DE3704368A1 - System zur kabelgebundenen leistungsfernspeisung sowie anwendungen - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem System gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie Anwendungen dieses Systems. Ein solches System ist beispielsweise bekannt aus DE-OS 32 27 299.

Die Fernspeisung gemäß DE-OS 32 27 299 sieht besondere Maßnahmen vor für den Fall, daß Verbraucher ferngespeist werden sollen, die während der Einschaltphase einen erhöhten Leistungsbedarf haben. Durch jeweils eine den Stromwandlern zugeordnete Steuereinrichtung werden diese zeitverzögert oder durch ein den Betriebszustand des Verbrauchers charakterisierendes Kriterium hinsichtlich ihrer Stromabgabe an den Verbraucher variierbar eingeschaltet. Zur Deckung des zusätzlichen Leistungsbedarfs während der Einschaltphase sind zusätzliche Gleichstromwandler nötig, die zu den regulären Gleichstromwandlern parallel geschaltet werden.

In Technische Mitteilungen AEG-Telefunken, Beiheft "Analoge Übertragungseinrichtungen", 1977, Seite 90, wird darauf hingewiesen, daß die Fernspeisung von Verstärkern, bedingt durch die Eigenschaften der Fernspeiseleitungen, nur bis zu einem gewissen Leistungsniveau möglich ist. Man hat deshalb die Leistungsaufnahme der Verstärker bewußt reduziert und damit die Feldlänge verkürzt.

Aufgabe der Erfindung ist es ausgehend vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ein System zur Leistungsfernspeisung anzugeben, welches die Versorgung von Verbrauchern ohne großen Zusatzaufwand gestattet und keine Einschränkungen hinsichtlich schneller Verfügbarkeit der Leistungsabgabe aufweist. Außerdem sollen Anwendungen dieses Systems aufgezeigt werden. Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Systems durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst und hinsichtlich der Anwendungen durch die Merkmale der Patentansprüche 4 bis 6. Die Ansprüche 2 und 3 betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen des Systems.

Die Erfindung geht von folgenden Erkenntnissen aus:
Die klassische Fernspeisung über Nachrichtenkabel ermöglicht den Betrieb nur, wenn Leitungswiderstand, Quellenspannung, Verbraucherleistung und Reichweite so harmonisieren, daß die Bedingungen des ohmschen Gesetztes erfüllt werden. Wenn der Energiebedarf des Verbrauchers/der Verbraucher über eine hochohmige Speiseleitung transportiert werden soll, sind hohe Spannungen notwendig, die auf Nachrichtenleitungen nur in Verbindung mit sehr strengen und kostenintensiven Sicherheitsvorschriften und -einrichtungen (Berührungsschutz) zugelassen sind. Mit den Maßnahmen gemäß der Erfindung wird der erforderliche Energiebedarf des Verbrauchers/der Verbraucher gedeckt, ohne großen Zusatzaufwand und ohne kostenintensive Sicherheitstechnik. Grundsätzlich ist das erfindungsgemäße System dann anwendbar, wenn eine bezüglich der Leistung unterdimensionierte Fernspeisung mit ungefährlichen Spannungen Verbraucher im Intervallbetrieb, insbesondere im kurzzeitigen Impulsbetrieb, versorgen soll. Die Intervallzeiten zwischen den Energieabgabephasen müssen genügend lang sein, um den/die Energiespeicher genügend nachzuladen.

Die Pufferung einer Speisequelle durch Energiespeicher ist zwar an sich bekannt (Stromversorgung; S. W. Wagner, Hamburg 1964, Seiten 659 bis 670), jedoch ergibt sich hieraus keine Anregung zur Konzipierung des Systems zur Fernspeisung gemäß der Erfindung. Die Entwicklung von Fernspeisesystemen bei erhöhtem Leistungsbedarf ging gerade in eine andere Richtung - vgl. dazu die vorgenannten Zitatstellen DE 32 27 299 und Beiheft "Analoge Übertragungseinrichtungen", 1977. Bei gleicher Speisespannung ergibt sich gegenüber der klassischen Fernspeisung eine Reichweitenerhöhung.

Das System nach der Erfindung eignet sich insbesondere zur Speisung von Elektroeinrichtungen, die zeitversetzt eine hohe Impulsleistung aufnehmen. Dieser Anwendungsfall ergibt sich beispielsweise beim Glätte-Frühmeldesystem GMFS der Firma ANT Nachrichtentechnik GmbH (Prospekt ANT 1956, 10. 86), bei dem in einem programmierbaren Rhythmus - etwa alle 3 bis 15 Minuten - Meßstationen kurzzeitig eingeschaltet werden. Die Fernspeisung erfolgt hier von einer Fernwirkunterstation aus über eine Datenleitung zu jeweils etwa 10 Meßstationen.

Anhand eines Beispiels, das ein Glätte-Frühmeldesystem betrifft, wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt ein Prinzipschaltbild des Systems nach der Erfindung.

Von einer speisenden Quelle Q, z. B. einem Netzgerät, aus wird über eine insbesondere hochohmige gemeinsame Datenübermittlungs-/ Fernspeiseleitung FS Leistung zur Versorgung von Meßstationen eines Glätte-Frühmeldesystems übertragen.

Für jeden Verbraucher - Meßstationen MS 1, . . . MSn - liegt ein elektrischer Energiespeicher - Kondensatoren C 1, . . . Cn - parallel zu den Fernspeiseadern a und b. Die Kondensatoren C 1, . . . Cn sind jeweils über einen Schalter S 1, . . . Sn mit dem Eingang eines Gleichspannungswandlers GW 1, . . . GWn verbunden.

Die Ausgänge der Gleichspannungswandler GW 1, . . . GWn führen zu den Impulsleistungsstufen IL 1, . . . ILn der Meßstationen MS 1, . . . MSn. Bei geöffneten Schaltern S 1, . . . Sn sind die Kondensatoren C 1, . . . Cn auf die Spannung der Speisespannungsquelle Q aufgeladen.

Während der Arbeitsphase einer Meßstation schließt die einer Impulsleistungsstufe IL 1, . . . ILn zugeordnete Steuerelektronik ST 1, . . . STn über die Auswertung der Spannung am Kondensator C 1, . . . Cn den entsprechenden Schalter S 1, . . . Sn und setzt den zugeordneten Gleichspannungswandler GW 1, . . . GWn in Betrieb.

Der zugeordnete Gleichspannungswandler GW 1, . . . GWn erzeugt die Betriebsleistung für die Impulsleistungsstufe IL 1, . . . ILn. Dabei entlädt sich der Kondensator C 1, . . . Cn. Die Arbeitsphase einer Meßstation wird begrenzt durch die Entladezeitkonstante des entsprechenden Kondensators C 1, . . . Cn und den Eingangsspannungsbereich des Gleichspannungswandlers GW 1, . . . GWn. Es ist vorteilhaft Gleichspannungswandler mit extrem weitem Eingangsspannungsbereich zu haben. Die Ruhepause - Erholzeiten - zwischen den Arbeitsphasen müssen lange genug sein, um die Speicherkondensatoren C 1, . . . Cn vollständig nachzuladen. Damit keine undefinierten Betriebszustände entstehen, trennt eine Steuerelektronik ST 1, . . . STn über die Schalter S 1, . . . Sn die Verbindungsleitung zwischen Energiespeichern und Gleichspannungswandlern auf, sobald die Spannung an den Kondensatoren einen vorgegebenen Mindestwert unterschreiten. Die höchste Leistungsbeanspruchung einer Meßstation wird durch ein Infrarotmeßgerät zum Feststellen der Fahrbahnfeuchte benötigt. Es wird mittels der Impulsleistungsstufe IL 1, . . . ILn und elektro/optischer Wandlung ein optischer Impuls erzeugt. Aus dessen Reflexion an der Fahrbahnoberfläche wird auf die Fahrbahnfeuchte geschlossen. Weitere Sensoren werden ebenfalls im Impulsbetrieb versorgt.

Um das Fernspeisesystem der Erfindung optimal auszunutzen, ist es vorteilhaft die einzelnen Meßstationen, für die das Fernspeisesystem nach der Erfindung hinsichtlich der klassischen Fernspeisung unterdimensioniert ist, bezüglich ihrer Energiebedarfsphasen zeitlich zu staffeln.

Wenn die Speisespannung der Quelle Q eine Wechselspannung ist, muß zwischen Speiseadern a/b und jeweiligem Energiespeicher eine Gleichrichterschaltung G 1, . . . Gn - gestrichelt dargestellt - vorgesehen sein.

Anstelle von einem Energiespeicher pro Verbraucher können auch mehrere vorgesehen sein.

Claims (6)

1. System zur kabelgebundenen Leistungsfernspeisung mindestens eines elektrischen Verbrauchers (MS 1, . . . MSn), insbesondere über eine hochohmige Speiseleitung, wobei der/die Verbraucher mindestens einen Gleichstrom- oder -spannungswandler (GW 1, . . . GWn) an den Fernspeisekreis anschließbar ist/sind, dadurch gekennzeichnet, daß der/die Gleichstrom- oder -spannungswandler (GW 1, . . . GWn) über mindestens einen elektrischen Energiespeicher (C 1, . . . Cn) an den Fernspeisekreis anschließbar ist/sind.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der/die elektrische/n Energiespeicher aus einem Kondensator oder mehreren Kondensatoren (C 1, . . . Cn) besteht/bestehen und daß diese/r Kondensator/en parallel zu den Speiseadern (a/b) des mindestens einen Gleichstrom- oder -spannungswandlers (GW 1, . . . GWn) angeordnet ist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerelektronik (ST 1, . . . STn) vorgesehen ist, die die Verbindungsleitung/en zwischen Energiespeicher/n (C 1, . . . Cn) und Gleichstrom- oder -spannungswandlern (GW 1, . . . GWn) bei undefinierten Betriebszuständen, insbesondere bei Gefahr einer Tiefentladung, auftrennt.

4. Anwendung des Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Fernspeisung von Verbrauchern, für die während einer kurzen Arbeitsphase eine hohe Leistung zur Verfügung gestellt werden muß und während längeren Ruhephasen kein Energiebedarf besteht.

5. Anwendung des Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 3 für Verbraucher, für die die installierte Fernspeisung hinsichtlich einer kurzzeitigen Leistungsbeanspruchung unterdimensioniert ist.

6. Anwendung des Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 3, für mindestens zwei Verbraucher, deren Energiebedarfsphasen sich nicht überschneiden, und für die die Fernspeisung bezüglich der verfügbaren Leistung unterdimensioniert ist.