión de señales. Debido a su conexión de masa de alta frecuencia desarrollan un efecto de apantallamiento deseado en el sentido de la compatibilidad electromagnética.

Debido al acondicionamiento descrito en dirección nivel de red 1 se da en el punto de conexión de la casa una toma de tierra de alta frecuencia de todos los conductores que llegan. Desde este punto de toma de tierra parte el conductor de seguridad 11 que está conectado a los contactos correspondientes de todas las tomas de corriente de contacto de seguridad. Las normas correspondientes prescriben obligatoriamente el uso de tomas de corriente de este tipo. En la Fig. 1 están representadas a modo de ejemplo cuatro tomas de corriente (12a-12d) con la conexión correspondiente de conductor de seguridad. El otro conductor conjunto que lleva a todas las tomas de corriente es el conductor neutral. Las fases, por el contrario, están distribuidas en las tomas de corriente, como se ha mencionado, por lo general según puntos de vista energético- técnicos. A través de la distribución no existen registros la mayoría de las veces. El acoplamiento de un módem para la comunicación a través de la red eléctrica del edificio tiene lugar por ello en una toma de corriente en el conductor de seguridad y neutral de forma análoga como se ha descrito para los componentes 17 y 18.

El uso conforme a la invención del conductor neutral para llevar señales de alta frecuencia, no aporta ventajas que no se hayan conseguido hasta ahora, tanto en lo referente a la calidad e la transmisión como a la compatibilidad electromagnética. Son como siguen:

-
El conductor de seguridad y el neutral están en caso normal a casi el mismo potencial eléctrico. Ello significa que entre los conductores no se encuentra uno ni con una tensión alterna de red ni con señales de interferencia. Con ello, por un lado, las exigencias a la rigidez dieléctrica del condensador en el acoplador 18 son reducidas y por otro lado se puede renunciar incluso totalmente a una separación potencial entre módem y red. En la práctica puede tener sentido, no obstante, el empleo de un transmisor, por ejemplo, para la adaptación de la impedancia de último nivel de emisión en la impedancia propia de la conducción.

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Gracias a que el conductor neutral y de seguridad en la conexión de la casa están conectados galvánicamente, la mayor parte de las interferencias, que surgen con el funcionamiento de la red, se cortocircuita, de manera que entre estos conductores solo se encuentra un nivel de interferencia muy reducido. Además de esto, se extienden los dos conductores, como se indica en la Fig. 1, prácticamente siempre paralelamente con respecto a cada toma de corriente. Por esto, se tiene en todo el edificio una red de dos hilos relativamente bien simetrizada en comparación con el resto de la red eléctrica, que por un lado presenta buenas propiedades de transmisión y por otro tiende sólo poco a la irradiación de señal, porque las señales alimentadas de alta frecuencia se pueden extender desde el lugar de alimentación a través de longitudes relativamente grandes en la contrafase. La conversión no deseada de fase común- contrafase tiene lugar sólo con una señal de emisión fuertemente debilitada. Se puede, por ello, partir de factores electromagnéticos de acoplamiento claramente reducidos en el uso conforme a la invención de redes de instalación de edificios para la transmisión rápida de datos como se han determinado, por ejemplo, en el marco del Studie Powerline (resultados del estudio sobre problemas de EMV) encargado por el RegTP; http://www.regtp/tech_reg_tele/start/fs_06.html.

Para la investigación de la toma de tierra de alta frecuencia de las tres fases puede ser ventajoso, en particular en el caso de redes de instalación extensas en grandes edificios, instalar condensadores adicionales 21, 22 y 23, por ejemplo, en distribuciones inferiores.

Para la realización de la comunicación general desde la estación de transformadores a la toma de corriente es necesaria todavía una conexión 20 de los dos módems 9 y 17 en la conexión de la casa en la Fig. 1. Una pasarela de este tipo puede, por ejemplo, realizarse, de forma sencilla, con una conducción de dos hilos o una conducción de cuatro hilos, para una separación de las direcciones de transmisión. Además de esto, es posible también el empleo de conducciones coaxiales o fibras de vidrio.

Es importante aclarar que mediante ninguna de las medidas conforme a la invención, se verá afectada la seguridad eléctrica. En particular la función de los interruptores de seguridad de corriente de la falla no se verá interrumpida o limitada de manera alguna. Esto es sencillamente posible en cuanto a la técnica, porque las frecuencias de soporte que se consideran para la transmisión rápida de datos se encuentran muy por encima de la frecuencia de red, de manera que se apoya por su naturaleza una separación perfecta, en cuanto a la frecuencia, de las funciones.

Los demás dibujos de la Fig. 2 a la Fig. 4 muestran configuraciones especiales de la invención para instalaciones de edificios, que se desvían del estándar tomado como base en la Fig. 1.

La Fig. 2 se refiere a una instalación de edificio que está equipada con dos interruptores de seguridad de corriente de la falla. El principio aquí representado puede ampliarse de forma sencilla a un número cualquiera de interruptores de seguridad de corriente de la falla. La conexión de la casa hacia el lado del transformador de suministro no se desvía de la Fig. 1. Aquí se tienen asimismo los tres cortocircuitos 201, 202 y 203 para el punto de toma de tierra 204. Sigue el contador de corriente 200 en cuya salida del lado de la casa se inserta la bobina de choque 205 en el conductor neutral, gracias a lo que resulta el aislamiento de alta frecuencia deseado de este conductor en toda la red de la casa. Ahora siguen los dos interruptores de seguridad de corriente de la falla 207 y 210, en los que ahora están conectadas las conexiones de conductor neutral por el lado de entrada y de salida a través de los condensadores 209 y 211 para señales de alta frecuencia. Para la tensión alterna de red los condensadores tienen una impedancia muy alta y permanecen sin efecto. Las señales de comunicación de alta frecuencia, por el contrario, se conducen mediante ellas pasando por los interruptores de seguridad de corriente de la falla. Con ello no fluyen, por un lado, corrientes de alta frecuencia a través del interruptor de seguridad y por otro lado se recibe un buen acoplamiento de alta frecuencia de las redes respectivas de conductor neutral 208 y 212 después de los interruptores de seguridad de corriente de la falla, de manera que la comunicación entre las dos redes parciales es posible sin problemas. El acoplamiento de señal del módem 219, 220 tiene lugar de nuevo en la manera ventajosa descrita anteriormente entre el conductor de seguridad 206 y el conductor neutral 208, 212. La conexión del módem a la toma de corriente sucede análogamente a la Fig. 1.

La Fig. 3 se refiere a una instalación de edificio sin interruptores de seguridad de corriente de la falla, que, sin embargo, está equipado con un conductor de seguridad. La conexión de casa hacia el suministro de la estación de transformador tampoco se desvía de la Fig. 1. Se tienen de nuevo los tres cortocircuitos 301, 302 y 303 hacia el punto de toma de tierra 304. Sigue el contador de corriente 300, en cuya salida del lado de la casa se inserta la bobina de choque 306 en el conductor neutral 307 con lo que resulta el aislamiento deseado de alta frecuencia de este conductor en toda la red de la casa. El acoplamiento de la señal de un módem 308 tiene lugar de nuevo de la manera ventajosa ya explicada entre el conductor de seguridad 305 y el conductor neutral 307. La conexión del módem a las tomas de corriente marcadas a modo de ejemplo 310a... d sucede análogamente a la Fig. 1. Para apoyar de la toma de tierra de alta frecuencia de las tres fases puede ser también aquí, en particular en grandes edificios, ventajoso instalar condensadores adicionales 311, 312 y 313, por ejemplo en distribuciones inferiores.

La Fig. 4 se refiere a instalaciones anticuadas de edificios, que no están equipadas ni con interruptores de seguridad de corriente de la falla ni con un conductor de seguridad. Las existencias de instalaciones antiguas de este tipo deberían ser muy reducidas en Alemania, con tendencia a disminuir. Sin embargo, la presente invención puede también emplearse de forma ventajosa en edificios antiguos de este tipo en la comunicación rápida a través de las redes eléctricas del edificio.

La conexión de la casa hacia el lado de transformador de suministro no redesvía aquí tampoco de la Fig. 1. Se tiene de nuevo los tres cortocircuitos 401, 402 y 403 para el punto de toma de tierra 404. Sigue el contador de corriente 400, en cuya salida del lado de la casa se inserta la bobina de choque 405 en el conductor neutral 406, mediante lo que resulta el aislamiento deseado de alta frecuencia de este conductor en toda la red de la casa. El acoplamiento de la señal de un módem 411 tiene lugar ahora entre el sistema de tres fases de alta frecuencia conectado a tierra 407a, 407b y 407c y el conductor neutral 406 por medio del transmisor 412. En una toma de corriente 410 tiene lugar el acoplamiento entre los dos polos.

Para apoyar la toma de tierra de alta frecuencia de las tres fases puede aquí también ser ventajoso, en particular en edificios grandes, instalar adicionalmente condensadores 408 y 409 en distribuciones inferiores.

Debido al conductor de seguridad que falta resultan algunas desventajas en estructuras conforme a la Fig. 4:

-
Con el acoplamiento de la señal tiene que separarse la tensión alterna de la red, que asciende entre los conductores que llevan la señal a aproximadamente 230 V. El condensador de acoplamiento en el transmisor 412 tiene, según esto, que ser suficientemente rígido dieléctricamente y el transmisor tiene que llevar a cabo una separación galvánica segura entre el módem y la red.

-
La simetría del sistema de conductores que lleva la alta frecuencia puede ser más reducida en estructuras según la fig. 4 que con un conductor de seguridad co-empleado conforme a las Figs. 1-3. De ahí puede resultar una alta conversión de contrafase/fase común que lleva a una elevada irradiación de la señal.

-
También la "neutralización" de tomas de corriente, es decir una conexión del conductor neutral con el contacto de seguridad en la toma de corriente se puede mostrar como desventajoso en relación a la compatibilidad electromagnética, porque con ello las señales de alta frecuencia pueden alcanzar a la carcasa de aparatos conectados y surja así un efecto adicional de antena.

En general la solución conforme a la invención puede esperar, sin embargo, resultados cada vez mejores, tanto en lo que respecta a la calidad de transmisión como también a la compatibilidad electromagnética, que el acoplamiento sencillo hasta ahora de la señal entre el conductor neutral y la fase de una toma de corriente. Básicamente resultan las ventajas de la solución conforme a la invención aquí gracias a que todo el sistema de tres fases en la red de la casa tiene una conexión a tierra de alta frecuencia y el conductor neutral es el único que puede llevar la alta frecuencia hacia esta "masa".

En otra configuración de la invención se inserta una bobina de choque en lugar de en el conductor neutral, directamente en el punto de toma de tierra de la casa en el conductor de seguridad, para aislar éste en todo el edificio en cuanto a la alta frecuencia del resto de los conductores que representan la "masa". Como el conductor de seguridad en el funcionamiento regular está sin corriente, se puede usar para el choque material de ferrita altamente permeable, de manera que con un tamaño constructivo más reducido se obtenga una alta impedancia y con ello buen aislamiento de alta frecuencia. El acoplamiento de la señal tiene lugar también aquí entre el conductor neutral y el conductor de seguridad con todas las ventajas que resultan de ello. Respecto a la compatibilidad electromagnética puede mostrarse como desventaja, sin embargo, la solicitación del conductor de seguridad con alta frecuencia, porque con ello pueden alcanzar señales de alta frecuencia a la carcasa de aparatos conectados y así surge un efecto antena adicional. Como el aislamiento de alta frecuencia ahora, sin embargo, puede tener lugar de manera notablemente más perfecta debido a la corriente de magnetización previa que falta mediante el choque, hay que partir de que se sale de esta configuración con una potencia más reducida de emisión y así la irradiación elevada se puede compensar mediante una reducción correspondiente de nivel.

Claims (19)

1. Procedimiento para el acondicionamiento de red para una transmisión de datos más rápida y más compatible electromagnéticamente a través de redes de suministro de corriente internas del edificio, caracterizado porque
a) en el conductor neutral se inserta, lo más cerca posible del punto de toma de tierra de la casa, una inductividad, que tiene una alta impedancia para las frecuencias usadas de soporte
b) en la conexión de la casa en dos de las tres fases L1, L2, L3 que llegan de la estación de transformadores están instaladas inductividades y el acoplamiento y desacoplamiento de la señal para la comunicación entre casa y estación de transformadores tiene lugar en el lado del transformador de estas inductividades
c) en la conexión de la casa en el lado de la casa tiene lugar un cortocircuito de alta frecuencia de todos los cuatro conductores hacia el punto de toma de tierra de la casa
d) para el caso de que un interruptor de seguridad de corriente de la falla esté presente, se inserta la inductividad en el lado del consumidor del interruptor de seguridad de corriente de la falla en el conductor neutral y entre el conductor de seguridad y el borne de conexión del lado de la casa del conductor neutral se establece un cortacircuito de alta frecuencia
e) para el caso de que varios interruptores de seguridad de corriente de la falla estén presentes, se inserta la inductividad en el lado de espaldas a la casa del interruptor de seguridad de corriente de la falla, lo más cerca posible del punto de toma de tierra de la casa y se puentean para alta frecuencia los interruptores individuales de seguridad de corriente de la falla en sus bornes del conductor neutral.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el acoplamiento o desacoplamiento de la señal para la transmisión rápida de datos interna de la casa tiene lugar en cada punto de conexión en el edificio entre el conductor neutral y el conductor de seguridad.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el acoplamiento o desacoplamiento de la señal para la transmisión rápida de datos interna de la casa tiene lugar en cada punto de conexión en el edificio entre el conductor neutral y una de las tres fases L1, L2 o L3, estando todas las tres fases conectadas a tierra en alta frecuencia y estando empleados, para apoyo de esta función de toma de tierra, cortocircuitos de alta frecuencia adicionales, junto al cortocircuito de alta frecuencia según 1c) en caso necesario en varios lugares del edificio, entre las fases y el conductor de seguridad.
4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque con una configuración especial de la red se inserta una inductividad en serie en el conductor de de seguridad, de manera que éste está aislado en alta frecuencia en todo el edificio del resto de los conductores y de la tierra y, porque entonces la alimentación de la señal de alta frecuencia tiene lugar bien entre el conductor de seguridad y el conductor neutral o bien entre el conductor de seguridad y una de las tres fases, representando el conductor neutral y/o las tres fases la "masa" de alta frecuencia.
5. Dispositivo para la realización del procedimiento según la reivindicación 1 para la transmisión de datos a través de una red interna del edificio de suministro de corriente, caracterizado porque
a) una bobina de choque (15) está instalada en serie en el conductor de una red de instalación del edificio, de manera que toda la red del conductor neutral del lado de la casa para altas frecuencias está separada de todos los demás conductores y de la tierra
b) en la conexión de la casa en dos de las tres fases L1, L2, L3 que llegan de la estación de transformadores están instaladas bobinas de choque (3, 4) con una inductividad relativamente alta y el acoplamiento de la señal para la comunicación entre la casa y la estación de transformadores tiene lugar por medio de un transmisor de acoplamiento (10) en el lado del transformador de este choque y
c) en la conexión de la casa en el lado de la casa están conectados tres condensadores rígidos dieléctricamente (5, 6, 7) entre las fases y de una de las fases hacia el conductor neutral.
6. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque al encontrarse un cable de 4 sectores usado para la conexión de la casa, tiene lugar la selección de las dos fases usadas para la transmisión de datos de tal manera, que estas fases se ponen diagonalmente en el cable.
7. Dispositivo según la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque al encontrarse un interruptor de seguridad de corriente de la falla (14) está insertada una bobina de choque (15) en el lado del consumidor del interruptor de seguridad de corriente de la falla en el conductor neutral y entre el conductor de seguridad y el borne de conexión del lado de la casa del conductor neutral en el interruptor de seguridad de corriente de la falla está previsto un condensador (16) que aleja señales de alta frecuencia del interruptor de seguridad de corriente de la falla.
8. Dispositivo según la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque al encontrarse varios interruptores de seguridad de corriente de la falla (207, 210) está insertada una bobina de choque (205) en el lado de alimentación del interruptor de seguridad de corriente de la falla.
9. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque la bobina de choque está insertada en la proximidad del punto de toma de tierra de la casa (204).
10. Dispositivo según la reivindicación 8 ó 9, caracterizado porque los interruptores de seguridad de corriente de la falla (207, 210) están puenteados en sus bornes del conductor neutral con condensadores (209, 210), de manera que se pueden pasar señales de alta frecuencia por los interruptores de seguridad de corriente de la falla.
11. Dispositivo según una de las reivindicaciones 5 a 10, caracterizado porque el acoplamiento de la señal para la comunicación rápida tiene lugar en cada punto de conexión en el edificio entre el conductor neutral (11a) y el conductor de protección (11), representando el conductor de seguridad la masa de alta frecuencia y llevando el conductor neutral la señal de alta frecuencia.
12. Dispositivo según una de las reivindicaciones 5 a 10, caracterizado porque el acoplamiento o desacoplamiento de la señal para la transmisión rápida de datos interna de la casa tiene lugar en cada punto de conexión en el edificio entre el conductor neutral y una de las tres fases L1, L2 o L3, representando las tres fases también, junto con el conductor de seguridad, la masa de alta frecuencia.
13. Dispositivo según la reivindicación 12, caracterizado porque para apoyar la función de esta masa se insertan cortocircuitos de alta frecuencia (21, 22, 23) en varios lugares del edificio entre las fases y el conductor de seguridad.
14. Dispositivo según una de las reivindicaciones 5 a 13, caracterizado porque está insertada una bobina de choque con alta inductividad en serie en el conductor de seguridad, de manera que éste está aislado de alta frecuencia en todo el edificio de los demás conductores y de tierra y porque la transmisión de señal de alta frecuencia tiene lugar bien entre el conductor de seguridad y el conductor neutral o bien entre el conductor de seguridad y una de las tres fases, representando el conductor neutral y/o las tres fases la masa de alta frecuencia.
15. Dispositivo según una de las reivindicaciones 5 a 13, caracterizado porque en redes de instalación sin conductor de seguridad está insertada, en serie en el conductor neutral, una bobina de choque (405) con inductividad suficientemente alta en el lado de la casa del contador de corriente, de manera que éste está aislado de altas frecuencias en todo el edificio de los demás conductores y de la tierra y porque la transmisión de señal de alta frecuencia tiene lugar entre el conductor neutral y las tres fases que representa la masa de alta frecuencia.
16. Dispositivo según una de las reivindicaciones 5 a 13, caracterizado porque la bobina de choque (15) está realizada de tal manera que está enganchada en el sistema de carril de perfil de sombrero de un armario del contador o del distribuidor y está insertada directamente al trayecto de la conducción correspondiente.
17. Dispositivo según una de las reivindicaciones 5 a 16, caracterizado porque la bobina de choque (15) instalada en serie en el conductor neutral está realizada como una bobina de núcleo de aire.
18. Dispositivo según una de las reivindicaciones 5 a 17, caracterizado porque en dos de las tres fases que llegan de la estación de transformadores las bobinas de choque (34) instaladas presentan un núcleo de material de ferrita.
19. Dispositivo según una de las reivindicaciones 5 a 18, caracterizado porque los tres condensadores (5, 6, 7) rígidos dieléctricamente, previstos en la conexión de la casa en el lado de la casa, están colocados cerca del punto de toma de tierra de la casa.
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