(57)【要約】  異なった構成の容量性または誘導性の入出力結合部を中間電圧網に設けることが公知である。この入出力結合部は、ケーブルのみを介して設置され、誘導結合回路は常に、電流をエネルギーケーブルのシールドに誘導する。誘導結合回路でも容量性の入出力結合のカバレッジを達成するため、本発明では、シールドされたエネルギーケーブルを包囲するリングと該リングに誘導結合されたコイルとを有する誘導結合ユニットが次のように構成される。すなわち、送信時にはメッセージ信号の電流は導線に直接誘導され、受信時には導線内の電流のみが評価されるように構成される。こうするために第１の実施形態では、誘導結合ユニットに後置されシールドおよびアースまたは補償電位に接続されたアレスタが設けられ、該アレスタは、該誘導結合ユニットによって展開された面に対して前置されている。また第２の実施形態では、シールドおよびアースまたは補償電位に接続された次のようなアレスタが設けられる。すなわち、該アレスタの伝送経路はリングコアを通って戻り案内されるアレスタが設けられる。本発明は、電気エネルギー分配網におけるメッセージ伝送システムの分野に適用される。
2007527146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導結合回路であって、
メッセージ伝送を電気エネルギー分配網で行うための誘導結合回路であり、伝送区間に配置される形式のものにおいて、
・シールドされたエネルギーケーブル（Ｋ）を包囲するリング（Ｒ）と、該リング（Ｒ）に誘導結合されたコイル（ＳＰ）とから成る誘導結合ユニット（ＡＥ）と、
・該誘導結合ユニット（ＡＥ）に後置され、シールド（Ｓ）およびアース（Ｅ）または補償電位に接続されたアレスタ（Ａ１）とを有し、
該誘導結合ユニット（ＡＥ）は送受信装置（ＳＥ）に接続されており、
該誘導結合ユニット（ＡＥ）によって展開された面を、重畳されたメッセージ信号の電流が通って、該エネルギーケーブル（Ｋ）の導線を流れ、
該アレスタ（Ａ１）は、該誘導結合ユニット（ＡＥ）によって展開された面に対して前置されており、
誘導性の入力結合部に対して展開された面の一方の側から、該面を通る側と異なる側まで導電接続路が発生しないので、該シールド（Ｓ）に電流が発生せず、
送信時には、メッセージ信号の電流が導線に直接誘導され、受信時には、導線内の電流のみが評価されることを特徴とする誘導結合回路。
【請求項２】
誘導結合回路であって、
メッセージ伝送を電気エネルギー分配網で行うための誘導結合回路であり、伝送区間に配置される形式のものにおいて、
・シールドされたエネルギーケーブル（Ｋ）を包囲するリング（Ｒ）と、該リング（Ｒ）に誘導結合されたコイル（ＳＰ）とから成る誘導結合ユニット（ＡＥ）と、
・シールド（Ｓ）およびアース（Ｅ）または補償電位に接続されたアレスタ（Ａ）とを有し、
該誘導結合ユニット（ＡＥ）は、送受信装置（ＳＥ）に接続されており、
該アレスタ（Ａ）の伝送経路は、リングコア（Ｒ）を通って戻り案内されており、
該誘導結合ユニット（ＡＥ）によって展開された面を通って、重畳されたメッセージ信号の電流は該エネルギーケーブル（Ｋ）の導線を流れ、逆電流および／または誘導された妨害は該シールド（Ｓ）を流れ、逆方向で同じ逆電流および／または誘導された妨害が流れ、
最後に挙げられた２つの電流の磁界は補償され、該誘導結合ユニット（ＡＥ）は送信時には、メッセージ信号の電流を導線に直接誘導し、受信時には該導線内の電流のみを評価することを特徴とする誘導結合回路。
【請求項３】
誘導結合ユニット（ＡＥ）は変圧局に配置されており、
リング（Ｒ）は、コイルが捲回されたリングコアまたはプラスチックリングとして構成されている、請求項１または２記載の誘導結合回路。
【請求項４】
複数の地中ケーブルを有する伝送区間の場合、すべての誘導結合ユニット（ＡＥ）が同一の位相に介挿されている、請求項１または２記載の誘導結合回路。
【請求項５】
該誘導結合ユニット（ＡＥ）は、すべての位相を介して挿入されている、請求項１または２記載の誘導結合回路。
【請求項６】
該誘導結合ユニット（ＡＥ）は、変成器（Ｔ）に対する給電線に介挿されている、請求項１または２記載の誘導結合回路。
【請求項７】
電気エネルギー分配網でメッセージを伝送する方法であって、
該電気エネルギー分配網は、シールドされたエネルギーケーブル（Ｋ）と該エネルギーケーブルに配置された誘導結合回路とを有する形式の方法において、
メッセージ信号を、該誘導結合回路の誘導結合ユニット（ＡＥ）によって展開された面を通って、誘導的に入力結合および出力結合することにより、シールド（Ｓ）に電流を発生せず、誘導性の入力結合部に対して展開された面の一方の側から、該面を通る側と異なる側まで導電接続路が形成されず、送信時にはメッセージ信号の電流が導線に直接誘導され、受信時には該導線内の電流のみが評価されるようにすることを特徴とする方法。
【請求項８】
電気エネルギー分配網でメッセージを伝送する方法であって、
該電気エネルギー分配網は、シールドされたエネルギーケーブル（Ｋ）と、該エネルギーケーブルに配置された誘導結合回路とを有する形式の方法において、
該誘導結合回路の誘導結合ユニット（ＡＥ）によって展開された面を通って、重畳された有効信号は該エネルギーケーブルの導線を流れ、逆電流および／または誘導された妨害はシールド（Ｓ）を流れ、逆方向に同じ逆電流および／または誘導された妨害が流れるように、メッセージ信号を誘導的に入力結合および出力結合することにより、最後に挙げられた２つの電流の磁界が補償され、該誘導結合ユニット（ＡＥ）は、送信時にはメッセージ信号の電流を導線に直接誘導し、受信時には該導線内の電流のみを評価するようにすることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はまず、誘導結合回路（請求項１および２）に関する。さらに本発明は、電気エネルギー分配網においてメッセージを伝送する方法（請求項７および８）に関する。
【０００２】
現在、ローカルネットワーク領域において通信のために新式の高速の固定網アクセスを提供することが、集中的な開発作業の対象になっている。このローカルネットワークは、ローカルループまたはラストマイルとも称される。遠隔通信の独占の廃止後、幅広い前線で激しい競争が開始されたが、ローカルネットワーク領域にはこれまで影響を及ぼすことがほとんどなかった。その主な理由は、かつての独占者達が従来のようになお、伝送網の所有者であることにある。マイクロ波無線網またはケーブルＴＶ網の形態の択一的手段は、現在開発中であるが、これらは高コストのため、近い将来に、広範囲をカバーする既存の通信網の代替的手段を提供することはできない。それに対して電気エネルギー分配網は、数多くの研究およびフィールド実験で実証されているように、このような潜在的能力を十分に有している。この電気エネルギー分配網は広範囲をカバーし、かつ、どの既存のＴＫ網よりも細かく分岐されている。というのも、電気エネルギー分配網は各家庭に達しているだけでなく、電気エネルギーの各負荷および各コネクタにも直接到達しているからである。
【０００３】
このよう突出した特徴ゆえに、「電力線通信（ＰＬＣ，PowerLine Communications）」という概念のもとで新たな産業分野が構築されている。これは、新たな手段の技術的な転換と、それに関連するサービス事業の設立を目的としている。電力線通信システムは、エネルギーケーブルという媒体を介して情報を分配するメッセージ伝送システムである。とりわけここでは、低電圧網内の変圧局と家庭内のカスタマ設備との間の伝送区間が重要になっている。このネットワーク部分のトポロジは大抵、ノード点として変圧局を有するポイント・ツー・マルチポイント構造を有する。このノード点にはたとえば、３０ＭＨｚまでの高周波信号を別個に出力側のケーブルに供給して５０Ｈｚのエネルギー流に重畳する送受信ユニットが配置されている。カスタマ設備の場合には、エネルギー供給側の低電圧配電網と該カスタマ設備の家庭設置ネットワークとの間のインタフェースに別の送受信ユニットが設けられる。ここでも、高周波信号がエネルギーケーブルに供給および受信される。５０Ｈｚのエネルギー流に高周波のデータ信号流を重畳することによって基本的に、電磁的両立性の問題が生じる。
【０００４】
大規模な検証によって提案されているように、有線の妨害量および放射形の妨害量による妨害の影響を低減する種々のＥＭＣ解決手段が提案されている。たとえば、有線の妨害影響は減結合フィルタによって低減され、ＨＦ信号の寄生的な有線の伝搬経路は可能な限りすべて抑圧される。減結合フィルタは、伝送区間のターミナルにおいて、変圧局および家庭用の端子でそれぞれ使用される。
【０００５】
変圧局ではこのようなフィルタによって、ＨＦ信号が収集軌道と、並列して設けられた分岐とに伝搬するのが阻止される。このようにして、一方では収集軌道におけるＨＦ放出が低減される。というのも、収集軌道における妨害電圧レベルが低減されるからである。他方では、並列して設けられた分岐のＨＦ信号が有線で重畳されるのも阻止される。このことによって、並列して設けられた分岐で使用される周波数が等しくなる。
【０００６】
【数１】
2007527146.tif 000003
【０００７】
もちろん、同じことがデータ伝送の高周波の有効信号にも当てはまる。このように往復の導線を空間的に分離することによって、高い磁界が生成される。このような高い磁界は、隣接する電流路に誘導的に影響し、妨害電圧を誘導する。また、外部の動作電圧源およびデータ信号電圧源の妨害電圧も重畳されることがある。外部の磁界による誘導の他に、異なるアース電位によって引き起こされるコモンモード電圧も、給電線路ないしはデータ伝送路にコモンモード電流を流す。このようなコモンモード電流は、伝送路および負荷のインピーダンスで電圧降下を引き起こすので、これも妨害量となる。
【０００８】
データ伝送において結合コンデンサ（電流網と低周波の妨害信号のフィルタリング部とのガルバニック分離）と所属の放電抵抗とを使用して単相の結合を行うことが、たとえばＥＰ０６８４６８１Ａ１から公知である。ＨＦトランスと接続されることにより、この物理的なネットワーク接続は、電流網からのガルバニック分離と、高域通過作用による低周波の信号のフィルタリングと、多段フィルタリング（パッシブな帯域通過フィルタ）および可変アンプ（包絡線検出器を有する制御回路、ＰＩ制御回路、比例素子、ならびに非反転交流電圧アンプ）によって行われるネットワークインピーダンスと後続の電子装置の入力インピーダンスとの整合とを実現する。さらにこの結合では、ＨＦトランスの２次巻線に対して抑圧ダイオードが並列接続され、これによってネットワーク側の高電圧ピークを抑圧することができる。
【０００９】
さらにＤＥ１９７５４８００Ａ１から、次のようなバス結合装置が公知である。すなわち、ネットワーク上に形成される送信電圧はネットワークインピーダンスの位相位置に依存せず（また、ネットワークインピーダンスの絶対値にも有意に依存することがない）、該バス結合装置および該バス結合装置に接続された機器のガルバニック分離および受信感度は影響を受けずに一定であり、ＨＦ信号の有効周波数帯の外側の妨害信号の抑圧が改善されたバス結合装置が公知である。詳細にはこのバス結合装置には、給電網接続による情報伝送を行う設置型バスシステムのために、ＨＦトランスを有する入力結合回路が設けられている。このＨＦトランスの１次巻線には、少なくとも１つの減結合コンデンサおよび補償インダクタンスが直列接続されており、この直列回路は低電圧網に接続可能に構成されている。インダクタンスは、次のように選択される。すなわち、使用されるＨＦ搬送信号が１つだけである場合には、該ＨＦ搬送信号の周波数においてインピーダンスが補償され、複数のＨＦ搬送信号が使用される場合には該ＨＦ搬送信号の周波数の平均値において減結合コンデンサのインピーダンスが直列共振によって補償されるように選択される。このインダクタンスは、ＨＦトランスの散乱インピーダンスも考慮して選択される。さらに減結合コンデンサとインダクタンスと１次巻線とから成るこの直列回路には、保護抵抗も挿入されている。最後に、ＨＦトランスの２次側に、出力結合コンデンサを有する送信アンプまたは該出力結合コンデンサを介して直流電圧なしで接続された送信アンプが接続されている場合には、２次側のインダクタンスによって２次側の補償も付加的に行われる。その際にはこの２次側のインダクタンスは、ＨＦトランスの２次巻線に直列接続されており、ＨＦ搬送信号の周波数またはＨＦ搬送信号の周波数の平均値において出力結合コンデンサのインピーダンスを補償する。このような前補償によって、システムは非常に高インダクタンスのネットワークでも、低インダクタンスのネットワークまたは容量性のネットワークと同様に高信頼性で動作し、同様のカバレッジを実現する。
【００１０】
さらにＤＥ１９９０７０９５Ｃ１から、データ伝送装置と電気エネルギー伝送網の位相とを結合する結合回路が公知である。この結合回路は、結合コンデンサと第１のサージアレスタとから成る直列回路を有しており、この直列回路は電気エネルギー伝送網の該位相と参照電位との間に配置されている。該直列回路はアレスト巻線を有し、このアレスト巻線は第１のサージアレスタに対して並列接続されており、この第１のサージアレスタにデータ伝送装置が結合可能になっている。次のような結合回路および該結合回路を含む結合ユニット、すなわち内部エラーの発生時に中間電圧網からも可能な限り分離して該中間電圧網の動作を妨害しないようにする結合回路および該結合回路を含む結合ユニットを提供するため、詳細には、ファインプロテクション（Feinsicherung）が直列回路において位相に配置されており、データ伝送装置の電流によって引き起こされた特性値でも電気エネルギー伝送網の過電圧によって引き起こされた特性値でもない電気的な特性値を有するように構成されている。このファインプロテクションの電気的な特性値と第１のサージアレスタの電気的な特性値とは、結合コンデンサの合金化による導通（Durchlegierung）の場合にファインプロテクションが、発生しそうな短絡電流からすでに、サージアレスタによって迅速かつ高信頼性でトリガされるように整合されている。結合ユニットは絶縁性の材料を有し、この材料は結合回路をケーシング状に、とりわけ保護アイソレータに類似する形態で包囲することにより、電気エネルギー伝送網の位相に接続される直列回路の第１の端子、参照電圧に接続される該直列回路の第２の端子、ならびに、データ伝送装置に接続されるアレスト巻線の第３の端子が、外部からアクセス可能であるようになっている。
【００１１】
さらに、たとえばProceedings of International Symposium on Powerline Communication and its Application 2000から、データ伝送をエネルギー伝送路上で、低電圧でも中間電圧でも、容量性の入力結合によって行うことが公知になっている。ここで達成されるカバレッジは、複数の変圧局を介して広がっており、部分的には１０ｋｍを上回る。この入力結合の欠点は、導線との直接的な接続、そのために必要な耐電圧性、設置のための所要面積、設置の際に設備を電圧なしで接続する必要があることである。地中ケーブルが設けられた非常に小規模の変圧局は、大抵は新規のものであり、このような変圧局で容量的な入力結合部を設置するのは部分的に不可能である。
【００１２】
また、たとえばSiemens AG社の機器ハンドブックＤＣＳ３０００（刊行ナンバー：Ａ１．０／０２．２００２）第１‐６３〜１‐６５頁から、容量性の入出力結合部の他に、中間電圧網と誘導的に結合する入出力結合部が公知になっている。この入出力結合部は、ケーブルのみを介して設置される。誘導性の結合ユニットは、２つの部分から成るフェライトリングコアから成り、このフェライトリングコアは取り付けシェルを有する。フェライトリングコアは、データ伝送用に設けられたエネルギーケーブルに巻き付けられる。送受信局との結合は、フェライトリングコアに巻き付けられた導線の６つの巻線によって行われる。こうするために必要とされる面積は僅かであり、このことは設備の作動中に行うことができる。ここでは、容量結合の場合でも誘導結合の場合でも、データ信号の戻り線路としてアースが使用される。誘導性の入力結合の基礎となっている原理は、入力結合によって環状の磁界が生成されるという原理である。したがってこのリング内部には面が展開されている。導線がこの面を通ると、この導線に電流が誘導される。この電流が自由に流れることができない場合には電圧を発生し、この電圧によって逆方向に電流が再び発生し、誘導された電流が補償される。出力結合の場合には、電流が導線に環状の磁界を発生し、この磁界を出力結合部によって検出および評価できるという効果が利用される。入力結合も出力結合も同一の装置によって行われるので、これらは１つのユニットとして見なされ、入出力結合部と称される。この入力結合をシールドおよび導線を介して行い、シールドを安全上の理由から両側でアースすることにより、電流はシールドで誘導される。この伝送は、シールドがその間で、比較的古いケーブルのアーススリーブまたは鉛外被でアースされない場合には、隣接する２つの変圧局間でしか行うことができないか、または全く行うことができない。容量結合が行われる伝送システムと比較して格段に多くの送受信装置が必要になり、メッセージの伝搬時間が格段に長くなる。送受信装置が機能しない場合、通信路は切断される。このことによって、リアルタイム性または信頼性の要件に関してクリティカルな比較的多くのアプリケーションを実現することはできない。
【００１３】
データ伝送用に設けられたエネルギーケーブル（中間電圧）に巻き付けられた少なくとも１つの誘導コイルを有する同様の誘導結合ユニットが、ＷＯ０３／０３６９３２から公知である。エネルギーケーブルを取り付けのために中断する必要をなくすため、たとえば２つの部分から成る誘導コイルが使用されるか、またはスリット付きのフレキシブルなリングコアを有する誘導コイルが使用される。変圧局に後置され低電圧に設定された送受信局および外送受信局のエネルギー供給部との結合は、結合ユニットから無線で、たとえば赤外線伝送で行うこともできる。したがって、結合ユニットのケーシング内には赤外線送信器および赤外線受信器の双方が配置される（２つの誘導コイルも配置される）。択一的に、給電部は太陽セルおよび蓄電器とされる。
【００１４】
またＷＯ０２／０５４６０５から、ＨＦトランスを有する誘導結合ユニットが公知である。ここではエネルギーケーブルは分割されており、ＨＦトランスは、１次側がゼロ導線と接地電位との間に配置されるように、複数のゼロ導線のうち少なくとも１つに介挿されている。ＨＦトランスの２次側は、データ伝送装置たとえばモデムに接続されており、他のゼロ導線は戻り方向の伝送のために使用される。
【００１５】
この構成の発展形態として、ＷＯ０２／０８０３９６から次のような誘導結合ユニットが公知になっている。ここでは、２つの部分から成る磁気コアが使用され、次のようにエネルギーケーブルの周部に設けられている。すなわち、２次巻線が該磁気コアに捲回され、該磁気コアを貫通するエネルギー伝送路の一部が１次巻線として使用されるように設けられている。最後に、トランスの２次側に出力結合コンデンサが配置される構成も実施される。
【００１６】
従来技術の既存の評価が示しているように、異なって構成された誘導結合ユニットが公知である。これらの誘導結合ユニットは、大抵はトランスを有する。１０／２０ｋＶのエネルギー伝送路の動作時に設置することは、大抵は構造的な手段によって付加的に保護される保護領域に介入する必要がない場合のみ可能である。したがって、容量性の入出力結合も、誘導性の入出力結合部の設置も、導線を直接介せば問題にならない。
【００１７】
２つの変圧局間の地中ケーブルのシールドは安全上の理由から、両側でアースまたは補償電位に接続されている。部分的に各位相（３相）ごとに、専用のシールドを有する１つの専用のケーブルが敷設され、部分的に３相が１つのケーブルにまとめられて共通のシールドによって包囲される（このことが、たとえば図１ないしは図３に示されている）。物理的な法則によれば、電流は最小の抵抗の経路を選択する。ここで、誘導性の入力結合部によって展開される面を、比較的低い抵抗を有する電流路、および比較的高い抵抗を有する第２の電流路が通っている場合、電流の大部分は、比較的低い抵抗を有する電流路に誘導される。
【００１８】
誘導性の入力結合部を従来のように設置する場合、非常に低い抵抗を有する電流路はシールドであり、このシールドは両側で接地されている。したがって、電流はシールドに誘導される。ここで、隣接する変圧局間でシールドがたとえば接地スリーブで接地されている場合、またはケーブルが、地下水にコンタクトするビチューメン絶縁された鉛外被を有する場合は、電流路は早期に閉成され、隣接する変圧局に到達しない。周辺の電磁的妨害がケーブルのシールドによって捕捉され、補償電流としてアースへ導かれる。この補償電流は、伝送に有意に関連するオーダを有し、妨害信号として出力結合時に検出される。導線自体には、この補償電流は流れない。それに相応して実際には、電流が導線に直接誘導され出力時にシールド上で一緒に検出されない誘導性の出力結合ユニットが欠落する。このことが特に重要なのは、中間電圧設備または高電圧設備を製造する産業が、とりわけ進歩的であり開発可能性の豊かな産業であり、非常に迅速に改善および簡略化を行って実用化できる産業であると見なされるからである。
【００１９】
本発明は、シールドされたエネルギーケーブルを有する電気エネルギー分配網でメッセージ伝送を行うための公知の誘導結合ユニットないしは誘導結合方法に対して、以下のような誘導結合ユニットを提供することを基礎としている。すなわち、容量性の入出力結合のカバレッジを実現できる誘導結合ユニットを提供することを基礎としている。
【００２０】
前記課題は請求項１によれば、電気エネルギー分配網でメッセージ伝送を行うための次のような誘導結合回路によって解決される。すなわち、伝送区間に配置されており、
・シールドされたエネルギーケーブルを包囲するリングと該リングに誘導結合されたコイルとから成る誘導結合ユニットと、
・該誘導結合ユニットに後置され、該誘導結合ユニットによって展開される面に前置されたアレスタとを有し、
該誘導結合ユニットは送受信装置に接続されており、該誘導結合ユニットによって展開される面を、重畳されたメッセージ信号の電流が通って、該エネルギーケーブルの導線を流れ、
該アレスタは、シールドおよびアースまたは補償電位に接続されている
ことを特徴とする誘導結合回路によって解決される。この構成によって、シールドに電流が発生しない。というのも、誘導性の入力結合に対して展開される面の一方の側から、該面を通るこの側と異なる側まで導通接続路が発生することはないからである。したがって、送信時にはメッセージ信号の電流は導線に直接誘導され、受信時には導線にある電流のみが評価される。
【００２１】
さらに、前記課題は請求項２によれば、電気エネルギー分配網でメッセージ伝送を行うための次のような誘導結合回路によって解決される。すなわち、伝送区間に配置されており、
・シールドされたエネルギーケーブルを包囲するリングと該リングに誘導結合されたコイルとを有する誘導結合ユニットと、
・シールドおよびアースまたは補償電位に接続されたアレスタと
を有し、該誘導結合ユニットは送受信装置に接続されており、該アレスタの伝送経路はリングコアを通って戻り案内されていることを特徴とする誘導結合回路によって解決される。ここでは前記課題を解決するために、該誘導結合ユニットによって展開される面を通って、重畳されたメッセージ信号の電流は該エネルギーケーブルの導線を流れ、逆電流および／または誘導された妨害はシールドを流れ、逆方向に同じ逆電流および／または誘導された妨害も流れるように構成されている。この構成によって、最後に挙げた２つの電流の磁界は補償され、該誘導結合ユニットは送信時にメッセージ信号の電流を導線に直接誘導し、受信時には導線にある電流のみを評価するようになる。
【００２２】
さらに、シールドされたエネルギーケーブルと該エネルギーケーブルに配置された誘導結合回路とを有する電気エネルギー分配網でメッセージ伝送を行うための方法に関して、前記課題は請求項７によれば次の構成によって解決される。すなわち、該誘導結合回路の誘導結合ユニットによって展開される面を通るメッセージ信号の誘導性の入出力結合を、シールドに電流が発生しないように行う構成によって解決される。ここでは、該誘導性の入力結合に対して展開される面の一方の側から、該面を通るこの側と異なる側まで導通接続路が発生しないので、送信時にはメッセージ信号の電流は導線に直接誘導され、受信時には導線にある電流のみが評価されるようになる。
【００２３】
最後に、シールドされたエネルギーケーブルと該エネルギーケーブルに配置された誘導結合回路とを有する電気エネルギー分配網でメッセージ伝送を行うための方法に関して、前記課題は請求項８によれば次の構成によって解決される。すなわち、該誘導結合回路の誘導結合ユニットによって展開される面を通って、重畳された有効信号は該エネルギーケーブルの導線を流れ、逆電流および／または誘導された妨害はシールドを流れ、逆方向に同じ逆電流および／または誘導された妨害も流れるように、メッセージ信号の誘導性の入出力結合を行うことを特徴とする構成によって解決される。この構成によって、最後に挙げた２つの電流の磁界は補償され、誘導結合ユニットは送信時には、メッセージ信号の電流を導線に直接誘導し、受信時には導線にある電流のみを評価するようになる。
【００２４】
請求項１または２に記載された本発明の誘導結合回路、ないしは請求項７または８に記載された本発明の方法では、ケーブルにおける誘導性の入力結合部の設置は、シールドおよび導線を介して行われる。エネルギー伝送路のシールドの終点は導電性の材料によって、変圧局に設けられたアースまたは補償電位に接続されている。この導電性の材料は、たとえば金属性の織布帯である。シールドにある電流はそれゆえ、この導電性の材料、いわゆるアレスタを介してアースへ流れる。したがって、アレスタの電流とシールドの電流はほぼ同じである（アレスタが終わる場合は、同じである）。
【００２５】
請求項２ないしは請求項８記載の構成ではアレスタは、誘導性の入力結合部によって展開される面を通って案内し戻される。その際には環状の磁界が、シールドにもアレスタにも電流を誘導する。この電流は環状の磁界の面を通って同方向に流れるので、電流方向は導線に対して逆である。これらの逆方向の電流は相殺されるので、実際にシールドに電流が発生することはほとんどない。ここでシールドに電流が流れないので、電流は導線に誘導される。
【００２６】
このことは、アレスタが誘導性の入力結合部に対する面を通った後に、シールドとの導電接続路を有する場合にも適用される。一般化して言うと、誘導性の入力結合に対して展開される面の一方の側から、該面を通るこの側と異なる側まで導電接続路が発生しなければ、シールドに電流は発生しない。さらにこのことは、アレスタが誘導結合部に対する面に前置されておりシールドから延在する請求項１ないしは請求項７記載の構成にも適用される。
【００２７】
請求項１または２記載の本発明の誘導結合回路、ないしは請求項７または８記載の本発明の方法は、電流を導体に入力結合することにより、データの伝送が、隣接する変圧局間の区間にもはや制限されないという利点を有する。変圧器は大抵、比較的高抵抗の負荷であるため、電流の大部分は後続の伝送路に残る。したがって、送受信装置を（繰り返す目的で）多数の変圧局に設置することなく、多数の変圧局をブリッジすることができる。
【００２８】
送受信装置のコストを削減できる他に、繰り返しが不要になるので、ネットワークで同一のメッセージを格段に高速で伝達できるようになる。したがってシステムは、リアルタイムに関してクリティカルな機能を実現することができる。複数の送受信装置が同一のメッセージを受信できるので、局が欠落した場合でもネットワークの伝送の信頼性が維持され、局の所定の数までネットワークの伝送が保証されたままである冗長的な通信ネットワークを構成することができる。この要件は、この種のシステムを介して展開すべき信頼性を必要とする機能において重要である。
【００２９】
出力結合時には、有効信号を搬送する導線内の電流を、シールド作用に起因して逆電流および妨害を含むシールド内の電流から分離しなければならない。ケーブルにおけるシールドのタスクは、ケーブル外部の電磁界を低減することである。このことを実現するため、両側が低抵抗で接続されたシールドに逆方向の電流を流す。こうすることにより、結果としてケーブル外部に発生する磁界が補償される。それとは逆に、妨害源の電磁界はシールドに電流を誘導するだけなので、ケーブル内部では、妨害源によって引き起こされたフィールドが十分に補償される。したがって、ケーブル内の導線は妨害によって影響を受けず、データの伝送に非常に適するようになる。
【００３０】
誘導性の出力結合部をシールドおよび導線にのみ取り付ければよいので、誘導性の出力結合部は導線内の有効信号と、該有効信号に対する逆電流と、シールドに入力結合された妨害の重畳だけを行うことになる。本発明ではシールドのアレスタは、誘導性の入力結合によって展開される面を通って戻り案内される。このような構成により、誘導性の入力結合部によって展開される面を流れる電流は３つになる。第１の電流は、導体で伝送される有効信号であり、第２の電流は、逆電流およびシールドに誘導された妨害であり、第３の電流は、逆方向の同じ逆電流および誘導された妨害である。このことにより、最後の２つの電流の磁界は補償され、誘導性の出力結合部は導体内の電流のみを評価するようになる。
【００３１】
すでに述べたように、誘導性の入力結合部に対して展開される面の一方の側から、該面を通るこの側と異なる側まで導通接続路が発生しない場合には、シールド内の電流は評価されない。このような出力結合によって、もっぱらケーブルの導線内の電流のみが検出される。シールドがケーブル内の導線を妨害の入力結合から保護するので、残留する妨害はごく僅かである。したがって、データ伝送に非常に有利な有効信号対妨害の比が得られ、容量性の入力結合によって実現されるカバレッジより部分的に格段に優れたカバレッジが実現される。２つの変圧局間の間隔が約４５０ｍである場合でも、信号雑音比はほぼ６０ｄＢとなり、全体的に、数ｋｍの区間および複数の変圧局を介して行われる伝送も可能である。
【００３２】
請求項３記載の本発明の発展形態では、誘導結合ユニットは変圧局に配置されており、リングは、コイルが捲回されたリングコアまたはプラスチックリングとして構成されている。
【００３３】
本発明の前記発展形態は、誘導結合ユニットのための保護ケーシングが不要になり、誘導結合ユニットをエアギャップなしで取り付けられるという利点を有する。原則的には、閉鎖的であり面（たとえば正方形）を定義する形状であれば、いかなる幾何的形状も選択することができ、エアコイルを使用することもできる。
【００３４】
自由線路も地中ケーブルも使用されるネットワークでは、変圧局は地中ケーブルを介して接続されることも多い。電流は導線に直接入力結合されるので、このシステムをこのようなネットワークにおいて使用することもできる。フリーエア伝送路と変圧局との間の区間が短い場合、大抵は３つの地中ケーブルが使用される。これらの地中ケーブルはそれぞれ、導線とシールドとをそれぞれ１つずつ有する。ここで、請求項４記載の本発明の有利な実施形態によれば、すべての誘導結合ユニットが同一の位相に介挿される。この構成の発展形態である図５によれば、誘導結合ユニットはすべての位相を介して接続される。
【００３５】
請求項４記載の構成ないしは請求項５記載の発展形態の利点は、１つの位相を介して行う設置と３つすべての位相を介して行う設置との組み合わせも低損失で実施できることである。
【００３６】
請求項６記載の発展形態では、誘導結合ユニットは変換器に対する給電線に介挿される。
【００３７】
このような構成により、誘電性の入出力結合部を送信用および受信用の伝送路に設置するのが不可能である変圧局でも、たとえば変圧局における伝送路がフリーエア伝送路であり構造がオープンである場合にも、本発明による誘導結合ユニットを使用することができる。
【００３８】
本発明の有利な実施形態の以下の説明に別の利点および詳細が、図面と関連して記載されている。
【００３９】
図面
図１  第１の構成を示す俯瞰図である。
図２  第２の構成を示す俯瞰図である。
図３  電気エネルギー分配網でメッセージ伝送を行うための本発明の誘導結合回路の構成を示す図である。
【００４０】
図１および図２に示された本発明の誘導結合回路の実施形態は、有利にはメッセージ伝送を電気エネルギー分配網で、とりわけ中間電圧設備または高電圧設備で行うために使用される。さらに該誘導結合回路は、ほぼすべての種類のケーブルおよびアプリケーションで使用することができ、たとえばパイプライン（ここでは、金属管はいわばシールドとして使用され、媒体は伝送路として使用される）または直流電流を伝送するためのエネルギーケーブルでも使用することができる。有利には誘導結合回路は、誘導結合ユニットＡＥおよびアレスタＡ１（図１参照）ないしはＡ（図２および図３参照）から成る。誘電結合ユニットＡＥは、シールドされたエネルギーケーブルＫを包囲するリングＲと、該リングＲに誘導結合されたコイルＳＰとを有し、コイルＳＰは送受信装置ＳＥに接続されている。
【００４１】
図１に示された本発明の誘導結合回路の実施形態では、アレスタＡ１は誘導結合ユニットＡＥに後置されており、広げられた面の前に設けられ、シールドＳおよびアースＥまたは補償電位に接続されている（すなわち、絶縁部が除去されたシールドＳがアース軌道Ｅに直接接続されている）。したがって、シールドＳには電流が発生しない。というのも、誘導性の入力結合部に対して展開される面の一方の側から、該面を通るこの側と異なる側まで導電接続路が発生しないからである。このことにより、送信時にはメッセージ信号の電流は導線に直接誘導され（従来技術のように、シールドには誘導されない。たとえば、Siemens AG社の機器ハンドブックＤＣＳ３０００を参照されたい）、受信時には導線内の電流のみが評価されるようになる。
【００４２】
図２ないしは図３に示された本発明の誘導結合回路の実施形態では、シールドＳおよびアースＥまたは補償電位に接続されたアレスタＡの伝送経路は、リングＲを通って戻り案内される。ここで、誘導結合ユニットＡＥによって展開される面を流れるのは以下の電流である：
・重畳されたメッセージ信号の電流が、エネルギーケーブルＫの導線を流れる。
・逆電流および／または誘導された妨害が、シールドＳを流れる。
・逆方向に同じ逆電流および／または誘導された妨害が、アレスタＡを流れる。
【００４３】
したがって、最後に挙げられた２つの電流の磁界は補償され、誘導結合ユニットＡＥは送信時に、メッセージ信号の電流を導線に直接誘導し、受信時には導線内の電流のみを評価する。ここで有利には、アレスタＡはシールドの可能な限り近くで並列に戻り案内される。こうすることにより、補償作用は増大される。
【００４４】
有利には、誘導結合ユニットＡＥは変圧局内に配置されており、リングＲは、コイルが捲回されたリングコアまたはプラスチックリングとして構成され、該誘導結合ユニットＡＥはすべての位相に介挿される。複数の地中ケーブルを有する伝送区間では、すべての誘導結合ユニットＡＥは同一の位相に介挿される。また、誘導結合ユニットＡＥを変圧器Ｔに対する給電線に介挿することもできる。図３に同様に示され薄灰色で着色された、参照記号を有さないリングコアが、従来技術ではケーブルセグメントごとに誘導結合回路を２重に配置しなければならないことを示している（たとえば、Siemens AG社の機器ハンドブックＤＣＳ３０００を参照されたい）。
【００４５】
本発明による誘導結合回路は、リアルタイム性および保護要件に関する要求が高く、少数の送受信ユニットでデータ伝送を最大限に高効率かつ高信頼性で実施すべきであるか、または最大限に大きなカバレッジを実現すべきどのアプリケーションでも適用することができ、たとえば採鉱、中間電圧設備、高電圧設備、または産業用電子工学に適用することができる。この産業用電子工学は、とりわけオートメーション技術である。
【００４６】
本発明の発展形態では、本発明による誘電結合回路は、加入者（たとえば駆動装置、高速Ｉ／Ｏ、センサ、アクチュエータ、視覚システム）を相互に同期できることと駆動装置の制御クロックでデータを処理することが前提条件となっている制御のリアルタイムネットワーク化（ここには、イーサネットおよび電力線を組み合わせて動作するリアルタイム制御も含まれる）の枠内で使用される。本発明の誘導結合回路は、配電盤等に配置される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】第１の構成を示す俯瞰図である。
【図２】第２の構成を示す俯瞰図である。
【図３】電気エネルギー分配網でメッセージ伝送を行うための本発明の誘導結合回路の構成を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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