устройство для подавления излучения, возникающего при передаче информации по линиям электропередачи

Формула изобретения

1. Устройство для подавления излучения, возникающего при передаче информации по линиям электропередачи, включающее по меньшей мере три идентичные обмотки, размещенные на общем магнитопроводе и выполненные с возможностью последовательного согласованного включения первой упомянутой обмотки в линию заземления, второй упомянутой обмотки в нейтральную линию электропередачи и каждой из остальных упомянутых обмоток в соответствующую фазную линию электропередачи.

2. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что оно размещено в корпусе, снабженном одной вилкой и по меньшей мере одной розеткой, между соответствующими контактами которых включены упомянутые обмотки.

3. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что упомянутый магнитопровод выполнен из магнитно-мягкого материала.

Описание изобретения к патенту

Заявляемое изобретение относится к устройствам для снижения уровня высокочастотного излучения и наводок и может найти применение в сетях передачи информации, состоящих из приемопередающих устройств, объединяемых в единую сеть посредством существующих линий электропередачи. Устройство предназначено для снижения уровня излучения линий электропередачи и уровня наводимых в этих линиях помех при передаче информации во всем спектре передаваемого сигнала и может быть встроено в существующие устройства линий электропередачи, например в вводные автоматические выключатели и устройства защитного отключения электросети, совмещено с вилками, розетками, переходниками, удлинителями.

В настоящее время локальные сети (Local Area Network - LAN) получают все более широкое распространение в сфере информатики и видеографической связи для передачи и распределения данных и другой информации между множеством терминалов, например между находящимися в одном или соседних помещениях персональными компьютерами, laptop компьютерами, "электронными секретарями", принтерами и другими устройствами, без ограничения подвижности этих устройств, а также их связи с удаленными терминалами.

Активно внедряемые беспроводные локальные сети (Wireless Local Area Network - WLAN) не позволяют в полной мере удовлетворить возрастающие потребности передачи информации. В значительной степени это связано с тем, что площадь охвата радиосвязью и дальность действия таких WLAN весьма ограничены из-за небольшой мощности приемопередающих устройств пользователей. Поэтому часто удаленные группы пользователей объединяют в единую сеть путем прокладки специальных соединительных проводов. Однако прокладка таких проводных линий требует дополнительных затрат.

В последние годы активно ведутся разработки высокоскоростных гибридных сетей, в которых для связи между приемопередающими устройствами WLAN или для объединения удаленных WLAN в единую сеть используют существующие линии электропередачи (Power Line Communication - PLC). На функционирование таких гибридных сетей международными стандартами, например, Reg TP NB 30 - International Electromechanical Commission (IEC), Comite Europeen de Normalisation Electrotechnique (CENELEC) накладываются существенные ограничения как по уровню излучения из линий при передаче информации, так и по используемому спектру сигналов.

В то же время линии электропередачи изначально не предназначались для передачи информационных сигналов, в связи с чем между линиями есть гальванические, емкостные и индуктивные связи, обуславливающие взаимное проникновение высокочастотных сигналов. В существующих системах электропередачи защитная заземляющая (или зануляющая) линия и цепь емкостной связи земли с заземлением корпусов различных электроустановок вместе с питающими линиями образуют паразитные контуры, которые выполняют функцию излучающих и принимающих антенн. Эти паразитные контуры при функционировании гибридной сети потребляют часть энергии полезного сигнала, которая преимущественно преобразуется в излучение, в особенности на резонансных частотах упомянутых протяженных паразитных контуров, уровень которого в подавляющем большинстве случаев превышает пороговые значения, установленные стандартами IEC, CENELEC. В результате в амплитудно-частотной характеристике канала связи гибридной сети наблюдается существенное уменьшение уровня полезного сигнала на частотах повышенного излучения указанных выше паразитных контуров и увеличение уровня наводок преимущественно на этих же частотах, обусловленных приемом этими контурами излучения вещательных станций.

Известно устройство, предназначенное для снижения уровня высокочастотного излучения при передаче информации по линиям электропередачи [1] за счет фазового согласования высокочастотных сигналов в трехфазной кабельной линии электропередачи. Устройство включает разветвитель с одним входом и тремя выходами, с которыми соединены три фазосдвигающих устройства, управляемых контроллером. Фазосдвигающие устройства подключены через фильтры верхних частот к соответствующим фазным линиям электропередачи.

Известное устройство обеспечивает передачу информационных сигналов с повышенным уровнем мощности и одновременно уменьшение излучения из линий электропередачи за счет соответствующего сдвига фаз высокочастотных сигналов, передаваемых по разным фазным линиям.

Однако известное устройство имеет сложное конструктивное выполнение и высокую стоимость. Кроме того, устройство не снижает высокочастотное излучение из защитной заземляющей линии и цепей емкостной связи с заземлением корпусов различных электроустановок, включенных в электросеть.

Известно устройство [2] для регулирования импеданса линий электропередачи на высоких частотах, обеспечивающее снижение уровня помех радиочастотного диапазона во внешних электросетях, возникающих при использовании приемопередающими устройствами линий электропередачи за счет ограничения дальности распространения высокочастотных сигналов по линиям электропередачи при помощи активных низкочастотных фильтров. Известное устройство содержит первый индуктивный элемент, выполненный в виде последовательно соединенных двух сильноточных индукторов, включенных в фазную линию, и второй индуктивный элемент, выполненный в виде последовательно соединенных индукторов, между которыми включен усилитель. Первый и второй элементы индуктивно связаны между собой таким образом, что подавляется паразитная высокочастотная компонента в сильноточных индукторах.

Известное устройство имеет усложненную конструкцию, высокую стоимость и не обеспечивает снижение высокочастотного излучения заземляющих контуров.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство для снижения уровня излучения при передаче информации по линиям электропередачи [3]. Известное устройство содержит ферромагнитный сердечник, на котором расположены по меньшей мере две идентичные согласованно включаемые обмотки, одну из которых включают в нейтральную линию, а остальные - в одну или три фазные линии электропередачи (в зависимости от числа используемых фазных линий). При использовании устройства-прототипа сигнал от приемопередающего устройства подают синфазно в фазную (или фазные) и нейтральную линии электропередачи и противофазно в заземляющую (или зануляющую) линию. Известное устройство не изменяет импеданс линий электропередачи для питания по ним электрооборудования током промышленной частоты, но увеличивает импеданс линий для высокочастотного сигнала, тем самым ограничивая его распространение во внешние сети электропередачи.

Однако при использовании известного устройства имеет место излучение высокочастотного сигнала и прием высокочастотных наводок паразитным контуром, образованным емкостной связью заземляющей линии и заземленных корпусов электрооборудования с землей. В результате приходится ограничивать допустимый уровень высокочастотного сигнала, формируемого приемопередающим устройством, скорость и дальность передачи данных.

Задачей изобретения являлась разработка устройства, эффективно снижающего уровень излучения и наводок, возникающих при передаче информации по линиям электропередачи.

Поставленная задача решается тем, что устройство для подавления излучения, возникающего при передаче информации по линиям электропередачи, включает по меньшей мере три идентичные обмотки, размещенные на общем магнитопроводе и выполненные с возможностью последовательного согласованного включения первой упомянутой обмотки в линию заземления, второй упомянутой обмотки в нейтральную линию электропередачи и каждой из остальных упомянутых обмоток в соответствующую фазную линию электропередачи.

Заявляемое устройство, включенное в линии электропередачи и в заземляющую линию, так же как и известное устройство-прототип, не изменяет импеданс линий электропередачи для питания по ним электрооборудования током промышленной частоты. Однако, в отличие от устройства-прототипа, оно не изменяет импеданс линий для распространения высокочастотного сигнала приемопередающего устройства, так как симметрирует фазную и нейтральную линии электропередачи по высокой частоте и увеличивает введением индуктивности импеданс только паразитных контуров, образованных линиями электропередачи или заземляющей линией и емкостной связью заземленных корпусов электрооборудования с землей, тем самым снижая уровни излучения и наводок, ограничивающих использование линий электропередачи в гибридных информационных сетях.

Заявляемое устройство может быть конструктивно выполнено в составе различного электрооборудования, например в вводных автоматических выключателях, через которые осуществляется распределение электросети в здании.

Чтобы не менять конструкцию существующего электрооборудования, устройство может быть размещено в корпусе, снабженном одной вилкой и по меньшей мере одной розеткой, между соответствующими контактами которых включены упомянутые обмотки. В этом случае устройство представляет собой переходник, через который электропотребляющие устройства (приборы) включаются в электросеть.

С целью снижения потерь на перемагничивание магнитопровода на высоких частотах его предпочтительно выполнить из магнитно-мягкого материала.

Заявляемое изобретение поясняется графическими материалами, где:

на фиг.1 показана электрическая схема заявляемого устройства;

на фиг.2 показана схема включения заявляемого устройства в электросеть, используемую приемопередающими устройствами локальной сети для передачи информации;

на фиг.3 показана схема электросети с указанием одного из паразитных контуров, являющихся источниками радиочастотного излучения (показан пунктирной линией);

на фиг.4 показана схема электросети с компенсацией тока в паразитном контуре при использовании заявляемого устройства;

на фиг.5 представлена частотная зависимость уровня излучения Е паразитного контура в отсутствие заявляемого устройства (а) и при его включении в электросеть (b);

на фиг.6 изображен вид сбоку в разрезе заявляемого устройства, выполненного в виде переходника с вилкой и розеткой.

Заявляемое устройство 1 (см. фиг.1) состоит по меньшей мере из трех идентичных и согласованно включаемых обмоток 2, 3, 4, размещенных на общем магнитопроводе 5. Устройство 1 включают в линии электропередачи, используемые для обмена информационными сигналами, следующим образом (см. фиг.2). Обмотку 2 последовательно включают в линию 6 заземления (G), обмотку 3 последовательно включают в нейтральную линию 7 (N) электропередачи, а одну, две или три обмотки 4 включают последовательно соответственно в одну, две или три фазные линии 8 (L) электропередачи. Количество обмоток 4 зависит от количества используемых для питания электропотребляющих устройств фазных линий 8. На фиг.1 показан пример устройства 1 для однофазной электросети.

Приемопередающие устройства (ППУ) 9 подключают к линиям 6, 7 и 8 (см. фиг.2). К этим же линиям 6, 7 и 8 подключается электропотребляющее устройство 10 (например, холодильник, стиральная, посудомоечная машины и т.п.), имеющее заземленный металлический корпус 11. На фиг.2 показана эквивалентная нагрузка 12 (R_L) такого электропотребляющего устройства 10. Корпус 11 относительно земли имеет эквивалентную емкость 13 (C₁), a относительно линий электропередачи 7 и 8 - соответственно емкости 14 (С₂) и 15 (С₃).

В существующих сетях при работе приемопередающих устройств 9, включенных в линии электропередачи (см. фиг.3), защитная заземляющая линия 6 и цепь емкостной связи земли с заземленными корпусами 11 различных устройств 10 вместе с питающими линиями 7, 8 через емкости 13 и 15 образуют паразитные контуры, например, 16, являющиеся источниками высокочастотного излучения, поскольку площадь этих контуров велика.

При включении заявляемого устройства 1 в линии 6, 7 и 8 (см. фиг.4) в контурах протекания тока промышленной частоты, питающего нагрузку 12, и в контурах распространения высокочастотного сигнала приемопередающих устройств 9 импеданс линий не изменяется, поскольку токи, протекающие через обмотки 2, 3 и 4 устройства 1, формируют нулевой результирующий магнитный поток через магнитопровод 5. При передаче ППУ 9 высокочастотного сигнала по питающим линиям связи в заземляющей защитной линии 6 возникает высокочастотный электрический ток, но для этого тока, протекающего через паразитный контур 17 емкостной связи корпуса 11 и земли, импеданс линий повышается, поскольку в этом случае устройство 1 работает как индуктивность с магнитопроводом 5, через который протекает нескомпенсированный магнитный поток, вызванный протеканием тока по паразитному контуру 17. Как видно из результатов измерений высокочастотного излучения, возникающего при использовании приемопередающими устройствами линии электропередачи (см. фиг.5), включение в линии 6, 7, 8 заявляемого устройства 1 позволяет значительно снизить уровень излучения из линий электропередачи.

Устройство 1 может быть встроено в существующие устройства электрической сети, например в вводные автоматические выключатели и устройства защитного отключения сети, разъемы, удлинители, переходники и другие известные устройства.

На фиг.6 показан вариант устройства 1, выполненного в виде переходника, предназначенного для подключения через него электропотребляющего устройства (холодильника, стиральной машины и т.п.). В этом варианте устройство 1 размещено внутри корпуса 18, изготовленного из диэлектрического материала. Один торец 19 корпуса 18 выполнен в виде вилки с тремя проводящими штырями (или ножами) 20, 21 и 22, предназначенной для соединения с сетевой розеткой (на фиг.6 не показана), с которой соединены линии электропередачи. Противоположный торец 23 корпуса 18 выполнен в виде розетки с тремя гнездами 24, 25 и 26, предназначенной для подключения электропотребляющего устройства 10 (на фиг.6 не показан). Обмотки 2, 3 и 4 включены соответственно между штырем 20 и гнездом 24, между штырем 21 и гнездом 25 и между штырем 22 и гнездом 26. Переходник штырями 20, 21 и 22 включают, например, в розетку электросети, а в гнезда 24, 25 и 26 включают вилку электропотребляющего устройства, например холодильника. Работает устройство 1 - переходник так же, как изложено выше.

Возможно и иное, кроме приведенного выше варианта, конструктивное выполнение устройства 1 в виде переходника, например, с большим числом пар штырей и гнезд для включения в трехфазные сети, а также более чем с одним комплектом гнезд 24, 25 и 26 для одновременного подключения нескольких электропотребляющих устройств 10.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент США № 6037678, МПК Н 04 М 11/04, опубл. 14.03.2000.

2. Патент США № 5844789, МПК H 02 J 1/02, опубл. 01.12.1998.

3. Патент США № 5257006, МПК Н 04 М 11/04, опубл. 26.10.1993.