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Sperrkreis für Tonfrequenzen in einer Zentralfernsteueranlage Die Erfindung bezieht sich auf einen Sperrkreis für Tonfrequenzen, die in einer Zentralfernsteuer- anlage einem elektrischen Energieverteilnetz überlagert sind.
Zentralfernsteueranlagen, auch Rundsteueranlagen genannt, - dienen bekanntlich dazu, um von einer Kommandostelle aus über das elektrische Energiever- teilnetz Schaltbefehle an alle Verbraucherstellen des Netzes senden zu. können, sei es zur Tarifumsteuerung von Zählern, sei es zur Ein- und Ausschaltung von Verbrauchern, z. B. Boilern, Öfen, Strassenbeleuchtungen oder zur Steuerung von Ölschaltern usw. In bekannter Weise werden hierzu an der Kommandostelle von einem Sender tonfrequente Impulse dem Netz überlagert, und die zu steuernden Stellen weisen Empfänger auf, welche auf vorbestimmte Kommandos ansprechen, um die vorgesehenen Schaltfunktionen durchzuführen.
Unter den verschiedenen bekannten Zentralfernsteuersystemen beruhen die gebräuchlichsten auf dem Zeitintervallverfahren. Bei diesem werden einem Startimpuls zeitlich eine Folge von Befehlsimpulsen zugeordnet, die im allgemeinen durch einen Synchronwähler als Geber erzeugt wird, welcher in bekannter Weise von einem Tonfrequenzsen- der auf das zu steuernde Energieverteilnetz überlagert wird. Analog dazu sind die Empfänger mit der Netzfrequenz synchronlaufende Wähler, deren Wahlkontakte den Kontakten des Synchrongebers entsprechend zugeordnet sind.
Es erweist sich nun als notwendig, den Übertritt der dem Verteilnetz überlagerten Tonfrequenz zu bestimmten Netzteilen zu sperren, um den tonfrequenten Energieabfluss in diese Netzteile zu verhindern. Ferner soll vermieden werden, dass andere neben den eigentlichen Fernsteuerempfängern an das Verteilnetz angeschlossene und durch die Tonfrequenz beeinflussbare Geräte Tonfrequenzenergie erhalten, oder dass an das Netz an- geschlossene Schaltelemente, beispielsweise Phasenschieberkondensatoren, zu viel Tonfrequenzenergie absorbieren. In allen diesen Fällen werden als Sperrmittel Sperrkreise verwendet, die derart abgestimmt sind, dass sie für die betreffende Tonfrequenz einen sehr grossen Widerstand bilden.
Bei diesen bekannten Sperrkreisen wird demnach nur eine Frequenz wirksam gesperrt, was bisher auch genügte, da in den Rundsteueranlagen nur eine Tonfrequenz überlagert wird. Mit der zunehmenden Verbreitung von Rundsteueranlagen muss jedoch damit gerechnet werden, dass in den Verteilnetzen zwei verschiedene Frequenzen gleichzeitig auftreten können, nämlich dann, wenn in einem übergeordneten Netz für bestimmte Teilabschnitte seines Netzbereiches und in einem ihm untergeordneten Netz zwei verschiedene Tonfrequenzen überlagert werden. Es ergibt sich dann der Fall, dass in einem Netzsystem die Tonfrequenzen beider Rundsteueranlagen, und zwar der des über- und der des untergeordneten Netzes, auftreten.
Da die bekannten Sperrkreise, wie erwähnt, nur für eine Tonfrequenz wirksam sind, ist für die zweite Tonfrequenz keine Sperre wirksam, so dass sich diese ungehindert über das ganze Netz ausbreiten kann. Die Nachteile einer derart unkontrollierten Tonfrequenzausbreitung sind vorstehend schon erörtert worden, so dass sich nunmehr die Aufgabe ergibt, ein Sperrmittel zu entwickeln, das für zwei oder mehrere Frequenzen gleichzeitig selektiv wirksam ist.
Gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass zu einem aus einer Induktivität und einer Kapazität bestehenden Parallelschwingkreis mindestens ein aus einer weiteren Induktivität sowie einer weiteren Kapazität bestehender Serieschwingkreis parallel geschaltet und auf eine Hilfsfrequenz f3 abgestimmt ist und diese Hilfsfrequenz f3 so gross gewählt ist,
dass die für die Abstimmung auf diese Hilfsfrequenz f3 not-
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wendigen Werte der Schaltungselemente des Serieschwingkreises zusammen mit den diesem Serieschwingkreis parallel geschalteten übrigen Schaltungselementen des Parallelschwingkreises für die Frequenzen f1 und f. einen Resonanzkreis bilden.
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert: Es zeigen: Fig. 1 einen Sperrkreis für die gleichzeitige selektive Sperrung von zwei Frequenzen und Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Netzsystems, das Sperrkreise nach der Fig. 1 aufweist.
Der in der Fig. 1 dargestellte Sperrkreis besteht aus einer Induktivität L1 und einem dazu parallel geschalteten Kondensator Cl, die zusammen einen Parallelschwingkreis bilden. Parallel zu diesem ist ein Serieschwingkreis, bestehend aus einer Kapazität C.., und einer Induktivität L- Um zu erreichen, dass die Schaltungsanordnung gleichzeitig zwei Frequenzen f 1 und f_, selektiv sperrt, müssen die ihr zugehörigen Schaltungselemente L1, Cl, L', und C, in ihren Werten derart einander angeglichen sein,
dass die gesamte Schaltungsanordnung, also der Parallelschwingkreis L,/Cl zusammen mit dem ihm parallel geschalteten Serieschwingkreis L.., C2, auf die Frequenzen f l und f .2 abgestimmt sind.
Hierbei wird von folgender Überlegung ausgegangen: Es sei angenommen, dass die Tonfrequenz f. um den Faktor a grösser als die Tonfrequenz f1 sei, also f z = a - f l. Wird L1 als bekannt angenommen, so verbleiben als Unbekannte die Kapazitäten Cl, C., die Induktivität L, und eine Hilfsfrequenz f3, auf die der Serieschwingkreis L./C. abgestimmt werden muss.
Die Frequenz f3 ist zwar unbekannt, wird jedoch empirisch so gewählt, dass für die noch zu ermittelnden übrigen Schaltungselemente Cl, C, und L2 sich vernünftige Werte ergeben. Es sei weiter angenommen, dass die Frequenz f3 um einen Faktor b grösser als die Frequenz f1 sei, also f3 = bfl.
Im Resonanzfall gilt für den Serieschwingkreis L,,jC, mit der Hilfsfrequenz f3: co? - L2 - C2 = 1, da f3 = b - f1 ist, ergibt sich:
EMI2.61
EMI2.62
Um die weiteren unbekannten Werte zu erhalten, wird für f 1 folgende Bedingung aufgestellt:
EMI2.64
wird C3 eingesetzt, so ergibt sich:
EMI2.66
Für f. erhält man entsprechend:
EMI2.68
wird Cl, eingesetzt, so ergibt sich:
EMI2.70
bzw.
EMI2.71
Durch Auflösungen der Gleichungen für f1 bzw. f.@ wird die Unbekannte Cl eliminiert:
Aus der Gleichung
EMI2.75
und aus der Gleichung
EMI2.76
ergibt sich:
EMI2.77
daraus erhält man:
EMI2.78
Um Cl zu erhalten, wird L.= in die Formel von f l eingesetzt:
EMI2.83
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Durch diese mathematische Ableitung ist die eingangs erwähnte Erläuterung, unter welchen Bedingun- gen das Sperrglied zwei Frequenzen gleichzeitig selektiv sperrt, bewiesen worden, und es ist also möglich, mit den als bekannt angenommenen Grössen f l, f2, L1 und f3 die unbekannten Werte für Cl, C2 und L2 zu ermitteln.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird der Sperrkreis durch Parallelschaltung weiterer Serieschwingkreise, bestehend aus Kapazitäten und In- duktivitäten, zur gleichzeitigen selektiven Sperrung für mehr als nur für zwei Frequenzen vorgesehen.
Dazu ist erforderlich, die gegebenen Werte der Schaltungselemente eines bereits auf bestimmte Frequenzen abgestimmten Sperrkreises unter Berücksichtigung der noch weiteren zu sperrenden Frequenz und in bezug auf den jeder neu zu sperrenden Frequenz parallel zu schaltenden Serieschwingkreis neuerdings zu ermitteln.
Wird der beschriebene Sperrkreis bei Serieankopp- lungsschaltung der Tonfrequenz an ein Netz verwendet, so ist bemerkenswert, dass die Schaltungselemente des Ankopplungsschwingkreises gleichzeitig auch als Schaltungselemente für das Sperrglied herangezogen werden können. In diesem Falle müssen nach dem Parallelschalten eines Serieschwingkreises an den Ankopplungsschwingkreis die Schaltungselemente des letzteren entsprechend der vorstehenden mathematischen Ableitungen dimensioniert werden.
Dabei tritt dann anstelle der Induktivität L1 eine Streuinduktivi- tät L3 eines Ankopplungstransformators T, wie aus der Fig. 2 zu ersehen ist.
Die praktische Anwendung des beschriebenen Sperrkreises ist in der Fig. 2 anhand einer schematischen Darstellung eines Netzsystems gezeigt. Darin ist mit 1 eine zentrale Energieerzeugungsanlage bezeichnet, von der Leitungen 2 bis 6 zu übergeordneten Energieverteilstellen führen, von denen die Leitung 5 näher dargestellt ist. Es ist angenommen, die Verteilstelle 7 versorge einerseits über Leitungen 8 bis 11 untergeordnete Energieverteilstellen 27, 23, die ihrerseits über Leitungen 12 bis 16 Energie an Einzelabnehmer liefern und anderseits beliefere die Ver- teilstelle 7 über Leitungen 17 bis 22 unmittelbar Einzelabnehmer mit Energie.
Die Energieverteilstelle 7 ist daher gegenüber ihren untergeordneten Verteilstellen die übergeordnete und gegenüber den von ihr unmittelbar belieferten Einzelabnehmern die untergeordnete Verteilstelle. Da üblicherweise bestimmte elektrische Einrichtungen der Einzelabnehmer von der untergeordneten Verteilstelle aus, der sie angehören, ferngesteuert werden, ergibt sich, dass in einem Energieversorgungsnetz zwei zentrale Fernsteuer-Kom- mandoanlagen mit jeweils unterschiedlicher Frequenz fl und f2 wirksam sind,
und zwar eine Kommandoanlage mit einer Frequenz fl für eine untergeordnete Energieverteilstelle 23 und eine andere Kommandoanlage mit einer Frequenz f2 für eine übergeordnete Energieverteilstelle 7. Die Ausbreitung der auf die Netze überlagerten Tonfrequenzen f i und f z ist für jede Frequenz durch entsprechende Richtungspfeile angedeutet. Wie daraus ersichtlich ist, breiten sich die Frequenzen f i, f 2 in den Netzen nach jeder Richtung hin aus, was in manchen Fällen unerwünscht, wenn nicht sogar störend ist.
Insbesondere bei der Verwendung von Phasenschieberkondensatoren kann, wenn diese nur für die für eine untergeordnete Ver- teilstelle überlagerte Tonfrequenz gesperrt sind, die Tonfrequenzenergie der übergeordneten Verteilstelle ungehindert zu den Phasenschieberkondensatoren gelangen und von diesen absorbiert werden. In allen jenen Fällen, in denen es also erforderlich ist, bestimmte Netzteile oder einzelne Einrichtungen für zwei Frequenzen zu sperren, sind nun Sperrkreise zur gleichzeitigen selektiven Sperrung von zwei Frequenzen f i und f 2 vorgesehen.
Im vorliegenden, schematisch dargestellten Netzsystem ist ein Sperrkreis 25 zwischen der über- und untergeordneten Energiever- teilstelle 7 und 23 in der Leitung 10 vorgesehen. Dadurch wird erreicht, dass die von der übergeordneten Verteilstelle 7 kommende Tonfrequenz f2 daran gehindert wird, in die untergeordnete Verteilstelle 23 abzufliessen, und anderseits wird die in der entsprechenden Verteilstelle 23 überlagerte Tonfrequenz f l davon abgehalten, in die übergeordnete Verteilstelle 7 überzutreten.
In einem anderen, hier nicht näher bezeichneten untergeordneten Netzteil sollen beispielsweise beide Frequenzen f, und f2 von einem Phasenschieberkon- densator 24 fern gehalten werden. Zu diesem Zwecke ist vor diesem ein Sperrkreis 26 gemäss der Erfindung in die Leitung 16 eingeschaltet.
In einer untergeordneten Verteilstelle 27 wird ein Sperrkreis 28 bei einer Serieeinspeisung der Tonfrequenz in das Netz gezeigt, wobei die Induktivität L1 des Parallelschwingkreises LijCi durch die Streuinduktivität L3 des Ankopplungstransformators T ersetzt ist. Bei diesem Sperrkreis tritt zwar die Tonfrequenz f l ungehindert in das Netz über, hingegen sind die weiteren Netzteile 12, 13 der untergeordneten Verteilstelle 27 gegen die eindringende Frequenz f2 gesperrt.
Die Sperrkreise 28 werden bei der Serieeinspeisung in allen jenen Fällen Verwendung finden, bei denen es in erster Linie nur darauf ankommt, die Frequenz f2 von einer untergeordneten Verteilstelle fernzuhalten.
Der grosse Vorteil des beschriebenen Sperrkreises gegenüber den bekannten Sperrmitteln ist darin zu sehen, dass er ohne wesentlichen Mehraufwand, nur durch geeignete Abstimmung der einzelnen Schaltungselemente, eine gleichzeitige selektive Sperrung für zwei Frequenzen bewirkt.