Способ для передачи высокочастотных сигналов по сетям низкого напряжения и соответствующее устройство

Способ для передачи высокочастотных сигналов по сетям низкого напряжения и соответствующее устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к способу для передачи высокочастотной сигнальной информации по сетям низкого напряжения согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. Наряду с этим изобретение относится к также к устройству со средствами для осуществления способа согласно ограничительной части пункта 3 формулы изобретения.

Передача данных высокочастотных сигналов по линиям электросетей известна. Таким образом могут передаваться информации дополнительно или альтернативно к обычной телефонии, что является выгодным, в частности, потому, что электрические сети с присоединениями к сети имеются практически везде. В особенности, для промышленных сетей низкого напряжения с системами сборных шин и распределительными шинопроводами получается также возможность построения собственной системы передачи данных.

Обычно энергоснабжение в промышленнных установках происходит через системы сборных шин, которые в свою очередь питаются от находящегося в непосредственной близости трансформатора. К системе сборных шин потребители подключены через отходящие линии в виде отдельных линий или распределительных шинопроводов. В свою очередь распределительные шинопроводы являются протяженными вдоль и массивными проводниками меньшего поперечного сечения в закрытом исполнении, которые в большинстве случаев размещены в производственных установках горизонтально выше или ниже подлежащих снабжению потребителей. Кроме того, распределительные шинопроводы имеют ответвления, расположенные в определенном растре, к которым могут подключаться потребители посредством так называемых ответвительных коробок.

Системы сборных шин и распределительные шинопроводы в сетях низкого напряжения являются с точки зрения техники связи проводниками с очень высоким волновым сопротивлением в диапазоне нескольких 100 Ом. Наряду с этим, в частности, энергопитающие системы сборных шин с их высокими типовыми токами короткого замыкания и очень низкими полными сопротивлениями для сигналов в диапазоне частот от 100 кГц до нескольких МГц, в которых, например, работают современные системы передачи данных по электросетям (Power Line Communication PLC-системы), представляют собой низкоомные параллельные ветви. За счет этого уровни сигналов, которые непосредственно вводятся в систему сборных шин, сильно затухают. В связи с появляющимися в промышленных сетях низкого напряжения высокими уровнями помех надежный обмен данными при таком виде ввода больше не является возможным уже на сравнительно малых расстояниях в несколько десятков метров.

Из ЕР 0889602 А2 известна система передачи данных для передачи данных через по меньшей мере один электрический силовой кабель, причем ввод и вывод данных происходит на концевых областях силового кабеля. Кроме того, из DE 4418296 A1 известно выполнение присоединений к сети для передачи данных через электрическую распределительную сеть с соответствующими фильтрами в местах ввода. Наконец, из DE 9504587 A1 известна двухсторонняя система связи для сетей энергоснабжения в сети низкого напряжения, в которой передают данные.

Далее, из JP 01-221028 А известна система передачи данных по линиям электропередачи (PLC), которая содержит линии потребителей с заграждающими фильтрами, которые пропускают ток для энергоснабжения при частоте сети (50 или 60 Гц), однако запирают пропускание высокочастотных сигналов. Между PLC-приборами, которые снабжают отдельные линии потребителей, кроме того, расположена логическая схема, которая производит цифровой обмен данными через так называемые специальные линии.

Исходя из уровня техники, задачей изобретения является уменьшение затухания сигналов при передаче. Кроме того, должно быть создано соответствующее устройство.

Задача согласно изобретению решена признаками пункта 1 формулы изобретения. Соответствующие средства для реализации устройства для осуществления способа указаны в пункте 3 формулы изобретения. Соответствующие предпочтительные формы дальнейшего развития изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.

В случае изобретения сигналы вводят не только через противоположный системе шин конец отходящих линий, более того, в местах ввода одновременно производят кондиционирование сигналов посредством PLC-линии связи, которая подает высокочастотные сигналы связи совершенного качества к точкам питания. Таким образом достигается обмен данными с хорошей временной диаграммой передачи между модемами на различных отходящих линиях или распределительных шинопроводах. За счет высокоомного для высокочастотных сигналов связи, но низкоомного для частоты сети фильтра, избегается шунтирование, что заметно способствует улучшению передаточной характеристики.

Согласно этому в случае устройства согласно изобретению соединение с точки зрения техники связи отходящих линий/систем шин происходит через PLC-линию связи, которая, при необходимости, содержит так называемые ретрансляторы и которая через PLC-устройства связи соединена с отходящими линиями/распределительными шинопроводами. PLC-устройства связи могут быть выполнены емкостными/трансформаторными, однако могут содержать также активные элементы, например усилители.

Предпочтительным образом фильтр может быть выполнен в виде гильзы из поддающегося намагничиванию материала, установленной вокруг отдельных жил подводящей линии, причем гильза предпочтительно является разъемной, чтобы обеспечить легкое размещение без разделения линии.

Дальнейшие подробности и преимущества изобретения следуют из последующего описания фигур примеров выполнения с помощью чертежей в связи с формулой изобретения. При этом

фиг.1 - устройство для передачи высокочастотных сигналов по промышленным сетям низкого напряжения,

фиг.2 - первая форма выполнения фильтра, примененного в устройстве согласно Фиг.1, и

фиг.3 и 4 две альтернативные формы выполнения к Фиг.2.

На фиг. 1 позиция 1 обозначает сборную шину промышленной сети низкого напряжения. По таким сборным шинам к потребителю передают электрическую энергию. Через трансформатор 5 происходит ввод электрической энергии.

От системы сборных шин отходят отходящие линии или распределительные шинопроводы. В качестве примера представлены распределительные шинопроводы 2 и 2'. При этом могут иметься дальнейшие отходящие линии или распределительные шинопроводы.

К отходящим линиям/распределительным шинопроводам 2 и 2', ... подключены отдельные потребители 3, 3', ..., например, двигатели.

На фиг.1 имеется PLC-линия связи на обращенном от системы шин конце отходящих линий или, соответственно, распределительного шинопровода. В этой линии связи включены на необходимом расстоянии двунаправленные усилители 11, 11' ..., которые на практике обозначают также, как так называемые ретрансляторы. Через PCL-устройства связи 12, 12', ... линия связи 10 соединена с отходящими линиями 2 и 2', ... или, соответственно, распределительными шинопроводами. Через PCL-устройства связи 12, 12', ... высокочастотные сигналы вводятся в отходящие линии или, соответственно, распределительный шинопровод.

PCL-устройства связи известным образом выполнены емкостными или трансформаторными. Они могут содержать также другие элементы уровня техники как, в частности, усилители.

В устройстве согласно фиг.1 отходящим ветвям 2, 2', ... или, соответственно выполненным распределительным шинопроводам приданы в соответствие PCL-управляющие устройства 15, 15' .... Этими управляющими устройствами обеспечивается правильный по времени ввод информационных сигналов.

Таким образом описанным устройством сигналы вводятся на обращенном от системы шин конце отходящей линии или, соответственно, распределительного шинопровода. Для предотвращения шунтирования системы сборных шин и ввода сигнала в отходящие линии/распределительный шинопровод включено соответственно по одному фильтру 20, 20', .... Эти фильтры 18, 18', .... являются высокоомными для сигналов в диапазоне частот линии электропитания, для частоты сети однако низкоомными, так что шунтирование избегается.

На фиг.2 показано примерное выполнение такого фильтра. Фильтр состоит из цилиндрической гильзы 20 из магнитного материала. Гильза 20 для более легкой установки выполнена из двух полуцилиндров 21 и 22, которые, соединенные вместе, образуют цилиндрическую гильзу с центральным каналом 23, в которой электрически изолированно проходит провод 25.

Для фильтра 18 на фиг.1 в качестве альтернатив к фиг.2 получаются другие формы выполнения. Эти альтернативы представлены на фиг.3 и 4. На фиг.3 две пластины 31 и 32 из магнитного материала с соответственно множеством параллельных противоположных друг другу выемок в соединенном состоянии охватывают множество параллельных каналов 33. Фильтр 30 образует таким образом плоский блок, в котором многократно пропущен туда и обратно массивный провод 35. На стороне концов имеются подходящие поперечные соединительные перемычки для провода 35.

Соответственно на фиг.4 цилиндр 40 из магнитного материала содержит множество параллельных продольных каналов 43 для приема проходящего в них туда и обратно провода 45 с поперечными соединительными перемычками 46 на стороне концов. Поперечные соединительные перемычки 46 на противоположных сторонах цилиндра 40 ориентированы перпендикулярно друг к другу так, что объем материала цилиндра 40 используется для фильтра оптимально.

В особенности в случае форм выполнения согласно фиг.3 и 4 в качестве выгодных свойств получается, что образованные таким образом фильтры имеют малую емкость и имеют высокую индуктивность в малом пространстве. Не требуется никакой обмотки, причем образованные из блоков 30 и 40 фильтры могут реализовываться также с массивными проводящими стержнями для высоких токов.

Следующий пример выполнения специально для фильтра согласно фиг.1 показывает, что с указанными фильтрами достигаются требуемые характеристики. В качестве примера приведены следующие данные для геометрии и материала фильтра:

длина 10 см, внешний ⊘ 8 см, внутренний ⊘ 4 см, μ_r=5 10⁴, перменорм 5050 Н4 0,1 мм.

Реактивное сопротивление является зависимым от относительной магнитной проницаемости, на которую в свою очередь влияет напряженность магнитного поля и тем самым ток i.

С этими данными получается для

i=0 А: Реактивное сопротивление Х при 500 кГц: 3 кОм,

Х при 50 Гц: 0,3 Ом;

i=1 А: Реактивное сопротивление Х при 500 кГц: 3 кОм,

Х при 50 Гц: 0,3 Ом;

i=10 А: Реактивное сопротивление Х при 500 кГц: 900 Ом,

Х при 50 Гц: 90 мОм;

i=100 А: Реактивное сопротивление Х при 500 кГц: 100 Ом,

Х при 50 Гц: 10 мОм;

i=1000 А: Реактивное сопротивление Х при 500 кГц: 10 Ом,

Х при 50 Гц: 1 мОм.

Вышестоящий результат означает, что в зависимости от предварительного намагничивания за счет 50 Гц-тока реактивное сопротивление колеблется. Из вышеназванных значений получается, что реактивное сопротивление Х при 500 кГц составляет при амплитудном значении 1 кА тока с частотой 50 Гц 3 кОм в прохождении через нуль и 10 Ом в амплитудном значении тока с частотой 50 Гц. Эта зависимость должна учитываться при проектировании.

В описанном устройстве для сигналов электросети блокировка высокочастотного шунтирования энергетически питающей системы шин обеспечивается посредством фильтра. В связи с высокочастотным соединением отходящих линий или, соответственно, распределительных шинопроводов посредством PLC-линии связи, включая возможное кондиционирование сигналов, в двунаправленных усилителях/ретрансляторах становится возможным обмен данными на длинных участках.

1. Способ для передачи высокочастотных сигналов по сетям низкого напряжения, в которых электрическую энергию предоставляют в распоряжение от центрального ввода энергии со сборными шинами и направляют к потребителям по отходящим линиями или, соответственно, распределительным шинопроводам, с входными точками для запитывания сигналов в диапазоне килогерц (кГц) и мегагерц (МГц) и точками ответвлений для отбора передаваемых по системе проводов сигналов и энергии со следующими признаками:

для улучшения передаточной характеристи сигналы запитывают на противоположном вводу энергии с частотой сети конце отводящих линий или, соответственно, распределительных шинопроводов,

проводящие высокочастотные сигналы отводящие линии или, соответственно, распределительные шинопроводы соединяют, включая необходимые при известных обстоятельствах меры для кондиционирования сигналов, на их противоположном вводу энергии конце посредством также проводящей высокочастотные сигналы PLC-линии связи, за счет чего становится возможным обмен данными между модемами на различных отходящих линиях или, соответственно, распределительных шинопроводах.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что за счет фильтра высокоомного для сигналов в используемом для связи частотном диапазоне исключают шунтирование сигналов по вводу энергии между, соответственно, двумя отходящими линиями или, соответственно, распределительными шинопроводами.

3. Устройство со средствами для осуществления способа по п.1 или 2, причем средства содержат соединение проводящих систем относительно техники связи, отличающееся тем, что соединение относительно техники связи происходит через проводящую высокочастотные сигналы PLC-линию связи (10) и что линия связи (10) через PLC-устройства связи (12, 12',...) соединена с отходящими линиями или, соответственно, с распределительными шинопроводами (2, 2',...).

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что PLC-устройства связи (12, 12',...) выполнены емкостными/трансформаторными.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что PLC-устройства связи (12, 12',...) содержат активные элементы.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что активные элементы являются усилителями.

7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что линия связи содержит двунаправленные усилители (11, 11',...), так называемые ретрансляторы.

8. Устройство по п.3 для осуществления способа по п.2, содержащее фильтр, являющийся высокоомным для диапазона частот линии передачи данных и низкоомным для частоты сети, отличающееся тем, что фильтр (20, 30, 40) выполнен из поддающегося намагничиванию материала.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что фильтр (20) выполнен в виде гильзы, установленной вокруг отдельных жил (2) подводящей линии.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что для легкой установки на линию гильза выполнена в виде разделенной гильзы (21, 22).

11. Устройство по п.8, отличающееся тем, что фильтр выполнен из двух плоских частей (31, 32) с параллельными выемками, которые вместе образуют коробку (30) с каналами (33) для многократной прокладки в них туда и обратно провода (35).

12. Устройство по п.8, отличающееся тем, что фильтр выполнен в виде цилиндра (40) с множеством параллельных каналов (43) для многократной прокладки в них туда и обратно провода (45).