DE2432279A1

DE2432279A1 - Testing of HV power line - involves deriving test value, modulating it, transmitting it to low voltage side and demodulating

Info

Publication number: DE2432279A1
Application number: DE2432279A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr Ing Braun
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-07-05
Filing date: 1974-07-05
Publication date: 1976-01-22

Abstract

The direction of energy transmission is automatically detected by a suitable circuit and pulses are generated at the h.v. side, whose repition frequency is proportional to the energy. They are so modulated that their pulse width is different for different directions of energy flow. Test values are transmitted by non-electric means, e.g. by a light emitting diode, light conductor and photodiode, and demodulated by a suitable circuit in order to be evaluated for the energy direction of flow determination. The polarity of the instantaneous value of current is determined in each period at the instant of the positive voltage maximum.

Description

Anordnung zur selbsttätigen Erkennung der Richtung der in einer Hochspannungsleitung transportierten elektrischen Energie mit Übertragung der Richtungsinformation auf die Niederspannungsseite.Arrangement for the automatic detection of the direction of the in a high voltage line transported electrical energy with transmission of directional information the low voltage side.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung, die einen von der in einer Hochspannungsleitung transportierten elektrischen Energie abgeleiteten Meßwert in Abhängigkeit von der Energietransportrichtung mittels Pulsdauermodulation derart moduliert, daß gleichzeitig mit der Übertragung des Meßwertes auf die Niederspannungsseite die Richtungsinformation übertragen wird.The invention relates to an arrangement that has one of the in one High voltage power line transported electrical energy derived measured value in Dependence on the direction of energy transport by means of pulse duration modulation like this modulated that simultaneously with the transmission of the measured value to the low-voltage side the direction information is transmitted.

Bisher wird die auf Hochspannungsleitungen transportierte elektrische Energie mit Hilfe von elektromechanischen oder elektronischen Elektrizitätszählern gemessen, die mittels hochspannungsisolierter Meßtransformatoren (Meßwandler) an die Hoehspannungsleitung angeschlossen werden. Zur Einsparung der für den Einsatz in Hochspannungsnetzen sehr aufwendig isolierten Meßwandler können die Elektrizitätszähler mit Vorteil auf Hochspannungspotential angeordnet werden. Für jede der beiden möglichen Energietransportrichtungen kann ein Elektrizitätszähler vorgesehen werden. Vorteilhafter ist jedoch die Verwendung nur eines Elektrizitätszählers, der die Energie unabhängig von der Transportrichtung ermittelt.So far, the transported on high voltage lines is electrical Energy using electromechanical or electronic electricity meters measured by means of high-voltage insulated measuring transformers (measuring transducers) the high voltage line can be connected. To save the for use In high-voltage networks very expensive insulated transducers can use the electricity meter be arranged with advantage on high voltage potential. For either of the two possible An electricity meter can be provided for energy transport directions. More advantageous however, the use of only one electricity meter that is energy independent determined by the direction of transport.

Die vorgeschlagene Anordnung geht von der Verwendung eines elektronischen Elektrizitätszählers für Hochspannungsleitungen aus.The proposed arrangement assumes the use of an electronic one Electricity meter for high voltage lines.

Ein auf Hochspannungspotential angeordneter elektronischer Multiplizierer erzeugt elektrische Impulse, deren Folgefrequenz der auf der Hochspannungsleitung transportierten Energie proportional ist. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung werden die Meßwerte in der Weise moduliert, daß die selbsttätig ermittelte Richtungsinformation gleichzeitig mit auf-die Niederspannungsseite übertragen wird. Die erfindungsgemäße Anordnung vermeidet die Verwendung von zwei getrennten Datenübertragungskanälen für jede Energieflußrichtung dadurch, daß die in ihrer Anzahl pro Zeiteinheit der in der Hochspannungsleitung transportierten Energie proportionalen Impulse Je nach Energieflußrichtung verschieden lang sind. Der Datenübertragungskanal besteht zweckmäßiger Weise aus einer potentialfreien Meßwertübertragung (z.B.An electronic multiplier placed at high voltage potential generates electrical impulses, the repetition rate of which is the same as on the high-voltage line transported energy is proportional. With the help of the arrangement according to the invention the measured values are modulated in such a way that the automatically determined directional information is simultaneously transferred to the low-voltage side. The inventive Arrangement avoids the use of two separate data transmission channels for each direction of energy flow in that the number per unit of time of the Depending on the energy transported in the high-voltage line proportional impulses Direction of energy flow are of different lengths. The data transmission channel is more expedient Way from a potential-free transmission of measured values (e.g.

Lichtleiter, dielektrischer Wellenleiter o.ä.).Light guide, dielectric waveguide or similar).

Die Fig. 1 bis 4 dienen zur Erläuterung eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Anordnung.FIGS. 1 to 4 serve to explain an exemplary embodiment the arrangement according to the invention.

Fig. 1 zeigt Phasenbeziehungen zwischen Strom und Spannung in der Hochspannungsleitung.Fig. 1 shows phase relationships between current and voltage in the High voltage line.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild für die Gewinnung der Richtungsinformation.2 shows a block diagram for obtaining the direction information.

Fig. 3.zeigt ein Blockschaltbild für die Modulation der Richtungsinformation.Fig. 3 shows a block diagram for the modulation of the direction information.

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild der niederspannungsseitigen Demodulationsschaltung.Fig. 4 shows a block diagram of the low-voltage side demodulation circuit.

Die Richtungsinformation wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung durch folgende Überlegung gewonnen: Wenn der Strom in der Hochspannungsleitung ( i (t) in Fig. 1) der Spannung u (t) um weniger als 60 ° vor- oder nacheilt, hat die Stromamplitude zwischen 3,3 ms und 6,7 ms (bei einer Netzfrequenz von 50 Hz) nach jedem positiven Nulldurchgang der Spannung einen positiven Wert. Weist der Momentanwert des Stromes dagegen während der angegebenen Zeit einen negativen Wert auf, so beträgt die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung 120 ° bis 240 °. Dem ersten Fall wird die Energieflußrichtung "vorwärts" (V); dem zweiten Fall die Energieflußrichtung 'rUckwärts" ("R") zugeordnet.The direction information is in the arrangement according to the invention obtained by the following consideration: If the current in the high-voltage line ( i (t) in Fig. 1) leads or lags the voltage u (t) by less than 60 ° the current amplitude between 3.3 ms and 6.7 ms (at a mains frequency of 50 Hz) after each positive zero crossing of the voltage a positive value. He knows On the other hand, the instantaneous value of the current during the specified time has a negative value on, the phase shift between current and voltage is 120 ° to 240 °. In the first case the direction of energy flow is "forward" (V); the second case the energy flow direction 'backwards "(" R ") assigned.

Die bei der erfindungsgemäßen Anordnung benutzte Schaltung für die Richtungserkennung zeigt Fig. 2. In der Zeit zwischen 4,5 ms und 5,5 ms nach jedem positiven Nulldurchgang der Spannungsamplitude (entsprechend einer Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung von -81 ° ' Ç - +81 °, bzw. 99 ° I < 261 0)wird die Polarität der Stromamplitude abgefragt. Ein positiver Wert der Stromamplitude während dieser Zeit führt zur Speicherung der Richtungsinformation "V", und eine negative Stromamplitude bewirkt die Speicherung der Richtungsinformation "R". Dazu wird bei jedem positiven Nulldurchgang der Spannung ein monostabiler Multivibrator mit einer Ausgangsimpuledauer von 4,5 ms in den monostabilen Zustand versetzt. Bei Rückkehr dieses Multivibrators in den Ruhestand wird ein zweiter monostabiler Multivibrator mit einer Ausgangsimpuledauer von 1 ms in den monostabilen Zustand versetzt, während welcher Zeit die Abfrage der Strompolarität freigegeben wird.The circuit used in the arrangement according to the invention for the Direction recognition is shown in Fig. 2. In the time between 4.5 ms and 5.5 ms after each positive zero crossing of the voltage amplitude (corresponding to a phase shift between current and voltage of -81 ° 'Ç - +81 °, or 99 ° I <261 0) the The polarity of the current amplitude is queried. A positive value of the current amplitude during this time leads to the storage of the direction information "V", and a negative one Current amplitude causes the direction information "R" to be stored. This is done at every positive zero crossing of the voltage a monostable multivibrator with a Output pulse duration of 4.5 ms placed in the monostable state. On return this multivibrator to retire becomes a second monostable multivibrator put into the monostable state with an output pulse duration of 1 ms, while which time the query of the current polarity is released.

Die Ausgangsimpulse des Multiplizierers (Fig. 3), deren Folgefrequenz der Größe der in der Hochspannungsleitung transportierten Energie proportional ist, werden entsprechend den Informationen ttV" oder "R" entweder einem monostabilen Multivibrator mit einer Ausgangsimpulsdauer von 0,1 ms oder einem monostabilen Multivibrator mit 0,7 ms Ausgangsimpulsdauer zugeführt.The output pulses of the multiplier (Fig. 3), their repetition frequency is proportional to the amount of energy transported in the high-voltage line, will be according to the information ttV "or" R "either one monostable multivibrator with an output pulse duration of 0.1 ms or a monostable Multivibrator supplied with 0.7 ms output pulse duration.

Am Ausgang einer logischen "ODER-Verknüpfung erzeugt damit jeder der in ihrer Anzahl der Hochspannungsenergie proportionalen Impulse einen Impuls von entweder 0,1 ms oder 0,7 ms Dauer. Diese Impulse werden potentialfrei zur Niederspannungsseite der Anordnung übertragen.At the output of a logical "OR" link, each of the in their number of pulses proportional to the high voltage energy a pulse of either 0.1 ms or 0.7 ms duration. These pulses are potential-free on the low-voltage side transferred to the arrangement.

Die auf der Niederspannungsseite empfangenen Impulse werden bei der erfindungsgemäßen Anordnung in einer in Fig. 4 wiedergegebenen Schaltung entsprechend ihrer zeitlichen Dauer sortiert und einem von zwei Impulszählern zugeführt. Jeder Empfangsimpuls versetzt einen monostabilen Multivibrator mit einer Ausgangsimpulsdauer von 0,4 ms in den monostabilen Zustand. Wenn der Empfangsimpuls von kürzerer zeitlicher Dauer als 0,4 ms ist, wird für die Zeit zwischen dem Ende des Empfangsimpulses und der Rückkehr des Multivibrators in seine Ruhelage ein Zihlimpuls für die Energieflußrichtung "V" gezählt. Ist dagegen der Multivibrator in seine Ruhestellung zurückgekehrt, bevor der Empfangsimpuls beendet ist, wird für die restliche Dauer des Empfangsimpulses ein Impuls für die Richtung R" gezählt.The pulses received on the low-voltage side are transmitted to the Arrangement according to the invention in a circuit shown in FIG. 4 accordingly sorted according to their duration and fed to one of two pulse counters. Everyone Receive impulse sets a monostable multivibrator with an output impulse duration from 0.4 ms to the monostable state. If the received pulse is shorter in time Duration than 0.4 ms is used for the time between the end of the received pulse and when the multivibrator returns to its rest position, a counting pulse for the direction of energy flow "V" counted. If, on the other hand, the multivibrator has returned to its rest position, before the received pulse is ended, for the remaining duration of the received pulse one pulse for the direction R "is counted.

In beiden Fällen entstehen Zählimpulse mit einer zeitlichen Dauer von 0,3 ms.In both cases there are counting pulses with a duration of 0.3 ms.

Abschließend läßt sich feststellen, daß durch die Erfindung eine Anordnung geschaffen ist, die die Übertragung der Information nicht nur über die Größe, sondern auch ü-ber die Richtung der auf einer Hochspannungsleitung transportierten Energie mit Hilfe eines einzigen potentialfreien MeßwertUbertragungskanals gestattet. Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich außerdem dadurch aus, daß die Energieflußrichtung während jeder Periode der Netzwechselspannung erneut festgestellt wird und daher auch bei häufigstem Wechsel der Energieflußrichtung die transportierten Energiemengen korrekt registriert werden.In conclusion, it can be stated that the invention provides an arrangement is created that allows the transmission of information not only about the size, but also about the direction of the energy transported on a high-voltage line with the help of a single potential-free measured value transmission channel. the The arrangement according to the invention is also characterized in that the direction of energy flow is determined again during each period of the AC mains voltage and therefore the amount of energy transported even with the most frequent change in the direction of energy flow correctly registered.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist darin zu sehen, daß die nach Energieflußrichtung aufgeschlüsselte Information in digitaler Form vorliegt. Eine Datenfernübertragung auf derNiederspannungsseite wird dadurch wesentlich erleichtert.Another advantage of the arrangement according to the invention is therein too see that the information broken down according to the direction of energy flow in digital Form. This enables long-distance data transmission on the low-voltage side much easier.

Claims

Patent claims:

S arrangement for modulation, transmission and demodulation of one of derived from the electrical energy transported in a high-voltage line Measured value, that is, that the direction of transport of the energy with a suitable circuit (e.g. the one shown in Fig. 2) it is determined that the pulses generated on the high-voltage side, their repetition frequency is proportional to the energy, with a suitable circuit (e.g. the one in Pig. 3 shown) are modulated in such a way that their duration depends on the direction of energy flow is different, and that the measured values after a potential-free measured value transmission (e.g. light emitting diode I; ED in Fig. 3, light guide, potodiode in Fig. 4) be demodulated in a suitable circuit (e.g. that shown in Fig. 4), so that they can register in the respective Direction transported energy can be evaluated.

2.) Arrangement according to claim 1, since d u r c h g e k e n nz e i c h n e t that according to FIGS. 1 and 2 during each period of the voltage in the The high-voltage line at the time of the positive maximum value of this voltage Polarity of the instantaneous value of the current in the high-voltage line determined will.

3.) Arrangement according to claim 2, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t that according to FIG. 2 from one of the voltage in the high-voltage line proportional sinusoidal voltage UO (t) using a differential amplifier (e.g. V1 in Fig. 2) a square-wave voltage U1 (t) of the same frequency is formed, from the with the help of two monostable multivibrators (e.g. MFF1 and MFF2 in Fig. 2) a square-wave voltage U2 (t) is formed that only lasts for the time between the point in time at which UO (t) has just not reached its positive maximum value has reached, and the point in time shortly after the positive maximum value of u0 (t) one has a value other than zero.

4.) Arrangement according to claim 2, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t that according to FIG. 2 from one of the current in the high-voltage line proportional voltage Uio (t) with the help of two differential amplifiers (e.g.

V2 and V3 in Pig. 2) two square-wave voltages shifted by 180 ° against each other Ut1 (t) and Ui2 (t) are formed, of which Ui1 (t) is in phase with U10 (t).

5.) Arrangement according to claims 2, 3 and 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that according to FIG. 2 from the voltages U2 (t) and Ui1 (t) or Ui2 (t) with the help of two logical "AND" operations (e.g.

G1 and G2 in Fig. 2) pulses are formed which have a bistable Multivibrator (e.g. FF1 in Fig. 2) either in the "forward" or steady state bring the stable state "backwards".

6.) Arrangement according to claims 1, 2, 3, 4 and 5, d a d u r c h g e it is not shown that the corresponding Pig.9 from the instantaneous values of the Voltage U (t) and the current i (t) in the high-voltage line with the help of a Power-frequency converter formed pulses UN (t), the frequency of which is that in the High voltage power line transported energy is proportional, by two logical "AND" operations (e.g. G3 and G4 in Figure 3) corresponding to the direction of energy flow either a monostable multivibrator with a short output pulse duration (e.g. MFF3 in Fig. 3, ta = 0.1 ms) or one with a longer output pulse duration (e.g. MFF4 in 3, tA = 0.7 ms). The arrangement according to claim 6 generated on Output of a logical "OR" operation (e.g. G5 in Fig. 3) pulses, their temporal Duration contains the directional information and that for transmission to the low-voltage side the arrangement according to claim 1 are available (e.g. by the light-emitting Diode LED in Fig. 3 and an optical fiber bundle).

7.) Arrangement according to claims 1 and 6, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t that, according to FIG. 4, everyone received on the low-voltage side Pulse a monostable multivibrator (e.g. MUFF5 in Fig. 4) into the monostable Brings state that is of greater duration in time than the impulses of the direction 'PV' and of lesser temporal Duration than the impulses of direction R ". In the arrangement according to claim 7, the output pulses from MFF5 with the Received pulses compared in such a way that a received pulse of less time Duration than that of the output pulse from MFF5 one pulse for counting direction "V" results, while a received pulse of longer duration than that of the output pulse from MFF5 delivers a pulse for counting direction R ".

8.) Arrangement according to claim 7, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t that the output pulse Q of the monostable multivibrator MFF5 (Fig. 4) only after one determined by a delay element (e.g. VG1 in Fig. 4, td = 2 ps) Delay time at one of the two inputs of a logical "UED" link (e.g. G6 in Fig. 4), at the other input of which the inverted received signal is received arrives without a time delay, so that only after the end of the received signal for the remaining time until the MFF5 returns to its rest position, a counting pulse is sent to the Counting direction "forward" is directed.

9.) Arrangement according to claim 7, d a d u r c h g e.k e n nz e i c h n e t that the output pulse Q of the monostable multivibrator MFF5 (Fig. 4) without time delay on an input of a logical "AND" operation (e.g. G7 in Fig. 4), while the inverted received signal reaches the other input this "AND link" only after a delay element (e.g. VG2 in Fig. 4, td = 2 ßs) reached a certain time, whereby at the output of G7 only a Counting pulse arises when the received signal is longer than the output pulse from MUFF 5 10.) Arrangement according to claims 8 and 9, d a d u r c h g ek e n n n z e i c h n e t that, as shown in FIG. 4, a time delay to achieve only the trailing edge of a square pulse with real dead time is that the square-wave pulse is applied once directly to an input of a logical "NOT-OR" link while the other input of the "NOT-OR" link only receives the pulse received after a time delay by an integration element, which achieves that the leading edge of the Output pulse of the delay element only follows the trailing edge of the input pulse after a time delay, while on the other hand the trailing edge of the output pulse opposite the leading edge of the input pulse is not delayed.

Considered publications: Messtechnik, Heft 10, 1971, p. 223 Messtechnik, No. 4, 1974, p. 98