DE1240447B

DE1240447B - Transmission device for a network overlay consumption reporting system

Info

Publication number: DE1240447B
Application number: DEE32690A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Fritz Szuran; Dipl-Ing Carl Kretz
Original assignee: ELECTROMETRE; Electrometre SA
Current assignee: ELECTROMETRE; Electrometre SA
Priority date: 1966-09-30
Filing date: 1966-10-21
Publication date: 1967-05-11

Description

Sendeeinrichtung für eine Netzüberlagerungs-Verbrauchsmeldeanlage Zur grundlegenden Vereinfachung der Ermittlung der von einem öffentlichen Versorgungsunternehmen an Einzelabnehmer gelieferten Menge von Elektrizität, Gas, Wasser, Wärme und anderen über Fernleitungen verteilten Verbrauchgsgütern wurde eine neue Technik entwickelt, die jedem Verbrauchsmeßgerät einzeln oder gruppenweise einen Meßwertgeber zuordnet, der Meldungen über den vom Verbrauchsmeßgerät örtlich erfaßten Verbrauch abgibt, welche über einen Fernmeldekanal an eine zentrale Kontrollstelle übermittelt werden. Wenn der Fernmeldekanal dabei einem Versorgungsnetz für elektrische Energie überlagert ist, so spricht man von einer Netzüberlagerungs-Verbrauchsmeldeanlage.Transmitting device for a network overlay consumption reporting system Used to fundamentally simplify the process of identifying a public utility company Amount of electricity, gas, water, heat and others supplied to individual buyers consumer goods distributed via long-distance lines, a new technology was developed, which assigns a sensor to each consumption meter individually or in groups, which issues reports on the consumption recorded locally by the consumption meter, which are transmitted to a central control point via a telecommunication channel. When the telecommunication channel is superimposed on a supply network for electrical energy is, one speaks of a network overlay consumption reporting system.

Bei der Entwicklung solcher Anlagen lassen sich nun einige Erkenntnisse verwerten, die das Fachgebiet der Rundsteuertechnik hervorgebracht hat, ohne daß es jedoch möglich ist, Merkmale bekannter Rundsteueranlagen ohne weiteres auf die neue Technik zu übertragen; denn bei Netzüberlagerungs-Verbrauchsmeldeanlagen müssen Signale mit großer Zuverlässigkeit von den zahlreichen Endpunkten eines Energieverteilungsnetzes einer zentralen Stelle zugeführt werden, welche die einlaufenden Informationen sammelt und zur Auswertung weiterleitet. Insbesondere ist es schwierig, durch aus Gründen der Wirtschaftlichkeit sehr einfach aufgebaute Meßwertgeber Signale solcher Art zu erzeugen und einem Wechselstromnetz zu überlagern, daß diese an einem entfernten Ort im Frequenzspektrum des Netzes mit Sicherheit erkennbar sind.In the development of such systems, some findings can now be made utilize which the field of ripple control technology has produced without However, it is possible to easily apply the features of known ripple control systems transferring new technology; because with network overlay consumption reporting systems must Signals with great reliability from the numerous endpoints of a power distribution network be fed to a central point, which collects the incoming information and forwards it for evaluation. In particular, it is difficult to get through for reasons Very simply structured transducer signals of this kind in terms of economy to generate and superimpose an alternating current network that this at a remote Location in the frequency spectrum of the network can be identified with certainty.

Bekannte Netzüberlagerungs - Verbrauchsmelde:-anlagen verwenden als Meßwertgeber eine Sendeeinrichtung, die durch periodisches Anschalten eines elektrischen Schwingkreises an das zu überlagernde Wechselstromnetz eine Tonfrequenzspannung in Form von Ausgleichsschwingungen erzeugt, welche Tonfrequenzströme hervorruft, die sich im gesamten Netzkomplex ausbreiten und von denen ein Teil auch zu einem besonders abgestimmten Empfänger gelangt, der diese Tonfrequenzströme als Signale der Sendeeinrichtung erkennt und sie als Verbrauchsmeldung einem bestimmten Verbrauchsmesser zuordnet. Das Anschalten der elektrischen Schwingkreise in der Sendeeinrichtung erfolgt dabei durch nockengesteuerte Tastkontakte oder durch sogenannte Resonanzschwinger.Known network overlay - consumption reporting: systems use as Transmitter a transmitter, which by periodically switching on an electrical Resonant circuit to the alternating current network to be superimposed an audio frequency voltage generated in the form of compensatory vibrations, which cause audio frequency currents, which spread throughout the network complex and some of them also to one specially tuned receiver that receives these audio frequency currents as signals recognizes the transmitting device and sends it as a consumption message to a certain consumption meter assigns. Switching on the electrical oscillating circuits in the transmitter takes place by means of cam-controlled pushbutton contacts or so-called resonance oscillators.

Die an eine Verbrauchsmeldeanlage angeschlossenen Verbrauchsmesser besitzen einen Umschalter mit zwei Umschaltkontakten. Jeweils nach Messung einer bestimmten Verbrauchsmenge wird die Schaltstellung dieses Umschalters durch das Zählwerk des Verbrauchsmessers gewechselt. Bei bekannten Schaltungsanordnungen hängt die Art des von der Sendeeinrichtung erzeugten Tonfrequenzsignals von der Schaltstellung des Umschalters ab. Im Empfänger entsteht somit ein Abbild dieser Schaltstellung, der in bestimmter zeitlicher Zuordnung ein definierter Informationsinhalt zukommt.The consumption meters connected to a consumption reporting system have a changeover switch with two changeover contacts. After each measurement one the switch position of this switch is determined by the The consumption meter counter changed. In known circuit arrangements depends the type of audio frequency signal generated by the transmitting device from the switching position of the switch. This creates an image of this switch position in the receiver, to which a defined information content is assigned in a certain time allocation.

Die neue Technik der Netzüberlagerungs-Verbrauchsmeldeanlagen stellt bekanntlich die Aufgabe, daß alle Teile äußerst zuverlässig arbeiten und daß insbesondere die Sendeeinrichtungen bei sehr einfachem Aufbau und völliger Wartungsfreiheit mindestens die gleiche Lebensdauer erreichen müssen, wie sie die herkömmlichen Verbrauchsmeßgeräte besitzen. Die Erfüllung aller dieser Forderungen bereitet erhebliche Schwierigkeiten, vor allem die Erreichung der angestrebten Einfachheit, die angesichts der sehr großen Anzahl der in Versorgungsnetzen zu installierenden Sendeeinrichtungen letztlich über die Möglichkeit einer ausgedehnten praktischen Anwendung solcher Verbrauchsmeldeanlagen entscheidet. Eine gute Lösung der gestellten Aufgabe verspricht andererseits für die gesamte Energiewirtschaft erhebliche Vorteile.The new technology of the network overlay consumption reporting systems provides As is known, the task that all parts work extremely reliably and that in particular the transmission equipment with a very simple structure and completely maintenance-free at least must achieve the same service life as conventional consumption meters own. The fulfillment of all these requirements causes considerable difficulties, especially the achievement of the desired simplicity, given the very large Ultimately, the number of transmitters to be installed in supply networks about the possibility of extensive practical use of such consumption reporting systems decides. On the other hand, a good solution to the task at hand promises the entire energy industry significant benefits.

Wird für das periodische Anschalten des Sendeschwingkreises an Stelle eines mechanisch schwingenden Kontaktes ein elektronischer Schalter, beispielsweise ein steuerbarer Gleichrichter, verwendet, so muß dessen Ansteuerung bei wirtschaftlich vertretbarem Aufwand sehr genau und zuverlässig arbeiten und soll von Störspannungen aus dem Netz möglichst nicht beeinflußt werden. Es wurde nun eine Schaltung gefunden, welche die beschriebene Aufgabe in einer besonders vorteilhaften Weise zu lösen gestattet und die alle eingangs gestellten Forderungen erfüllt.Used for the periodic activation of the transmitter oscillating circuit a mechanically oscillating contact an electronic switch, for example a controllable rectifier is used, so its control must be economical work very accurately and reliably at a reasonable cost and should be protected from interference voltages are not influenced from the network as far as possible. A circuit has now been found which solve the problem described in a particularly advantageous manner permitted and which meets all of the requirements set out above.

Die Sendeeinrichtung für eine Netzüberlagerungs-Verbrauchsmeldeanlage zur Fernübertragung von Verbrauchsinformationen durch einem Niederspannungs-Verteilungsnetz für elektrische Energie überlagerte Signale, die durch periodisches Anschalten eines aus der Reihenschaltung einer Schwingkreisspule und eines Kondensators bestehenden Sendeschwingkreises an das zu überlagernde Netz mittels eines periodisch betätigten Schaltorgans erzeugt sind, deren Informationsinhalt durch die Stellung eines oder mehrerer Signalschalter eines oder mehrerer Verbrauchsmesser bestimmt ist und die im Netz entgegen der Flußrichtung der Netzenergie fortgeleitet werden, ist dadurch gekennzeichnet, daß erfindungsgemäß als Schaltorgan ein steuerbarer Gleichrichter dient, dessen Steuerelektrode mit einer induktiv an die Schwingkreisspule angekoppelten Rückkopplungswicklung und über einen Signalschalter mit einer unmittelbar an die Netzwechselspannung angeschlossenen Steuerschaltung verbunden ist, die in Reihenschaltung mit der Steuerelektrode eine Zweiwege-Schaltdiode aufweist, der eine zwischen einem Phasenleiter und dem Nulleiter des Netzes liegende Diode sowie zwei phasendrehende RC-Glieder vorgeschaltet sind.The transmission device for a network overlay consumption reporting system for remote transmission of consumption information through a low-voltage distribution network for electrical energy superimposed signals that are generated by periodically switching on a consisting of the series connection of a resonant circuit coil and a capacitor Send oscillating circuit to the network to be superimposed by means of a periodically actuated Switching elements are generated, the information content of which by the position of an or several signal switches of one or more consumption meters is determined and the are forwarded in the network against the direction of flow of the network energy, is thereby characterized in that according to the invention a controllable rectifier as the switching element serves, the control electrode of which is inductively coupled to the resonant circuit coil Feedback winding and via a signal switch with one directly to the Mains AC voltage connected to the control circuit connected in series having a two-way switching diode with the control electrode, the one between a Phase conductor and the neutral conductor of the network lying diode as well as two phase-rotating ones RC elements are connected upstream.

Durch diesen Schaltungsaufbau wird mit äußerst sparsamen Mitteln eine sehr genaue und von Netzstörungen weitgehend unabhängige Arbeitsweise der hier definierten Sendeeinrichtung erreicht. Einzelheiten ergeben sich aus dem an Hand der Zeichnung nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel.This circuit structure is a with extremely economical means very precise and largely independent of network disturbances mode of operation of the one defined here Sending facility reached. Details can be found in the drawing embodiment described below.

In der Zeichnung, die ein Schaltbild einer elektronischen Sendeeinrichtung zeigt, bedeuten P einen Phasenleiter und N einen geerdeten Nulleiter eines Wechselstrom-Energieversorgungsnetzes, im weiteren kurz Netz genannt und mit der Bezugszahl 1 versehen. Zwischen dem Phasenleiter P und dem Nulleiter N liegt .eine Reihenschaltung einer Schwingkreisspule 2 mit einem Kondensator 3 und einem steuerbaren Gleichrichter 4, dem eine Diode 5 mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung parallel geschaltet ist.In the drawing, which shows a circuit diagram of an electronic transmission device, P denotes a phase conductor and N denotes a grounded neutral conductor of an alternating current power supply network, hereinafter referred to as network for short and provided with the reference number 1. Between the phase conductor P and the neutral conductor N there is a series connection of an oscillating circuit coil 2 with a capacitor 3 and a controllable rectifier 4, to which a diode 5 is connected in parallel with the opposite forward direction.

Der steuerbare Gleichrichter 4 besitzt eine Zündelektrode 6, die über eine einen Signalschalter 7 enthaltende Steuerleitung 8 mit einer Steuerschaltung 9 in Verbindung steht. Zwischen der Steuerleitung 8 und dem Nulleiter N liegen eine Schutzdiode 10 und ein Ableitwiderstand 11.The controllable rectifier 4 has an ignition electrode 6 which is connected to a control circuit 9 via a control line 8 containing a signal switch 7. A protective diode 10 and a bleeder resistor 11 are located between the control line 8 and the neutral conductor N.

Eine induktiv an die Schwingkreisspule 2 angekoppelte Rückkopplungswicklung 12 ist mit ihrem einen Ende unmittelbar an den mit der Zündelektrode 6 fest verbundenen Teil der Steuerleitung 8 angeschlossen und andererseits über einen Widerstand 13 an Erde geführt. Je nach der elektrischen Bemessung der Rückkopplungswicklung 12, welche mit Vorteil mehrere Abgriffe 14 aufweist, und des Widerstandes 13 kann der Ableitwiderstand 11 entbehrlich sein. Die Steuerschaltung 9 besitzt als impulsgebendes Steuerelement eine Zweiwege-Schaltdiode 15, welche in der verlängerten Steuerleitung 8 in Reihenschaltung angeordnet ist. Auf der Speiseseite sind der Schaltdiode 15 zwei RC-Glieder 16 und 17 sowie eine zwischen der Steuerleitung 8 und dem Nulleiter N liegende Diode 18 vorgeschaltet.One end of a feedback winding 12 inductively coupled to resonant circuit coil 2 is connected directly to the part of control line 8 firmly connected to ignition electrode 6 and, on the other hand, connected to earth via a resistor 13. Depending on the electrical dimensioning of the feedback winding 12, which advantageously has a plurality of taps 14 , and the resistor 13, the bleeder resistor 11 can be dispensed with. The control circuit 9 has a two-way switching diode 15 as a pulse-generating control element, which is arranged in series in the extended control line 8. On the feed side, the switching diode 15 is preceded by two RC elements 16 and 17 and a diode 18 located between the control line 8 and the neutral conductor N.

Die beschriebene Schaltung arbeitet wie folgt: Die Steuerschaltung 9 erzeugt bei anliegender Netzspannung in noch zu erläuternder Weise periodisch Zündimpulse mit einer definierten Phasenlage gegenüber der Netzspannung, die dann auf die Zündelektrode 6 des steuerbaren Gleichrichters 4 gelangen, wenn der Signalschalter 7 geschlossen ist. Bei jedem Durchzünden des steuerbaren Gleichrichters 4 infolge eines solchen Zündimpulses erfolgt eine sogenannte Tastung des Sendeschwingkreises 2, 3, wodurch Ausgleichsschwingungen des Sendeschwingkreises 2, 3 freigegeben werden, da der Kondensator 3 bei gesperrtem Gleichrichter 4 über die Diode 5 auf den (negativen) Scheitelwert der Netzspannung aufgeladen war. Die Ausgleichsschwingungen sind Resonanzschwinungen des auf Tonfrequenz abgestimmten Sendeschwingkreises 2, 3 und klingen je nach der gegebenen Schwingkreisdämpfung nach einigen Perioden ab.The circuit described works as follows: When the mains voltage is applied, the control circuit 9 periodically generates ignition pulses with a defined phase position relative to the mains voltage, which are then applied to the ignition electrode 6 of the controllable rectifier 4 when the signal switch 7 is closed. Each time the controllable rectifier 4 is ignited as a result of such an ignition pulse, a so-called keying of the transmitting oscillating circuit 2, 3 takes place, whereby compensating oscillations of the transmitting oscillating circuit 2, 3 are released, since the capacitor 3 with the rectifier 4 blocked via the diode 5 to the (negative) peak value of the Mains voltage was charged. The compensating oscillations are resonance oscillations of the transmitting oscillating circuit 2, 3, which is tuned to the audio frequency, and decay after a few periods depending on the given oscillating circuit damping.

Um einen einfachen Aufbau der Steuerschaltung 9 zu ermöglichen, ist nun die während einer Ausgleichsschwingung an der Schwingkreisspule 2 entstehende Tonfrequenzspannung auf die Zündelektrode 6 positiv rückgekoppelt, so daß nach jedem Nulldurchgang der Tonfrequenzspannung aus der Sperrichtung in die Durchlaßrichtung des steuerbaren Gleichrichters 4 ein in die Rückkopplungswicklung 12 induzierter Spannungsimpuls auf die Zündelektrode 6 gelangt und so lange zur Wiederzündung des Gleichrichters 4 führt, als die mit dem Abklingen der Ausgleichsschwingung ebenfalls abnehmenden Amplituden der rückgekoppelten Spannungsimpulse einen zur Zündung des gesteuerten Gleichrichters 4 ausreichenden Steuerstrom bewirken können. Das Durchschwingen der Tonfrequenzenergie in Sperrichtung des steuerbaren Gleichrichters 4 erfolgt über die Diode 5.In order to enable a simple structure of the control circuit 9 , the audio frequency voltage generated during a compensating oscillation on the resonant circuit coil 2 is now positively fed back to the ignition electrode 6, so that after each zero crossing of the audio frequency voltage from the reverse direction into the forward direction of the controllable rectifier 4 into the feedback winding 12 induced voltage pulse reaches the ignition electrode 6 and leads to the reignition of the rectifier 4 as long as the amplitudes of the fed back voltage pulses, which also decrease with the decay of the compensatory oscillation, can cause a control current sufficient to ignite the controlled rectifier 4. The sound frequency energy oscillates in the reverse direction of the controllable rectifier 4 via the diode 5.

Mit Hilfe der Abgriffe 14 kann die Höhe der Rückkopplungsspannung und damit innerhalb einer einzelnen Tastung die Zeitdauer vom ersten Zünden bis zum endgültigen Löschen des steuerbaren Gleichrichters 4 geeignet gewählt werden. Damit läßt sich in gewissen Grenzen die Zeitdauer festlegen, während welcher der Sendeschwingkreis 2, 3 Ausgleichsschwingungen ausführt.With the help of the taps 14 , the level of the feedback voltage and thus, within a single keying, the time from the first ignition to the final extinction of the controllable rectifier 4 can be suitably selected. The period during which the transmitting oscillating circuit 2, 3 carries out compensatory oscillations can thus be determined within certain limits.

Die Zweiwege-Schaltdiode 15 zündet bei Erreichen einer festen Schwellenspannung, der sogenannten Durchbruchsspannung, und wird dann für Wechselstrom durchlässig. Die Schwellenspannung der Schaltdiode 15 wird in jeder Periode der Netzwechselspannung einmal erreicht; mithin gibt die Steuerschaltung 9 Zündimpulse im Takt der einfachen Netzfrequenz auf die Zündeleketrode 6 des steuerbaren Gleichrichters 4.The two-way switching diode 15 ignites when a fixed threshold voltage, the so-called breakdown voltage, is reached, and then becomes permeable to alternating current. The threshold voltage of the switching diode 15 is reached once in each period of the mains alternating voltage; consequently, the control circuit 9 sends ignition pulses to the ignition electrode 6 of the controllable rectifier 4 at the rate of the single mains frequency.

Soll nun die Schaltfrequenz des Gleichrichters 4 nur die halbe Netzfrequenz betragen, so wird die von der Rückkopplungswicklung 12 auf die Zündelektrode 6 positiv rückgekoppelte Tonfrequenzspannung der Schwingkreisspule 2 mittels der dafür vorgesehenen Abgriffe 14 so hoch eingestellt, daß der Gleichrichter 4 nach einem Zündimpuls der Steuerschaltung 9 wenig länger als eine volle Periodendauer der Netzwechselspannung gezündet bleibt. Somit bleibt jeder zweite Zündimpuls der Steuerschaltung 9 unwirksam, weil ja dieser zweite Zündimpuls zu einer Zeit eintrifft, zu der der Gleichrichter 4 infolge der Rückkopplung pocht nicht wieder gesperrt ist. Auf diese Weise wird eine besonders einfache Frequenzteilung erreicht, so daß die Tastfrequenz stets die halbe Netzfrequenz beträgt.If the switching frequency of the rectifier 4 is only to be half the mains frequency, the audio frequency voltage of the resonant circuit coil 2, which is positively fed back from the feedback winding 12 to the ignition electrode 6, is set so high by means of the taps 14 that the rectifier 4 after an ignition pulse from the control circuit 9 remains ignited little longer than a full period of the AC mains voltage. Thus, every second ignition pulse of the control circuit 9 remains ineffective because this second ignition pulse arrives at a time at which the rectifier 4 is not blocked again as a result of the feedback. In this way, a particularly simple frequency division is achieved, so that the sampling frequency is always half the network frequency.

Die beiden RC-Glieder 16 und 17 wirken als Phasenschieber und drehen die Phasenlage der Netzwechselspannung um 90°. Dadurch und durch entsprechende Bemessung der Bauelemente wird erreicht, daß jeder Zündimpuls der Steuerschaltung 9 und damit jeder Zündmoment des Gleichrichters 4 mit homologen Scheitelwerten der Netzwechselspannung zeitlich zusammenfällt. Die RC-Glieder 16 und 17 wirken darüber hinaus als Ableiter für Störspannungen, wie sie im Netz 1 zuweilen auftreten.The two RC elements 16 and 17 act as phase shifters and rotate the phase position of the AC mains voltage by 90 °. As a result, and by appropriate dimensioning of the components, it is achieved that every ignition pulse of the control circuit 9 and thus every ignition moment of the rectifier 4 coincides with homologous peak values of the AC mains voltage. The RC elements 16 and 17 also act as arresters for interference voltages, as they sometimes occur in network 1.

Die Diode 18 bewirkt, daß über der Schaltdiode 15 keine negative Spannung auftreten kann, wodurch eine zeitliche Stabilisierung des Zündzeitpunktes der Schaltdiode erreicht wird.The diode 18 has the effect that there is no negative voltage across the switching diode 15 can occur, whereby a temporal stabilization of the ignition point of the switching diode is achieved.

Infolge ihres äußerst einfachen Aufbaues besitzt die hier beschriebene Schaltung eine bisher nicht erreichte Wirtschaftlichkeit und Betriebssicherheit, wie sie für Einrichtungen der hier in Rede stehenden Art zwingend gefordert wird.As a result of its extremely simple structure, the one described here has Switching a previously unattained economy and operational reliability, as it is mandatory for facilities of the type in question here.

Claims

Claims: 1. Transmitting device for a network overlay consumption reporting system for remote transmission of consumption information through a low-voltage distribution network for electrical energy superimposed signals that are generated by periodically switching on a consisting of the series connection of a resonant circuit coil and a capacitor Send oscillating circuit to the network to be superimposed by means of a periodically actuated Switching elements are generated, the information content of which by the position of an or several signal switches of one or more consumption meters is determined and the are forwarded in the network against the direction of flow of the network energy, marked thereby e t that a controllable rectifier (4) serves as the switching element, the ignition electrode of which (6) with a feedback winding inductively coupled to the resonant circuit coil (2) (12) and via a signal switch (7) with a direct connection to the mains AC voltage connected control circuit (9) is connected in series with the Ignition electrode (6) has a two-way switching diode (15), the one between a Phase conductor (P) and the neutral conductor (N) of the network (1) lying diode (18) and two phase-rotating RC elements (16, 17) are connected upstream.

2. Transmitting device according to claim 1, characterized in that the audio frequency voltage positively fed back from the feedback winding (12) to the ignition electrode (6) is set by means of one of the taps (14) so that the controllable rectifier (4) after an ignition pulse of the control circuit (9) remains ignited for a little longer than a full period of the AC mains voltage.