Trägerfrequenzsperren

Trägerfrequenzsperren
Trägerfrequenzsperren
Einleitung
Trench ist als führender Hersteller
von trockenisolierten
Luftkerndrosselspulen für die
Energietechnik weltweit anerkannt.
Unser einzigartiges technisches
Konzept, entwickelt aus vierzigjähriger Betriebserfahrung hat uns,
mit Hilfe erfahrener Ingenieurteams
sowie modernsten Fertigungseinrichtungen in Nordamerika und
Europa, zum weltweit führenden
Hersteller von Drosselspulen und
Trägerfrequenzsperren (TFH-Sperren)
gemacht.
TFH-Sperren zur Signalübertragung
auf Hochspannungsleitungen mittels Trägerfrequenzen sind eine
bedeutende Anwendung von
Drosselspulen in der Energietechnik.
Einsatz von TFH-Sperren
Die Signalübertragung durch Trägerfrequenzen ist eine weitverbreitete
Methode der Kommunikation
über Hochspannungsleitungen,
zum Beispiel für die Fernwirktechnik
oder die Sprach- und Datenübertragung, usw. Diese Technik erwies
sich als die effizienteste, verlässlichste und in seiner Anwendung
vielseitigste Form der Kommunikation. Abbildung 2 zeigt eine
vereinfachte Darstellung eines
Trägerfrequenzübertragungssystems,
das aus drei wesentlichen Komponenten besteht:
• Übertragungsstrecke
(Hochspannungsleitung)
• Kommunikationseinrichtungen
(Sende- und Empfangsstation
mit den dazugehörigen Komponenten)
• Ankoppel-/Sperreinheit mit
Koppelkondensator, Koppelfilter
und TFH-Sperren
TFH-Sperren sind mit der Hochspannungsleitung in Reihe geschaltet. Sie weisen eine hohe Impedanz
im Trägerfrequenzbereich auf.
Die hohe Impedanz sorgt für eine
geringe Signaldämpfung im
Übertragungssystem und verhindert
damit, dass das Signal
• in das Umspannwerk übertragen
wird
• bei Fehlern außerhalb der
Übertragungsstrecke geerdet
wird
• in andere Netzteile abgeleitet
wird.
Bei Netzfrequenz ist die Impedanz
niedrig.
Abb. 1 TFH-Sperre, stehend
2
Aufbau und Ausführung
TFH-Sperren von Trench werden
gemäß den Vorschriften DIN VDE
0851, IEC 60353, ANSI C93.3 und
anderen internationalen Vorschriften hergestellt.
TFH-Sperren sind mit der Übertragungsleitung in Reihe geschaltet
und müssen daher den hohen
Kurzschlussströmen, wie sie auf
Hochspannungsleitungen auftreten
können, standhalten.
Die wesentlichsten Komponenten
einer TFH-Sperre sind die Hauptspule, die Abstimmeinrichtung
und der Überspannungsschutz
(siehe Abbildung 3).
Vogelschutzgitter
(optional)
Anschluss
Ableiter
Abstimmeinrichtung
Hauptspule
Abb. 4
TFH-Sperren
hängend montiert
Trageinrichtung
(optional)
Abb. 3
Hauptkomponenten
einer TFH-Sperre
TFH-Sperre
TFH-Sperre
Station A
Abb. 2
Trägerfrequenzübertragungssystem
1 Koppelkondensator
Station B
2 Ankoppeleinheit
3 Sende- und Empfängerstation
3
a
Hauptspule
Die Hauptspule einer Trägerfrequenzsperre ist eine trockenisolierte
Luftkerndrosselspule.
Trench liefert TFH-Sperren
in der langjährig erprobten
epoxydharzimprägnierten
Wicklungsausführung.
Diese Ausführung erfüllt alle Anforderungen der Trägerfrequenztechnik und wird für den gesamten spezifizierten Bereich der
Hauptspulendaten eingesetzt
(siehe Abbildung 5).
Für die Wicklungen werden Aluminium-Runddrähte oder Kabel
verwendet. Alle elektrischen Verbindungen stromführender Teile
sind geschweißt.
Die hohe mechanische Festigkeit
der Wicklungen wird durch fiberglasverstärkte Harzkapselung
erreicht.
4
Die Wicklungen sind an beiden
Enden mit einem Stromverteilungsstern aus Aluminium verbunden.
Diese Sterne werden mit Fiberglasbandagen mit der Wicklung verpresst. Die Sterne finden zusätzlich
Verwendung für:
• den elektrischen Anschluss der
TFH-Sperre mittels Flach- oder
Rundbolzenanschlüssen
• die Befestigung von Hebeösen,
Montagegestellen oder Sprühschutzarmaturen
• die Montage von Abstimmeinrichtung und Überspannungsableiter parallel zur Hauptspule
Trench liefert TFH-Sperren für den
gesamten Bereich elektrischer
Standardwerte (Induktivität,
Dauer- und Kurzschlussströme,
Systemspannungen) nach
IEC 60353 oder ANSI C93.3 (siehe
Abbildung 5), sowie Sonderausführungen mit z. B. abweichenden
Induktivitäts- oder Stromwerten
(Kurzschluss- oder Dauerstrom),
niedrigen Verlusten, usw.
Nennwerte
IEC 60353, DIN VDE 0851
Nennstrom
A
Kurzzeitstrom
Serie 1
kA/1s
100
200
400
630
800
1000
1250
1600
2000
2500
3150
4000
2,5
5
10
16
20
25
31,5
40
40
40
40
63
Nennstrom
A
Kurzzeitstrom
Serie 2
kA/1s
100
200
400
630
800
1000
1250
1600
2000
2500
3150
4000
5
10
16
20
25
31,5
40
50
50
50
50
80
mH bei 100 kHz
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
Kurzzeitstrom
kA / 2s
400
800
1200
1600
2000
3000
4000
15
20
36
44
63
63
80
0,315
0,315
0,315
0,315
0,315
0,315
0,315
0,315
0,315
0,315
0,315
0,315
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,12
2,12
2,12
2,12
2,12
2,12
2,12
2,65
2,65
2,65
2,65
2,65
2,65
2,65
mH bei 100 kHz
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
Nennwerte
ANSI C93.3, DIN VDE 0851
Nennstrom
A
Abb. 5
Nennstrom-,
Kurzzeitstrom- und
Induktivitätswerte
Nenninduktivität
IEC 60353, DIN VDE 0851
0,315
0,315
0,315
0,315
0,315
0,315
0,315
0,315
0,315
0,315
0,315
0,315
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
Nenninduktivität
ANSI C93.3, DIN VDE 0851
mH bei 100 kHz
0,265
0,265
0,265
0,265
0,265
0,265
0,265
0,53
0,53
0,53
0,53
0,53
0,53
0,53
1,06
1,06
1,06
1,06
1,06
1,06
1,06
1,59
1,59
1,59
1,59
1,59
1,59
1,59
5
Typische Abstimmkurven
b
Abstimmung
Die Bandbreite des Sperrbereiches
kann durch Erhöhen der Induktivität der Hauptspule vergrößert
werden.
Die Hauptspule mit parallel
geschalteter Abstimmeinrichtung
bildet einen Sperrkreis, der für
einen spezifizierten Frequenzbereich eine hohe Impedanz
aufweist.
Abhängig von der Art der Abstimmung (siehe unten) besteht die
Abstimmeinrichtung aus Kondensatoren, Induktivitäten und Widerständen, die im Vergleich zu der
Hauptspule geringe Leistungen
aufweisen.
Abb.6
Einwellenabstimmung
Abb.7
Zweiwellenabstimmung
Abb. 8
Breitbandabstimmung
Z
R
f
fm
f’1 f’2
f1 f 2
6
• Einwellenabstimmung
Wird nur ein schmaler Sperrbereich
benötigt, ist die Einwellenabstimmung die einfachste und
wirtschaftlichste Art der Abstimmung
(siehe Abbildung 6). Durch die
hohe Resistanz im Sperrbereich
wird innerhalb des schmalen
Bandes eine hervorragende Signaltrennung erreicht.
Zum Schutz gegen Umwelteinflüsse
sind alle Abstimmkomponenten in
einem oder mehreren Fiberglasgehäusen untergebracht. Die Abstimmeinrichtung ist innerhalb der
Hauptspule montiert. Der einfache
Zugang zur Abstimmeinrichtung
ermöglicht einen problemlosen
Austausch bei nachträglich
gewünschter Änderung der Sperrfrequenzen.
Die Bandbreite einer Trägerfrequenzsperre ist jener Frequenzbereich, über den die TFH-Sperre
eine spezifizierte Mindest-Sperrimpedanz oder -Sperresistanz aufweist. Sollte die Möglichkeit einer
Resonanz zwischen Sperrimpedanz
und Stationsimpedanz bestehen,
so ist die minimale Sperresistanz
zu spezifizieren.
Es finden folgende Arten der Abstimmung Anwendung:
Sperrimpedanz
Sperresistanz
Trägerfrequenz
Geometrische Mittenfrequenz
Grenzfrequenz der
Sperrimpedanz
Grenzfrequenz der
Sperresistanz
• Zweiwellenabstimmung
Bei Zweiwellenabstimmung werden
zwei relativ schmale Frequenzbänder
gesperrt. Das Sperrverhalten ist
annähernd gleich dem der Einwellenabstimmung. Zur einwandfreien
Funktion und Trennung der
Frequenzbänder ist ein minimaler
Frequenzabstand von mindestens
25 kHz oder 25% der Mittenfrequenz des höheren Frequenzbandes einzuhalten. Abbildung 7
zeigt eine typische Zweiwellenabstimmung.
• Breitbandabstimmung
• Selbstabstimmende TFH-Sperren
Die Breitbandabstimmung ist die
am häufigsten angewandte Art
der Abstimmung, da die Induktivität der Hauptspule am effektivsten
genutzt wird. Mit ihrer relativ
konstanten Resistanz über einen
breiten Sperrbereich eignet sich
diese Art der Abstimmung besonders
für Mehrkanalanwendungen.
Außerdem ergibt sich eine hohe
Flexibilität für zukünftige Änderungen oder Erweiterungen der Frequenzbänder.
Übertragungskanäle können beliebig innerhalb des Sperrbereiches
plaziert werden. Abbildung 8 zeigt
eine typische Breitbandabstimmung.
Selbstabstimmende TFH-Sperren
erfordern keine Abstimmeinrichtung. Wie Abbildung 10 zeigt, wird
das Sperrverhalten durch die Eigenkapazität der Hauptspule bestimmt.
Die Induktivität der Hauptspule ist
im allgemeinen höher als die der
abgestimmten TFH-Sperren.
Abb. 9
TFH-Sperre, hängend montiert,
380 kV, 1.0 mH, 2100 A
Abb.10
Reaktanz- und Impedanzkurve
bei selbstabstimmenden
TFH-Sperren
7
c
Überspannungsschutz
Der Überspannungsschutz besteht
aus einem Überspannungsableiter,
der parallel zur Hauptspule geschaltet ist. Durch eine entsprechende
Spannungskoordination reduziert
er transiente Überspannungen
und schützt so Hauptspule und
Abstimmeinrichtung.
Die Isolation der Hauptspule und
der Abstimmeinrichtung ist der
Schutzcharakteristik des Überspannungsableiters angepasst.
TFH-Sperren von Trench
werden mit einem Metalloxydableiter mit 10 kA Nennableitstrom
ausgerüstet. Auf Wunsch können
auch Ableiter mit höherem Ableitstrom oder höherem Energieableitvermögen geliefert werden.
Abb. 11a
Montage und elektrischer
Anschluss
TFH-Sperren von Trench können
auf unterschiedliche Weise
montiert werden. Sie können mit
Aufhängegabeln oder -laschen
sowohl für Einpunkt- oder Mehrpunktaufhängung ausgeführt
werden. Alternativ lassen sie sich
mit Hilfe eines Traggestelles direkt
auf Koppelkondensatoren, kapazitive
Spannungswandler oder Isolatoren
aufstellen. Für stehende Montage
bieten wir folgende Traggestelle
an:
• Traggestell für Aufstellung auf
einem Isolator
• Traggestell für Aufstellung auf
mehreren Isolatoren
• isoliertes Traggestell
Sperren-Anschluss
Leitung
Leitung
Koppelkondensator
8
Die elektrischen Anschlüsse können
entweder als Flachanschlüsse oder
als Rundbolzenanschlüsse ausgeführt werden. Sie entsprechen den
jeweiligen DIN, VDE, IEC oder
NEMA Vorschriften. Um individuellen
Anforderungen gerecht zu werden,
stehen verschiedene Anschlussanordnungen zur Verfügung (siehe
Abbildungen 12 und 13).
Abb. 11b
Station
Station
Koppelkondensator
Die Traggestelle sind mit Ausnahme
der isolierten Ausführung elektrisch
mit dem unteren TFH-Sperrenanschluss verbunden, wodurch
sowohl die elektrische als auch
mechanische Verbindung zum
Koppelkondensator oder kapazitiven
Spannungswandler hergestellt
wird (siehe Abbildung 11a). Soll
der obere Anschluss der TFH-Sperre zum Anschluss des Koppelkondensators oder des kapazitiven
Spannungswandlers verwendet
werden, wird ein von der TFHSperre isoliertes Traggestell zusammen mit einer isolierten elektrischen Verbindung eingesetzt
(siehe Abbildung 11b). Alle Traggestelle können den spezifischen
Kunden-anforderungen angepasst
werden.
Abb.12
Seitenansicht
Ansicht
von oben
Abb. 12
Abb. 13
Anschlussarten: (auf spezielle Anfrage kann der Anschluß auf jedem Sternarm angebracht werden.
Die Anzahl der Sternarme ist aus dem
jeweils aktuellen Maßbild zu entnehmen, typischerweise 4, 6 oder 8.)
Et: definiert die Position des oberen
Anschlusses bei der jeweiligen
Sternarmposition
Eb: definiert die Position des unteren
Anschlusses bei der jeweiligen
Sternarmposition
Standard-Anschlüsse: Aluminium,
verzinnt oder unbeschichtet.
Anmerkung:
Soweit nicht anders spezifiziert, werden die Anschlüsse vertikal angebracht,
um eine Erwärmung durch die Zusatzverluste zu vermeiden (d.h. die
Anschlüsse sind parallel zur Hauptspulenachse).
Abb.13
9
Definition der
Sperreigenschaften
Bei Signalübertragung auf Hochspannungsleitungen mittels Trägerfrequenz sind die Anforderungen
an die Sperreigenschaften einer
TFH-Sperre von der Impedanzcharakteristik der Übertragungsleitung abhängig.
Die Sperreigenschaften sind wie
folgt definiert:
• Sperrimpedanz (Zb):
Zb ist der komplexe Widerstand
der vollständigen TFH-Sperre
innerhalb eines bestimmten
Sperrbereichs.
• Sperrwiderstand (Rb):
Rb ist der ohmsche Anteil der
Sperrimpedanz
• Nebenschlussdämpfung (At):
At ist die Dämpfung eines Trägerfrequenzsignals aufgrund der
endlichen Sperrfähigkeit der
TFH-Sperre. Sie wird in Bezug
auf das Verhältnis der Signalspannungen an einer Impedanz
entsprechend dem Wellenwiderstand des Übertragungswegs
mit und ohne Parallelschaltung
der TFH-Sperre definiert.
10
• Sperrdämpfung (Ab):
Ab ist ein Maß für die Höhe des
TFH-Signals in der gesperrten
Netzstrecke. Aus der Definition
der Sperrdämpfung ergibt sich
ein unendlich hoher Dämpfungswert bei einer idealen Sperre.
Berechnung der Nebenschlussdämpfung (At) und der Sperrdämpfung (Ab):
Z1 = Leitungsimpedanz
(nur Realteil)
Die Stationsimpedanz Zs wird mit
Null Ohm angenommen.
Z1
Gl. I At (dB) = 20 log10 1+ ___
2Zb
)
Zb
Gl. II Ab (dB) = 20 log10 1+ ___
Z1
)
(
(
• Mittenfrequenz (fc)
fc ist die Frequenz in der
geometrischen Mitte zwischen
den Bandfrequenzen (f1,f2).
f1 x f2
fc = 公僓僓僓僓僓
TFH-Sperre 0,2 mH
TFH-Sperre 0,315 mH
TFH-Sperre 0,5 mH
TFH-Sperre 1,0 mH
11
Trench Austria GmbH
Paschinger Straße 49
AT-4060 Linz-Leonding/Austria
Phone +43.732.6793-0
Fax
+43.732.6713 41
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Via Expressa de Contagem, 2685
CEP 32370-485
Contagem, Minas Gerais/Brasil
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Fax
+55.31.391-1828
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3658 Jiang Cheng Road
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P.R. China
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+86.21.64637828
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Trench France S.A.
16, rue du Général Cassagnou
B.P. 70
FR-68302 St-Louis/France
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Nürnberger Straße 199
DE-96050 Bamberg/Germany
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Strada Curagnata 37
IT-17014 Cairo-Montenotte/Italy
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Coil Product Division
71 Maybrook Drive, Scarborough
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