NO172016B - Anordning for traadloes informasjonsoverfoering ved hjelp avelektromagnetiske boelger med ekstremt lav frekvens - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en anordning for trådløs infor-masjonsoverføring ved hjelp av elektromagnetiske bølger med ekstremt lav frekvens (ELF, infralangbølger), særlig for informasjonsoverføring ved under vann beliggende mottakere, under anvendelse av en ledersløyfe, med midler for frembringelse av en periodisk vekslende ringstrøm i ledersløyfen, idet ledersløyfen i hovedsaken er dannet av høyspenningsledninger i et høyspennings-forsyningsnett. En sådan anordning er eksempelvis kjent fra US-3 993 989.

Informasjonsoverføring ved mottakere som befinner seg under vann, f.eks. mottakere i neddykkede ubåter, over vanlige HF-radioforbindelser strander på den meget lille inntrengningsdybde for disse bølger i sjøvann. Dempningen i sjøvann er mindre for større bølgelengder, og derav fremkommer den i og for seg kjente erkjennelse at bølger med særlig store bølgelengder hhv. særlig lav frekvens

(extremely low frequency = ELF) først egner seg for informa-sjonsoverføring med mottakere som befinner seg under vann.

Forsøk med systemer ved hvilke sjøvannets strøm-ledende egenskap utnyttes slik at det i sjøvannet mellom to langt fra hverandre i vannet anordnede elektroder frembringes en strøm hvis magnetfelt detekteres av passende følere i undervannsmottakeren (f.eks. DE-PS 2 511 179), har ikke vist seg tilfredsstillende på grunn av den med disse forbundne omkostning for elektrodene og det betydelige energibehov.

Fra US-4 445 123 er det kjent en ELF-sendeantenne som består av en over jorden anordnet, horisontal ledersløyfe i hvilken det tilveiebringes en periodisk vekslende ringstrøm.

I det innledningsvis nevnte US-3 993 989 er det beskrevet en ELF-sendeantenne som er dannet av en vertikal ledersløyfe. Ledersløyfen består av to deler, nemlig de på begge sider jordede høyspenningsledninger i et høyspennings-likestrømsnett som forbinder to steder med hverandre, og selve jorden. Ved å inntrekke jorden i ledersløyfedannelsen oppstår det herved i alminnelighet problemer, da en sådan antenne bare kan funksjonere tilfredsstillende når jorden mellom de to jordingssteder for høyspenningsledningene er tilstrekkelig vannfri, slik det eksempelvis er tilfelle i ørken og fjell. Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en anordning av den innledningsvis angitte type som med forsvar-lige omkostninger kan gjøres raskt innsatsklar, og hvis funk-sjonsdyktighet er sikret i høy grad.

Ovennevnte formål oppnås med en anordning av den angitte type som ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at ledersløyfen er anordnet horisontalt over jorden, og at høy-spennings- forsyningsnettet er et høyspennings-vekselstrømsfor-syningsnett i et alminnelig jernbanenett.

Fordelaktige utførelsesformer av oppfinnelsen er angitt i de avhengige krav.

Jernbanen har et vidmasket, over en stor flate fordelt nett av høyspennings-forsyningsledninger som mater såkalte "underverk" som fordeler- og/eller omformerstasjoner i avstander på ca. 30 til 50 km. I underverkene omformes eksempelvis forsynings-høyspenningen til kjøreledningsspenningen. Høyspennings-forsyningsledningene omfatter eksempelvis fire kabler med høyspenning og en jordkabel ved spissen av de ledningsbærende master som beskyttelse mot lynnedslag. Høy-spenningskablene er sammenfattet parvis for jordsymmetrisk ledning av høyspenningen.

Ved anordningen ifølge oppfinnelsen kan den hori-sontale sløyfe være vidstrakt utformet og i det minste tilnærmet . sirkelformet . Sløyfeomfanget ligger fortrinnsvis i størrelsesorden på noen hundre kilometer. Da ringstrømmen i vidtgående grad kan ledes i lavohmige ledere og lederne er anordnet over jorden, blir de ohmske tap i lederen og felt-tap i jorden lave, mens den oppnåelige magnetfeltstyrke på grunn av muligheten for den tilnærmet sirkelformede utforming av sløyfen ved gitt ringstrømstyrke blir maksimal. Derved fremkommer en høy virkningsgrad og dermed et lavt energifor-bruk. Den for frembringelse av ringstrømmen nødvendige spenning kan reduseres, idet flere generatorer anordnes tilnærmet ensartet fordelt på ledersløyfen.

Utnyttelsen av jernbanens høyspenningsforsynings-nett har en rekke meget vesentlige fordeler. Den mest åpen-bare fordel er at dette nett allerede eksisterer og holdes i stand uavhengig av den foreliggende oppfinnelse. Forsyningsnettet gir mulighet til å danne flere forskjellige masker. Driften av høyspennings-forsyningsledningene i over- ensstemmelse med oppfinnelsen er meget sikker mot bortfall av deler av forsyningsnettet også på grunn av tilsiktet ødeleg-gelse, da hver høyspenningsledning består av fire høyspen-ningskabler av hvilke det for ledning av ringstrømmen i nøds-fall også er tilstrekkelig med en eneste kabel. Videre kan deler av ledersløyfen også dannes ved hjelp av andre ledere, fortrinnsvis skinnestrenger av jernbanen, men også av jorden. Den jordsymmetriske forsyningsstrøm og den jordusymmetriske ringstrøm kan uten problemer overlagres på hverandre. Den for frembringelse av ringstrømmen nødvendige spenning er, fremfor alt ved utførelsesformen med flere, fordelt anordnede generatorer, liten sammenliknet med forsyningshøyspenningen og påvirker derfor ikke denne. Ved bortfall av en generator kan dennes ytelsesandel tilveiebringes av de tilgrensende generatorer. Derved stiger riktignok spenningsfallet på den derimellom beliggende lederstrekning, men forblir imidlertid fremdeles meget lite sammenliknet med forsynings- eller kjørelednings-høyspenningen. På grunn av den lille innbyrdes avstand mellom underverkene kan ringstrømgeneratorene anordnes i disse underverk.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser et eksempel på en jordfri tilkoplingsmulighet av flere generatorer, og fig. 2 viser en anordning for overkopling av en delstrekning av ledersløyfen ved hjelp av jernbaneskinner som ledere.

Fig. 1 viser et eksempel på en jordfri tilkoplingsmulighet av flere generatorer GL for frembringelse av en ringstrøm i med en frekvens på eksempelvis 300 Hz på en ledning L. Med en innbyrdes avstand D på eksempelvis 30 til 50 km er det i ledningen L innkoplet resonanskretser R som er avstemt til ringstrømmens frekvens. Disse resonanskretser kompenserer samtidig ledningsinduktiviteten ved den signal-frekvens som ligger tydelig over jernbane-forsyningsspennin-gens frekvens. For forsyningsstrømmen med en frekvens på f.eks. 16 2Hz representerer en sådan resonanskrets en serie-motstand på bare rundt 0,1 f\. og kan dermed neglisjeres. Resonanskretsens induktivitet danner samtidig sekundæssiden av en transformator T hvis primærside magnetiseres ved hjelp av ringstrøm-generatoren GL. På grunn av den lille avstand mellom tilgrensende generatorer på f.eks. maksimalt 50 km, blir den for frembringelse av ringstrømmen nødvendige spenning U liten sammenliknet med jernbanenettets forsyningshøyspenning. For generatorene kan det med fordel benyttes koplingstrans-formatorer som er bestykket med halvlederbrytere.

På fig. 2 er vist en anordning for overkopling av en delstrekning av ledersløyfen ved hjelp av jernbaneskinner som ledere. Slik som allerede beskrevet, består høyspen-nings-forsyningsledningene av fem liner eller kabler av hvilke LO danner jordkabelen og LI, L2 hhv. L3, L4 er sammenfattet til et av forsyningsgeneratorene GF jordsymmetrisk matet ledningspar. Ringstrømmen 4 x i ledes jordusymmetrisk på alle fire ledninger LI, L2, L3, L4. I et underverk Ul som ligger nær jernbanesporet, ledes ringstrømmen fra høy-spenningsledningene til jernbaneskinnene (eller jorden). Forbindelsesledningene mellom høyspenningsledningene og skinnene er på grunn av typen av ringstrømuttaket ikke be-lastet av forsynings-høyspenningen. Anordningen av ring-strømgeneratorene GL på forbindelsesledningene mellom høy-spenningsledningene og skinnene er vilkårlig valgt på skissen og ikke tvingende for anordningens virkemåte. Ringstrømgene-ratorene kan i og for seg være anordnet på i vidtgående grad vilkårlig sted på den av høyspenningsledningene og skinnene dannede ledersløyfe. Mellom underverket Ul og underverket Ull ledes ringstrømmen på skinnene. Det er herved naturlig-vis en forutsetning at skinnene er gjennomgående sveiset eller at avbrytelser på skinnene er ledende overkoplet. I underverket Ull ledes ringstrømmen igjen inn på høyspennings-forsyningsledningene. Dette kan også skje via jorden.

Den ytterligere adskillelse av den lavfrekvente forsyningshøyspenning fra ELF-strømmene på f.eks. 300 Hz er på fig. 2 antydet ved hjelp av sperrekretser S. Dette er eksempelvis viktig når høyspenningsledningens symmetri er ødelagt på grunn av f.eks. overslag i en høyspenningsisola-tor.

Claims (8)

1. Anordning for trådløs informasjonsoverføring ved hjelp av elektromagnetiske bølger med ekstremt lav frekvens (ELF), særlig for informasjonsoverføring ved under vann beliggende mottakere, under anvendelse av en ledersløyfe, med midler for frembringelse av en periodisk vekslende ringstrøm i ledersløyfen, idet ledersløyfen i hovedsaken er dannet av høyspenningsledninger i et høyspennings-forsyningsnett, KARAKTERISERT VED at ledersløyfen er anordnet horisontalt over jorden, og at høyspennings-forsyningsnettet er et høyspen-nings-vekselstrømsforsyningsnett i et alminnelig jernbanenett.

2. Anordning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at for frembringelse av ringstrømmen er flere synkront drevne generatorer anordnet tilnærmet ensartet fordelt på ledersløyfen.

3. Anordning ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at generatorene er transformatorisk tilkoplet via i ledersløyfen anordnede parallellresonanskretser.

4. Anordning ifølge ett av kravene 1-3, KARAKTERISERT VED at ringstrømmen frembringes jordfritt i ledersløyfen.

5. Anordning ifølge ett av kravene 1-4, KARAKTERISERT VED at ringstrømmen innmates jordusymmetrisk på med hensyn til forsynings-høyspenningen jordsymmetrisk drevne ledninger.

6. Anordning ifølge ett av kravene 1-5, KARAKTERISERT VED at delstykker av ledersløyfen kan omfatte andre lederforbindelser enn høyspennings-forsyningsledningene i et jernbanenett.

7. Anordning ifølge krav 6, KARAKTERISERT VED at jernbaneskinnene er anordnet som de andre lederforbindelser.

8. Anordning ifølge ett av kravene 1-7, KARAKTERISERT VED at generatorene er anordnet i fordeler- og/eller omformerstasjoner av forsyningsnettet.