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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Sprachdurchsageanlage der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.
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Sprachdurchsageanlagen in öffentlichen Räumen haben häufig eine Schnittstelle zu einer Gefahrenmeldeanlage oder bilden einen integralen Teil letzterer. Zumindest dann, wenn solche elektroakustischen Anlagen auch zur Durchsage von Gefahrenmeldungen dienen, unterliegen sie hohen Anforderungen an die Betriebssicherheit. Insbesondere dürfen eine Unterbrechung oder ein Kurzschluss in der die Lautsprecher versorgenden Ringleitung nicht zu einem Ausfall der gesamten Anlage führen.
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Aus der
WO 2009/049949 A1 ist es bekannt, die Ringleitung hierzu über Trennermodule zu führen, von denen jedes einen Schalter oder zwei in Serie liegende Schalter, einen den oder die Schalter steuernden Microcontroller, einen aus der Ringleitung wieder aufladbaren Energiespeicher und Spannungsprüfschaltungen für eine von der Zentrale der Anlage gelieferte Versorgungswechselspannung umfasst. Die Versorgungswechselspannung hat eine außerhalb des Hörbereiches liegende Frequenz. Diese Trennermodule ermöglichen es, die Sprachdurchsageanlage in dem Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu betreiben. Hierzu prüft der Mikrocontroller periodisch, ob der ankommende und der abgehende Leitungsabschnitt der Ringleitung die Versorgungswechselspannung führen. Bei einem Spannungseinbruch öffnet der Mikrocontroller, der dann seine Betriebsspannung aus dem lokalen Energiespeicher bezieht, den oder die Schalter in einer der durchgeschleiften Adern der Ringleitung. Wenn der Spannungseinbruch durch einen Kurzschluss verursacht ist, wird der Kurzschluss dadurch isoliert. Während im normalen Betrieb die Zentrale die Audiosignale und die Versorgungswechselspannung nur in den Anfang der Ringleitung einspeist, soll die Einspeisung im Kurzschlussfall auch vom Ende der Ringleitung her erfolgen um die Versorgung der beiden durch das Heraustrennen des Kurzschlusses entstandenen Stichleitungen zu gewährleisten. Mit den in der Druckschrift beschriebenen Mitteln ist dieser Aufbau von Stichleitungen jedoch nicht ohne weiteres möglich, weil nach einem Kurzschluss die Schalter aller Trennermodule offen und somit die Trennermodule eingangsseitig und ausgangsseitig spannungslos sind und auch nicht in anderer Weise miteinander kommunizieren.
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Unabhängig davon besteht bei derartigen Sprachdurchsageanlagen, die große Flächen mit 60 oder mehr Lautsprechern beschallen, das Problem, den Fehlerort, also die Unterbrechung oder den Kurzschluss, auf der Ringleitung lokalisieren zu können.
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Die
EP 2017803 A1 offenbart ein weiteres Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Darüber ist aus dieser Druckschrift auch bekannt, dass die Ringleitung schrittweise vom ersten bis zum letzten Trennmodul in Betrieb genommen wird, und dass während des Betriebs auch die Ringleitung auf Kurzschluss und Unterbrechung überwacht wird, wobei die Zentrale beim Auftreten eines solchen Ergebnisses alarmiert wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, das es ermöglicht, einen Fehler durch Unterbrechung oder Kurzschluss auf der Ringleitung in der Zentrale sowohl festzustellen als auch zu lokalisieren. Eine weitere Aufgabe besteht darin, nach einem Kurzschluss die intakten Teile der Ringleitung auf einfache Weise wieder in Betrieb nehmen zu können.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die zentrale bei Inbetriebnahme der Ringleitung deren Impedanz schrittweise von dem ersten bis zum letzten Trennermodul sowie die Impedanz der gesamten Ringleitung misst, die gemessenen Werte als Sollwerte in eine Impedanztabelle einträgt, im Betrieb periodisch die Impedanz der gesamten Ringleitung misst und mit dem entsprechenden Sollwert aus der Impedanztabelle vergleicht, bei Feststellung einer Abweichung eine Fehlermeldung erzeugt und durch Vergleich des gemessenen Wertes mit den einzelnen Sollwerten in der Impedanztabelle den Fehlerort ermittelt und zur Anzeige bringt.
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Auch bereits installierte Anlagen können mit geringem Aufwand um diese Funktionalität ergänzt werden.
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Eine wesentliche Voraussetzung für die unterbrechungslose Aufrechterhaltung der Funktion der Sprachdurchsageanlage im Fall einer Unterbrechung der Ringleitung besteht darin, dass die Zentrale die Versorgungswechselspannung in die Ringleitung sowohl von deren Anfang aus als auch von deren Ende aus einspeist. Gleichzeitig ist dies Voraussetzung für die Wiederherstellung der Funktionsfähigkeit der Anlage nach einem Kurzschluss, genauer gesagt die Funktionsfähigkeit der nach einem Heraustrennen eines Kurzschlusses dadurch entstandenen Stichleitung von dem Ende der vorherigen Ringleitung bis vor den Kurzschlussort.
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Eine weitere Verbesserung des Verfahrens besteht darin, dass die zentrale die schrittweise Messung der Impedanz der Ringleitung sowohl von deren Anfang aus als auch von deren Ende aus vornimmt und die gemessenen Werte in zwei Impedanztabellen einträgt, im Betrieb die Impedanz der Ringleitung ebenfalls sowohl von ihrem Anfang als auch von ihrem Ende her periodisch misst, und vor Erzeugung einer Fehlermeldung und Fehlerortanzeige die gemessenen Istwerte mit den Sollwerten in den beiden Impedanztabellen vergleicht.
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Die dadurch geschaffene Redundanz erhöht die Zuverlässigkeit einer Fehlermeldung und vor allem der Anzeige des korrekten Fehlerortes.
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Um von der Zentrale aus insbesondere auch solche Trennermodule, zwischen denen nur kurze Leitungsabschnitte liegen, zuverlässig unterscheiden und damit im Fehlerfall den Fehlerort eng eingrenzen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Zentrale die Impedanzwerte der Ringleitung bei der Frequenz der Versorgungsspannung durch Fourieranalyse errechnet.
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Bei der Inbetriebnahme der Ringleitung lässt sich deren Impedanz schrittweise von dem ersten bis zum letzten Trennermodul am einfachsten dann messen, wenn zunächst die Schalter aller Trennermodule geöffnet und anschließend zum Durchschalten der Ringleitung sequenziell geschlossen werden.
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Vorzugsweise wird das Öffnen und sequenzielle Schließen der Schalter sowohl vom Anfang zum Ende als auch vom Ende zum Anfang der Ringleitung durchgeführt.
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Eine einfache Möglichkeit zur Heraustrennung eines Kurzschlusses aus der Ringleitung besteht darin, dass im Kurzschlussfall die Schalter aller Trennermodule geöffnet und dann, beginnend am Anfang und am Ende der Ringleitung, sequenziell wieder geschlossen werden und dass die Schalter der Trennermodule unmittelbar beidseits des Kurzschlussortes nach dem Schließen sofort wieder geöffnet werden.
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Weil nach einem Kurzschluss der gleichzeitige Wiederaufbau der beiden Stichleitungen von der Zentrale aus dazu führen könnte, dass das dem Kurzschlussort benachbarte Trennermodul in der von Anfang der vorherigen Ringleitung ausgehenden Stichleitung seinen zu dem Kurzschlussort hin gelegenen Schalter schließt und gleichzeitig irgendein Trennermodul in der anderen Stichleitung ebenfalls seinen auf der Seite des Kurzschlussortes liegenden Schalter schließt und über die zufällig ebenfalls geschlossenen Schalter der weiteren Trennermodule bis zum Kurzschlussort diesen Kurzschluss erkennt, würde er seinen Schalter wieder öffnen und offen lassen. Dadurch könnte ein erheblicher Teil dieser zweiten Stichleitung funktionsunfähig bleiben.
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Vorzugsweise schließt deshalb das letzte Trennermodul am Ende der Ringleitung seinen Schalter oder seine Schalter mit einer Verzögerungszeit, die länger ist als die Zeit zum sequenziellen Schließen der Schalter von dem ersten bis zu dem vorletzten Trennermodul.
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Damit der physikalische Fehlerort zur Reparatur leichter aufgefunden werden kann, kann jedes Trennermodul mit einer LED ausgestattet sein, die der Mikroprozessor anschaltet, wenn er erkannt hat, dass dieses Trennermodul dem Kurzschlussort am nächsten liegt und deshalb den entsprechenden Schalter dauerhaft offen hält.
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Das Verfahren nach der Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand einer Sprachdurchsageanlage erläutert, die stark vereinfacht in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigt:
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1: den grundsätzlichen Aufbau einer Sprachdurchsageanlage,
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2: ein Blockschaltbild eines Trennermoduls und
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3: ein Flußdiagramm des Programablaufes in dem Microcontroller des Trennermoduls gemäß 2.
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Gemäß 1 hat eine Zentrale, die die an sich bekannten Komponenten z. B. für eine Sprachdurchsage enthält, einen Anschluss A für den Anfang einer 2-adrigen Ringleitung und einen Anschluss B für das Ende dieser Ringleitung. Die Adern der Ringleitung sind durch Trennermodule 1 bis 7 hindurchgeschleift. In der Praxis kann eine solche Ringleitung 60 und mehr Trennermodule umfassen. An die Adern der Ringleitung sind in den Trennermodulen und/oder an die Leitungsabschnitte zwischen den Trennermodulen hier nicht dargestellte Lautsprecher angeschlossen. Üblicherweise werden bei derartigen Anlagen die Audiosignale mit bis zu 100 Veff eingespeist. Zusätzlich wird als Versorgungswechselspannung z. B. ein Sinussignal mit 22 kHz und einer Amplitude von ca. 50 V eingespeist. Zwischen der Zentrale und den Trennermodulen sowie zwischen den Trennermodulen untereinander besteht keine gesonderte Kommunikationsverbindung, anders als im Fall von Gefahrenmeldeanlagen, z. B. Brandmeldeanlagen, die in Ringbustechnik ausgeführt sind und auf dem Ringbus Trennermodule haben, die zumindest mit der Zentrale digital kommunizieren und von dieser gesteuert werden.
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2 zeigt ein vereinfachtes und einpolig gezeichnetes Blockschaltbild eines Trennermoduls. An die Klemme 1 ist die ankommende Ringleitung, an die Klemme 2 die abgehende Ringleitung angeschlossen. In einer Ader der von Klemme 1 zu Klemme 2 durchgeschleiften Ringleitung liegen zwei Schalter S1 und S2 in Serie. Zwischen S1 und S2 befindet sich eine Klemme 3 für den Anschluss eines Lautsprechers L1. Weitere Lautsprecher L2 und L3 können an die Ringleitung außerhalb des Trennermoduls angeschlossen sein.
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Die Schalter S1 und S2 sind sowohl wegen der hohen Audiospannungen als auch der hohen Audioströme hier als Kontakte von nicht dargestellten, getrennten Relais ausgeführt. Die Relais und damit die Schalter S1 und S2 werden von einem Microcontroller gesteuert, und zwar in Abhängigkeit davon, ob eingangsseitig und/oder ausgangsseitig ein hinreichender Spannungspegel vorhanden ist, genauer gesagt, ob ein vorgegebener Spannungspegel überschritten oder unterschritten wird. Die hierzu notwendigen, getrennten Spannungsprüfschaltungen sind bekannt und deshalb nicht dargestellt.
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Der Microcontroller erhält seine Betriebsspannung aus einem Netzteil, das im normalen Betrieb seinerseits sowohl aus der eingangsseitig als auch aus der ausgangsseitig anliegenden Versorgungswechselspannung über je einen Gleichrichter bezieht. Das Netzteil umfasst jedoch zusätzlich einen im normalen Betrieb ebenfalls aus der Versorgungswechselspannung und über die Gleichrichter nach Spannungsanpassung ständig geladenen Energiespeicher in Form eines Kondensators. Dessen Kapazität ist so bemessen, dass das Trennermodul bei Wegfall der Versorgungswechselspannung (und der Audiosignale) eine bestimmte Zeit, z. B. ein bis zwei Sekunden, autark arbeiten kann.
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In 3 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm dargestellt, das die Arbeitsweise jedes der Trennermodule und insbesondere die teilweise als Schleife durchlaufenen Routinen und Subroutinen des Microcontrollers veranschaulicht.
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Im Folgenden wird das Verfahren zum Betreiben einer derartigen Sprachdurchsageanlage beschrieben.
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Bei der erstmaligen Inbetriebnahme und nach jeder Veränderung z. B. der Anzahl der Trennermodule und/oder der Lautsprecher wird die Ringleitung eingemessen. Im ersten Schritt wird die Versorgungswechselspannung an die Ringleitung angeschaltet und anschließend wieder abgeschaltet. Dadurch wird sichergestellt, dass alle Relais, gesteuert von dem Mitrocontroller (siehe 3), ihre Schalter S1 und S2 geöffnet haben und somit ein definierter Anfangszustand hergestellt ist, der z. B. bei Verwendung von bistabilen Relais zunächst nicht gegeben ist.
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Im nächsten Schritt legt die Zentrale erneut die Versorgungswechselspannung an, jedoch nur an den Anfang der Ringleitung, d. h. den Anschluss A. Der Microcontroller des Trennermoduls 1 erkennt das Anliegen der Versorgungsspannung und schließt deshalb seine Schalter S1 und S2 (in 3 mit „Relais 1” bzw. „Relais 2” bezeichnet). Gleichzeitig wird der Kondensator seines Netzteils geladen. Währenddessen misst die Zentrale bei der Frequenz der Versorgungswechselspannung die Impedanz dieses ersten Leitungsabschnittes der Ringleitung und trägt den gemessenen Wert in ein erstes Feld einer Impedanztabelle A als Sollwert ein.
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Nach dem Schließen des Schalters S2 des ersten Trennermoduls erhält auch das zweite Trennermodul die Versorgungswechselspannung. Die Zentrale erkennt an dem mit dem Schließen des Schalters S2 eintretenden Impedanzsprung, dass die Ringleitung nun bis zu diesem zweiten Trennermodul durchgeschaltet ist. Die zentrale wiederholt die Impedanzmessung und trägt den neuen Wert als Sollwert der Impedanz bis zu dem zweiten Trenner in ein zweites Feld der Impedanztabelle A ein.
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Dieser Einmessvorgang und das Anlegen einer vollständigen Wertereihe in der Impedanztabelle A setzt sich bis zu dem letzten Trennermodul fort. Anschließend kann die Zentrale die Impedanz der gesamten Ringleitung bis zu ihrem Ende am Anschluss B messen und auch diesen Sollwert speichern. Diese Messung kann auch zu einem späteren Zeitpunkt durchgeführt werden.
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Im nächsten Schritt schaltet die Zentrale die Versorgungswechselspannung von ihrem Anschluss A ab. Dadurch öffnen erneut die Schalter S1 und S2 aller Trennermodule.
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Dann legt die Zentrale die Versorgungswechselspannung an ihren Anschluss B und damit an das Ende der Ringleitung an und wiederholt den Einmessvorgang nunmehr vom Ende zum Anfang der Ringleitung. Die entsprechenden Werte trägt die Zentrale in eine Impedanztabelle B ein.
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Im letzten Schritt legt die Zentrale die Versorgungswechselspannung sowohl an ihren Anschluss A als auch an ihren Anschluss B an. Wenn nicht bereits zuvor, misst die zentrale nun die Gesamtimpedanz des geschlossenen Ringes und speichert den Messwert als Sollwert.
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Im Betrieb misst die Zentrale periodisch, z. B. alle 5 bis 10 Sekunden, die Impedanz der von beiden Seiten mit der Versorgungswechselspannung und gegebenenfalls mit Audiosignalen gespeisten Ringleitung, sowohl vom Anschluss A aus als auch vom Anschluss B aus und vergleicht die Messwerte oder Istwerte mit den entsprechenden Sollwerten in der Impedanztabelle A bzw. der Impedanztabelle B.
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Im Fall einer Unterbrechung der Ringleitung erkennt die zentrale diese Unterbrechung daran, dass die Messwerte oder Istwerte der Impedanz von den entsprechenden Sollwerten abweichen und generiert deshalb eine Fehlermeldung. Des Weiteren vergleicht die Zentrale die aktuellen Messwerte mit den in den einzelnen Feldern der Impedanztabellen A und B eingetragenen Sollwerten und bestimmt anhand das Ergebnisses die Nummer des Trennermoduls, das, von dem Anschluss A gesehen, vor der Unterbrechung liegt und die Nummer des Trennermoduls, das im gleichen Sinn nach der Unterbrechung liegt. Diese Trennermodulnummern zeigt die Zentrale in geeigneter Form, z. B. auf einem Display, an. An der Erkennung einer Unterbrechung sind die Trennermodule nicht beteiligt. Lediglich die der Unterbrechung am nächsten liegenden Trennermodule öffnen entsprechend dem Flussdiagramm in 3 ihren auf der Seite der Unterbrechung liegenden Schalter S1 oder S2; dies bleibt jedoch ohne Auswirkung auf die durch die Unterbrechung entstehenden beiden Stichleitungen und/oder auf die Zentrale sowie die fortbestehende Funktion der Anlage.
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Im Fall eines Kurzschlusses bricht die Versorgungsspannung an den Trennermodulen sowohl eingangsseitig als auch ausgangsseitig zusammen. Infolgedessen veranlasst der nun autark aus dem Kondensator mit seiner Betriebsspannung versorgte Microcontroller, dass das Trennermodul seine Relais, genauer gesagt seine Schalter S1 und S2, in die Offenstellung bringt. Dies gilt für alle Trennermodule. Nur das Trennermodul 1 erhält dann über den Anschluss A seine Versorgungswechselspannung und schließt entsprechend der Programmroutine in 3 seine Schalter S1 und S2. Als nächstes erhält deshalb das Trennermodul 2 ebenfalls die Versorgungswechselspannung, schließt seine Schalter S1 und S2 usw., bis zu demjenigen Trennermodul, das dem Kurzschlussort am nächsten liegt. Dessen Microcontroller stellt nach dem Schließen seines Schalters S2 fest, dass die Versorgungswechselspannung zusammenbricht, öffnet deshalb den Schalter S2 sofort wieder und hält ihn dauerhaft offen, weil bei dieser Abfolge der Schaltvorgänge der Zusammen bruch der Versorgungswechselspannung anzeigt, dass das betreffende Trennermodul dem Kurzschlussort unmittelbar benachbart ist. Die Schalter S1, S2 der zwischen diesem Trennermodul und dem Anschluss A der Zentrale liegenden, weiteren Trennermodule bleiben hingegen geschlossen, weil der Kurzschluss nicht unmittelbar nach dem Schließen ihrer jeweiligen Relais bzw. Schalter auftrat. Folglich ist die Stichleitung von dem Anschluss A bis zu dem letzten Trennermodul vor dem Kurzschlussort wieder aufgebaut und alle angeschlossenen Lautsprecher sind wieder funktionsfähig.
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Als nächstes wiederholt sich dieser Ablauf ausgehend von dem Anschluss B und dem letzten Trennermodul, also im Beispiel der 1 dem Trennermodul 7. Dieses letzte Trennermodul beginnt jedoch mit dem Schließen seiner Schalter S1 und S2 erst mit einer Zeitverzögerung, die so bemessen ist, dass bis dahin der Aufbau der von dem Anschluss A ausgehenden, längstmöglichen Stichleitung, also bis zu dem Trennermodul 6 in 1, mit Sicherheit abgeschlossen ist. Diese Verzögerungszeit kann z. B. für 60 Trennermodule 3 Sekunden betragen. würden nämlich im Beispiel der 1 die Trennermodule 1 und 7 gleichzeitig mit dem Aufbau ihrer jeweiligen Stichleitungen beginnen, könnte der Fall eintreten, dass dann, wenn das letzte Trennermodul der ersten Stichleitung seinen Schalter S2 schließt und damit „in” den Kurzschluss schaltet, gleichzeitig eines der Trennermodule in der zweiten Stichleitung ebenfalls seine Schalter schließt (auch wenn das nicht das dem Kurzschluss unmittelbar benachbarte Trennermodul ist), folglich ebenfalls „in” den Kurzschluss zu schalten meint und deshalb seine Schalter wieder öffnen und offen lassen würde, obwohl dieses Trennermodul nicht das dem Kurzschlussort nächstgelegene Trennermodul ist. Je nach Lage des Kurzschlussortes im Verhältnis zu diesem irrtümlich schaltenden Trennermodul wurde dann ein Großteil des Ringes bzw. der zweiten Stichleitung dauerhaft funktionsunfähig bleiben.
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Nach dem Heraustrennen des Kurzschlusses und dem Aufbau der beiden Stichleitungen bis zum Kurzschlussort verhalten sich die Stichleitungen von der Zentrale aus gesehen wie im Fall einer Unterbrechung der Ringleitung. Die Zentrale ermittelt folglich bei der nächsten Impedanzmessung auf die gleiche Weise wie im Fall einer Unterbrechung die Nummern der jeweiligen letzten Trennermodule vor dem Kurzschlussort.
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Wenn alle Trennermodule mit einer LED ausgestattet sind, kann der Microcontroller der jeweils dem Kurzschlussort benachbarten Trennermodule deren LEDs ansteuern um das Auffinden der physikalischen Kurzschlussstelle zu erleichtern.