DE102013203921A1

DE102013203921A1 - Device for testing a circuit membership of an electrical line

Info

Publication number: DE102013203921A1
Application number: DE102013203921.2A
Authority: DE
Inventors: Manfred Detterbeck
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2013-03-07
Filing date: 2013-03-07
Publication date: 2014-09-11
Also published as: CN204101646U

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung einer Stromkreiszugehörigkeit einer elektrischen Leitung (12) in einer elektrischen Einrichtung. Um eine Vorrichtung bereitzustellen, durch welche ein Prüfvorgang mit einem besonders geringen Aufwand – insbesondere möglichst ohne Ab- und Anklemmvorgänge – erfolgen kann, wird vorgeschlagen, dass sie eine Prüfstromeinheit (14), die dazu vorgesehen ist, zum Erzeugen eines Prüfstroms, welcher bei einer vorliegenden Stromkreiszugehörigkeit der zu untersuchenden Leitung (12) über diese geführt werden kann, mit der zu untersuchenden Leitung (12) induktiv gekoppelt zu werden, und eine Erfassungseinheit (22) aufweist, von welcher zumindest ein Betriebsmerkmal vom Vorhandensein des Prüfstroms abhängt.The invention relates to a device for checking a circuit belonging to an electrical line (12) in an electrical device. In order to provide a device by means of which a test process can be carried out with particularly little effort - in particular without disconnecting and connecting processes, if possible - it is proposed that it have a test current unit (14) which is provided for generating a test current which is used in a the current circuit membership of the line (12) to be examined can be routed via it, to be inductively coupled to the line (12) to be examined, and has a detection unit (22) on which at least one operating characteristic depends on the presence of the test current.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung einer Stromkreiszugehörigkeit einer elektrischen Leitung in einer elektrischen Einrichtung. The invention relates to a device for testing a circuit membership of an electrical line in an electrical device.

Die Prüfung von elektrischen Einrichtungen, beispielsweise die Detektion von fehlerhaften Leiterschleifen, wird aufgrund einer komplexen Topologie, wie insbesondere bei Parallelschaltungen einer Vielzahl von Leitungen und/oder aufgrund einer schlechten Zugänglichkeit der zu prüfenden Komponenten erschwert. The examination of electrical devices, for example the detection of faulty conductor loops, is made more difficult due to a complex topology, such as in particular in parallel circuits of a plurality of lines and / or due to poor accessibility of the components to be tested.

Bei elektrischen Verbraucheranlagen, die eine Vielzahl von parallel geschalteten Verbraucheranschlüssen aufweisen, ist zur Detektion einer fehlerhaften Verbindung eines Neutralleiters (oder N-Leiters) mit einem Schutzleiter (PE-Leiter) oder mit der Erde notwendig, die parallelen N-Leiter sukzessiv abzuklemmen, um eine galvanische Messung durchführen zu können. Das Abklemmen eines N-Leiters eines nicht abgeschalteten Stromkreises stellt hierbei eine erhebliche Gefahr dar. In electrical consumer equipment having a plurality of load terminals connected in parallel, it is necessary to successively disconnect the parallel N conductors to detect a faulty connection of a neutral conductor (or N conductor) to a protective conductor (PE conductor) or to earth to carry out a galvanic measurement. Disconnecting an N-conductor of a non-disconnected circuit here represents a significant risk.

Schienenfahrzeuge besitzen einen direkten und sehr niederimpedanten Potentialausgleich über Raderdkontakte zu den Fahrschienen. Aus Sicherheitsgründen sind alle Wagenkästen, die nicht über Schutzerdungsbürsten verfügen, gegenüber den Schienen isoliert aufgebaut und verfügen zusätzlich über Überspannungsableiter, welche über die Radlager mit den Fahrschienen verbunden sind. Im störungsfreien Normalbetrieb sind diese Überspannungsableiter sehr hochohmig. Im Störungsfall, z.B. bei Schienenfehlern oder Fahrdrahtkontakt bei einzelnstehenden Wagen ohne Raderdkontakt, zündet der entsprechende Überspannungsableiter, verschweißt und stellt dann sicher, dass die Berührspannung und somit der Personenschutz gewährleistet ist. Sollte ein Überspannungsableiter im Zug verschweißt sein, so können Triebrückströme das zugehörige Radlager schädigen. Da die Überspannungsableiter alle parallel zu den Raderdungskontakten geschaltet sind, ist ein verschweißter Überspannungsableiter nur mit einem hohen Aufwand detektierbar. Die Prüfung setzt insbesondere ein Abklemmen des zu prüfenden Überspannungsableiters voraus. Eine permanente Überwachung der Überspannungsableiter auf eine Stromkreiszugehörigkeit ist außerdem nicht möglich. Rail vehicles have a direct and very low-impedance equipotential bonding via Raderdkontakte to the rails. For safety reasons, all car bodies that do not have protective earthing brushes are insulated from the rails and additionally have surge arresters, which are connected to the rails via the wheel bearings. In trouble-free normal operation, these surge arresters are very high-impedance. In case of failure, e.g. In the case of rail defects or contact wire contact in individual cars without Raderdkontakt, ignites the corresponding surge, welded and then ensures that the contact voltage and thus the protection of persons is guaranteed. If a surge arrester is welded in the train, then back currents can damage the associated wheel bearing. Since the surge arresters are all connected in parallel to the Raderdungskontakten, a welded surge arrester can be detected only with great effort. The test requires in particular a disconnection of the surge arrester to be tested. A permanent monitoring of surge arresters on a circuit affiliation is also not possible.

Zur Vermeidung der Schädigung von Lagerstellen durch Triebrückströme ist in den Drehgestellen eines Schienenfahrzeugs eine Vielzahl von Isolierstellen vorgesehen, die zueinander parallel geschaltet sind. Beispiele für solche Isolierstellen sind insbesondere Radsatzschwingenlager, Temperaturfühler am Achslager und am Getriebelager, Drehzahlgeber am Achslagergehäuse, Drehmomentstütze des Getriebes, Lager des Antriebsmotors, Bremszangeneinheit usw. Da diese Isolierstellen meistens mehrfach in einem Drehgestell vorhanden sind, ist eine Fehlerstelle nur mit hohem Aufwand detektierbar. Dies ist insbesondere auf eine schlechte Zugänglichkeit der genannten Isolierstellen zurückzuführen. To avoid damage to bearings by Triebrückströme a plurality of isolation points is provided in the bogies of a rail vehicle, which are connected in parallel. Examples of such isolation points are in particular wheelset swing bearings, temperature sensors on axle bearings and gearbox bearings, speed sensor on the axle bearing housing, torque arm of the transmission, bearings of the drive motor, brake caliper unit etc. Since these isolation points are usually multiple times in a bogie, a fault is detectable only with great effort. This is due in particular to poor accessibility of said isolation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Prüfung einer Stromkreiszugehörigkeit einer elektrischen Leitung in einer elektrischen Einrichtung bereitzustellen, durch welche ein Prüfvorgang mit einem besonders geringen Aufwand – insbesondere möglichst ohne Ab- und Anklemmvorgänge – erfolgen kann. The invention has for its object to provide a device for testing a circuit membership of an electrical line in an electrical device through which a test with a very low cost - especially if possible without disconnection and Anklemmvorgänge - can be done.

Hierzu wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung eine Prüfstromeinheit, die dazu vorgesehen ist, zum Erzeugen eines Prüfstroms, welcher bei einer vorliegenden Stromkreiszugehörigkeit der zu untersuchenden Leitung über diese geführt werden kann, mit der zu untersuchenden Leitung induktiv gekoppelt zu werden, und eine Erfassungseinheit aufweist, von welcher zumindest ein Betriebsmerkmal vom Vorhandensein des Prüfstroms abhängt. Hierdurch kann besonders vorteilhaft eine berührungslose Prüfung der zu untersuchenden Leitung erfolgen, wobei ein Ab- und Anklemmaufwand erheblich reduziert, insbesondere vermieden werden kann. For this purpose, it is proposed that the device has a test current unit, which is intended to be inductively coupled to the line to be examined for generating a test current, which can be conducted at a current circuit affiliation of the line to be examined, and a detection unit, of which at least one operating feature depends on the presence of the test current. As a result, a contact-free examination of the line to be examined can be carried out particularly advantageously, wherein a disconnection and clamping effort can be considerably reduced, in particular avoided.

Eine „Stromkreiszugehörigkeit“ einer elektrischen Leitung soll von der intrinsischen Leitfähigkeit der Leitung unterschieden werden. Eine Stromkreiszugehörigkeit der zu prüfenden Leitung liegt vor, wenn diese Bestandteil eines geschlossenen Stromkreises bzw. einer geschlossenen Stromschleife ist. Bei einer vorliegenden Stromkreiszugehörigkeit der zur prüfenden Leitung ist diese Bestandteil eines geschlossenen und daher stromdurchflussfähigen Stromkreises, in welchem die Prüfstromeinheit mittels der induktiven Kopplung einen Prüfstrom induzieren kann. Ist die zu prüfende Leitung kein Bestandteil eines geschlossenen Stromkreises, kann über sie kein Strom bzw. zumindest kein in Bezug auf einen Schwellwert definierter signifikanter Strom geführt werden. Das Vorhandensein des Prüfstroms, welches vom Vorhandensein eines geschlossenen Stromkreises abhängt, kann mittels der Erfassungseinheit erfasst werden. Bei vorliegender Stromkreiszugehörigkeit oder bei fehlender Stromkreiszugehörigkeit wird auch in der fachmännischen Sprache der Begriff „Niederohmigkeit“ bzw. „Hochohmigkeit“ verwendet. A "circuit membership" of an electrical line should be distinguished from the intrinsic conductivity of the line. A circuit belonging to the line to be tested is present if it is part of a closed circuit or a closed current loop. In the case of an existing circuit membership of the line to be tested, this is part of a closed and therefore current-carrying circuit in which the test current unit can induce a test current by means of the inductive coupling. If the line to be tested is not part of a closed circuit, no current or at least no significant current defined with respect to a threshold value can be passed through it. The presence of the test current, which depends on the presence of a closed circuit, can be detected by means of the detection unit. If there is a circuit association or if there is no circuit association, the term "low-resistance" or "high-resistance" is also used in the specialist language.

Mit der Vorrichtung kann das Vorhandensein einer zulässigen, gewollten geschlossenen Stromschleife überprüft werden. Sie ist jedoch insbesondere von Vorteil, wenn eine unzulässige, aufgrund eines Fehlers bestehende geschlossene Stromschleife in einer elektrischen Einrichtung mit komplexer Topologie und/oder schlechter Zugänglichkeit der zu prüfenden Komponenten, zu detektieren ist. With the device, the presence of a permissible, intentional closed loop current can be checked. However, it is particularly advantageous if an inadmissible, due to an error closed loop current in an electrical device with complex Topology and / or poor accessibility of the components to be tested, can be detected.

Besonders vorteilhaft kann die Prüfung mittels der Vorrichtung in einem abgeschalteten bzw. einem von einer Stromversorgung getrennten Zustand der elektrischen Einrichtung erfolgen, wodurch eine besonders hohe Benutzersicherheit erreicht werden kann. Die Erzeugung des Prüfstroms erfolgt hierbei vorteilhafterweise mittels einer Energiequelle der Vorrichtung. Particularly advantageously, the test can be carried out by means of the device in a disconnected or disconnected from a power supply state of the electrical device, whereby a particularly high user safety can be achieved. The generation of the test current is advantageously carried out by means of an energy source of the device.

Ein „Betriebsmerkmal“ der Erfassungseinheit entspricht insbesondere einer erfassbaren Betriebseigenschaft, die für das Vorhandensein des Prüfstroms in der zu untersuchenden Leitung charakteristisch ist. Diese Eigenschaft kann ein bestimmtes Verhalten sein, wie insbesondere das Vorhandensein eines bestimmten physikalischen Vorgangs, welcher auf dem Vorhandensein des Prüfstroms beruht. Die Eigenschaft kann außerdem ein bestimmter Wert einer physikalischen Kenngröße sein, der für das Vorhandensein des Prüfstroms charakteristisch ist. An "operating characteristic" of the detection unit corresponds in particular to a detectable operating characteristic that is characteristic of the presence of the test current in the line to be examined. This property may be a certain behavior, such as, in particular, the presence of a particular physical process, which is based on the presence of the test current. The property may also be a particular value of a physical characteristic characteristic of the presence of the test current.

In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist die Prüfstromeinheit bei einem Prüfvorgang mit der zu untersuchenden Leitung transformatorisch verbunden. Hierdurch kann eine Kopplung der Prüfstromeinheit mit der zu untersuchenden Leitung konstruktiv einfach erfolgen. Die Leitung kann hierbei die Primärwicklung eines Transformators fingieren, indem sie von einem Bauteil der Prüfstromeinheit berührungslos umschlossen wird. Um dieses Bauteil ist vorzugweise eine Spule gewickelt, wobei das Bauteil und die Spule einen Transformatorkern bzw. eine Sekundärwicklung der transformatorischen Verbindung bilden. In a preferred embodiment of the invention, the test current unit is transformer connected to the test line in a test process. As a result, a coupling of the test current unit with the line to be examined can be made structurally simple. In this case, the line can simulate the primary winding of a transformer by being enclosed without contact by a component of the test current unit. A coil is preferably wound around this component, wherein the component and the coil form a transformer core or a secondary winding of the transformer connection.

Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Erfassungseinheit einen Schwingkreis aufweist und das Betriebsmerkmal zumindest vom Vorhandensein von Schwingungen abhängt. Hierdurch kann eine Erfassungseinheit bereitgestellt werden, für welche das für das Vorhandensein eines Prüfstroms charakteristische Betriebsmerkmal besonders einfach und eindeutig bzw. mit hoher Genauigkeit und/oder Zuverlässigkeit erfasst werden kann. Besonders bevorzugt entspricht das Betriebsmerkmal dem Vorhandensein von Schwingungen. In addition, it is proposed that the detection unit has a resonant circuit and the operating feature depends at least on the presence of vibrations. In this way, a detection unit can be provided, for which the operating characteristic characteristic of the presence of a test current can be detected in a particularly simple and unambiguous manner or with high accuracy and / or reliability. Particularly preferably, the operating feature corresponds to the presence of vibrations.

Des Weiteren kann eine konstruktiv einfache Ausgestaltung der Vorrichtung erreicht werden, wenn die Erfassungseinheit von einem elektrischen Kreis zumindest teilweise gebildet ist, von welchem die Prüfstromeinheit Bestandteil ist. Vorteilhafterweise sind die Prüfstromeinheit und die Erfassungseinheit Bestandteile desselben elektrischen Kreises. Besonders vorteilhaft ist die Prüfstromeinheit Bestandteil der Erfassungseinheit. Furthermore, a structurally simple embodiment of the device can be achieved if the detection unit is at least partially formed by an electrical circuit of which the test current unit is a component. Advantageously, the test current unit and the detection unit are components of the same electrical circuit. Particularly advantageously, the test current unit is part of the detection unit.

Insbesondere weist die Erfassungseinheit einen Schwingkreis auf, wobei das Betriebsmerkmal zumindest vom Vorhandensein von Schwingungen abhängt und die Prüfstromeinheit Bestandteil des Schwingkreises ist. Die Prüfstromeinheit, ggf. die in einem Prüfvorgang hergestellte induktive Kopplung dieser mit der zu untersuchenden Leitung, bildet vorteilhafterweise die Induktivität des Schwingkreises. In particular, the detection unit has a resonant circuit, wherein the operating feature depends at least on the presence of vibrations and the test current unit is part of the resonant circuit. The test current unit, if necessary, the inductive coupling produced in a test process with this to be examined line, advantageously forms the inductance of the resonant circuit.

In dieser vorteilhaften Ausbildung der Vorrichtung kann die Erfassungseinheit zur Anregung der Prüfstromeinheit dienen, wodurch eine zu diesem Zweck vorgesehene, separate Einheit vermieden werden kann. Durch die Schwingungen des Schwingkreises kann ein magnetisches Wechselfeld in der Prüfstromeinheit erzeugt werden, welches zweckmäßigerweise zur Induktion des Prüfstroms dienen kann. Zur Erzeugung des Prüfstroms ist hierbei vorteilhaft eine geringe Leistung notwendig. Wird bei einem stromkreiszugehörigen Zustand der zu untersuchenden Leitung in dieser ein Prüfstrom erzeugt, fließt ein Energieanteil vom Schwingkreis in die geschlossene Leiterschleife weg, von welcher die zu untersuchende Leitung Bestandteil ist. Ist der übrig bleibende Energieanteil im Schwingkreis zur Aufrechterhaltung der Schwingungen nicht ausreichend, kann ein Abklingen dieser erfolgen, welches ein besonders eindeutiges, für das Vorhandensein des Prüfstroms charakteristisches und einfach zu erfassendes Betriebsverhalten der Erfassungseinheit bildet. In this advantageous embodiment of the device, the detection unit can be used to excite the Prüfstromeinheit, whereby a provided for this purpose, separate unit can be avoided. Due to the oscillations of the resonant circuit, an alternating magnetic field can be generated in the test current unit, which can expediently serve to induce the test current. For generating the test current, a low power is advantageously necessary. If a test current is generated in a circuit-associated state of the line to be examined in this, an energy component of the resonant circuit flows away in the closed conductor loop, of which the line to be examined is an integral part. If the remaining energy content in the resonant circuit for maintaining the oscillations is not sufficient, it can be decayed, which forms a particularly clear, characteristic of the presence of the test current and easy to detect operating behavior of the detection unit.

Ferner wird vorgeschlagen, dass der Schwingkreis als paralleler Schwingkreis ausgebildet ist. In dieser Topologie können mit der induktiven Kopplung der Prüfstromeinheit – als induktives Teil des Schwingkreises – mit einer stromkreiszugehörigen Leitung ohmsche Verluste im Schwingkreis zunehmen (Diese werden in der Fachliteratur als Widerstand „R_L“ bezeichnet). Diese können zu einem erfassbaren Abklingen von Schwingungen führen und es kann daher eine besonders eindeutige Detektion einer geschlossenen Leiterschleife erfolgen. It is also proposed that the resonant circuit is designed as a parallel resonant circuit. In this topology, with the inductive coupling of the test current unit - as an inductive part of the resonant circuit - ohmic losses in the resonant circuit can increase with a circuit-associated line (these are referred to in the specialist literature as resistance "R _L "). These can lead to a detectable decay of vibrations and therefore a particularly clear detection of a closed conductor loop can take place.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist der Schwingkreis als mit einem Verstärker rückgekoppelter Schwingkreis ausgebildet, wodurch eine Herstellung eines Schwingungsmodus des Schwingkreises konstruktiv einfach erfolgen kann. According to a further advantageous embodiment of the invention, the resonant circuit is designed as a resonant feedback circuit with an amplifier, whereby a production of a vibration mode of the resonant circuit can be structurally simple.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung eine Ausgabeeinheit aufweist, die mit dem Verstärkerausgang verbunden ist. Furthermore, it is proposed that the device has an output unit which is connected to the amplifier output.

Ein besonders hoher Bedienkomfort kann außerdem erreicht werden, wenn die Vorrichtung als tragbare Einheit ausgebildet ist. Eine einfache Handhabung kann in diesem Zusammenhang erzielt werden, wenn diese tragbare Einheit eine manipulierbare Zange aufweist, die bei einem Prüfvorgang die zu untersuchende Leitung umschließt. A particularly high ease of use can also be achieved if the device is designed as a portable unit. A simple handling can be achieved in this context, if this portable unit a having manipulable pliers, which encloses the line to be examined during a test procedure.

Gemäß einer alternativen Ausführung kann die Vorrichtung als Einheit ausgebildet sein, die in der zu prüfenden elektrischen Einrichtung fest eingebunden ist. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn eine Überwachung der elektrischen Einrichtung dauerhaft und/oder für Komponenten erfolgen soll, die in dieser elektrischen Einrichtung schlecht zugänglich sind. According to an alternative embodiment, the device may be formed as a unit which is firmly integrated in the electrical device to be tested. This is particularly advantageous if a monitoring of the electrical device is to be permanent and / or for components that are difficult to access in this electrical device.

Diese Ausführung eignet sich insbesondere für ein Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug, welches eine besonders hohe Anzahl von zu überwachenden Isolierstellen aufweist. Hierbei kann eine permanente Überwachung dieser erfolgen, wenn die Vorrichtung mit einer Überwachungseinrichtung des Fahrzeugs – insbesondere permanent – verbunden ist. This embodiment is particularly suitable for a vehicle, in particular a rail vehicle, which has a particularly high number of insulating points to be monitored. In this case, a permanent monitoring of these can take place if the device is connected to a monitoring device of the vehicle, in particular permanently.

Es werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings. Show it:

1: eine Vorrichtung zur Prüfung einer Stromkreiszugehörigkeit einer elektrischen Leitung, mit einer Prüfstromeinheit, einer Erfassungseinheit und einer Ausgabeeinheit, 1 a device for testing a circuit membership of an electrical line, comprising a test current unit, a detection unit and an output unit,

2: einen die Prüfstromeinheit und die Erfassungseinheit bildenden Schaltkreis, 2 a circuit forming the test current unit and the detection unit,

3: einen die Ausgabeeinheit bildenden Schaltkreis, 3 a circuit forming the output unit,

4: eine mittels der Vorrichtung zu prüfende Verbraucheranlage und 4 a consumer device to be tested by the device and

5: eine alternative Ausbildung der Vorrichtung als fest eingebaute Einheit eines Schienenfahrzeugs. 5 : An alternative embodiment of the device as a permanently installed unit of a rail vehicle.

1 zeigt eine Vorrichtung 10 zur Prüfung einer Stromkreiszugehörigkeit einer elektrischen Leitung 12 in einer schematischen Draufsicht. Die zu untersuchende Leitung 12 ist Bestandteil einer in 1 nicht näher dargestellten elektrischen Einrichtung. Beispielhafte Ausführungen einer zu prüfenden Einrichtung werden in den 4 und 5 gezeigt und unten näher beschrieben. 1 shows a device 10 for checking a circuit membership of an electrical line 12 in a schematic plan view. The line to be examined 12 is part of an in 1 not shown electrical device. Exemplary embodiments of a device to be tested are in the 4 and 5 shown and described in more detail below.

Die Vorrichtung 10 weist eine Prüfstromeinheit 14 auf, die bei einem Prüfvorgang derart angeregt wird, dass sie bei einem stromkreiszugehörigen Zustand der elektrischen Leitung 12 einen Prüfstrom in diese Leitung 12 induziert. Hierzu ist die Prüfstromeinheit 14 im Prüfvorgang mit der zu untersuchenden Leitung 12 induktiv gekoppelt. Dies wird insbesondere dadurch realisiert, dass die Prüfstromeinheit 14 mit der Leitung 12 transformatorisch verbunden wird. Hierzu weist die Prüfstromeinheit 14 eine Spule 16 und eine ringförmige Einheit 18 auf, die im Prüfvorgang die zu untersuchende Leitung 12 umschließt. Die ringförmige Einheit 18 ist insbesondere Bestandteil einer manipulierbaren Zange 20. Die Spule 16 ist um einen Teilbereich der ringförmigen Einheit 18 gewickelt, sodass sie und die Einheit 18 eine Transformatorwicklung bzw. einen Transformatorkern bilden. Im Prüfvorgang bilden somit die zu untersuchende Leitung 12 und die Spule 16 die Primärwicklung bzw. die Sekundärwicklung einer transformatorischen Verbindung. The device 10 has a test current unit 14 on, which is excited in a test process such that they are in a circuit-associated state of the electrical line 12 a test current in this line 12 induced. For this purpose, the test current unit 14 in the test procedure with the line to be examined 12 inductively coupled. This is realized in particular in that the test current unit 14 with the line 12 is connected transformally. For this purpose, the test current unit 14 a coil 16 and an annular unit 18 on, in the test process, the line to be examined 12 encloses. The annular unit 18 is in particular part of a manipulable pliers 20 , The sink 16 is about a portion of the annular unit 18 wrapped, so she and the unit 18 form a transformer winding or a transformer core. In the test process thus form the line to be examined 12 and the coil 16 the primary winding or the secondary winding of a transformer connection.

Ferner weist die Vorrichtung 10 eine Erfassungseinheit 22 auf, von welcher zumindest ein Betriebsmerkmal vom Vorhandensein des Prüfstroms abhängt. Zur Ausgabe einer Information an den Benutzer umfasst die Vorrichtung 10 eine Ausgabeeinheit 24, die mit der Erfassungseinheit 22 verbunden ist und eine Anzeigeeinheit 26 aufweist. Furthermore, the device 10 a detection unit 22 on, from which at least one operating feature depends on the presence of the test current. To output information to the user, the device comprises 10 an output unit 24 that with the capture unit 22 is connected and a display unit 26 having.

2 zeigt einen elektrischen Kreis 28, welcher die Erfassungseinheit 22 der Vorrichtung 10 bildet. Der elektrische Kreis 28 bzw. die Erfassungseinheit 22 weist einen Schwingkreis 30 auf, dessen Induktivität von der Prüfstromeinheit 14 bzw. von der im Prüfvorgang mit der Leitung 12 hergestellten transformatorischen Verbindung und dessen Kapazität von einem Kondensator C1 gebildet sind. Hierbei sind der Kondensator C1 und die Spule 16 der Prüfstromeinheit 14 elektrisch miteinander verbunden. Die Prüfstromeinheit 14 bzw. die transformatorische Verbindung mit der Leitung 12 ist demnach Bestandteil des Schwingkreises 30 und daher des elektrischen Kreises 28, welcher die Erfassungseinheit 22 bildet. Die Prüfstromeinheit 14 und die Erfassungseinheit 22 gehören daher zum gleichen elektrischen Kreis 28, wobei die Prüfstromeinheit 14 ein Bestandteil der Erfassungseinheit 22 ist. 2 shows an electrical circuit 28 which is the registration unit 22 the device 10 forms. The electrical circuit 28 or the detection unit 22 has a resonant circuit 30 on whose inductance from the test current unit 14 or of the in the test process with the line 12 produced transformer compound and whose capacitance are formed by a capacitor C1. Here, the capacitor C1 and the coil 16 the test current unit 14 electrically connected to each other. The test current unit 14 or the transformer connection with the line 12 is therefore part of the resonant circuit 30 and therefore the electrical circuit 28 which is the registration unit 22 forms. The test current unit 14 and the detection unit 22 belong therefore to the same electrical circle 28 , wherein the test current unit 14 a component of the registration unit 22 is.

Der Schwingkreis 30 ist als paralleler Schwingkreis ausgebildet, indem die Prüfstromeinheit 14 bzw. deren Spule 16 und der Kondensator C1 parallel zueinander geschaltet sind. Der ohmsche Widerstand der Prüfstromeinheit 14 bzw. der transformatorischen Verbindung mit der Leitung 12 ist symbolisch als Widerstand R_L dargestellt, welcher in Reihe mit der Spule 16 geschaltet ist. The resonant circuit 30 is designed as a parallel resonant circuit by the test current unit 14 or their coil 16 and the capacitor C1 are connected in parallel with each other. The ohmic resistance of the test current unit 14 or the transformer connection with the line 12 is symbolically represented as a resistance R _L , which is in series with the coil 16 is switched.

Der elektrische Kreis 28 weist ferner einen Verstärker 32 auf, welcher mit dem Schwingkreis 30 gekoppelt ist. Ein erster Eingang des Verstärkers 32 ist hierbei mit dem Schwingkreis 30 derart verbunden, dass er mit dem elektrischen Potential u_C des Kondensators C1 beaufschlagt wird. Ein zweiter Eingang des Verstärkers 32 ist über einen Widerstand R3 mit der Erde verbunden. Außerdem erfolgt eine Kopplung des Verstärkerausgangs 34 mit diesem zweiten Eingang über einen weiteren Widerstand R4, sodass der Verstärkungsfaktor V des Verstärkers 32 durch V = 1 + R4/R3 gegeben ist. Der Verstärkerausgang 34 ist ferner über einen Widerstand R1 mit dem ersten Eingang des Verstärkers 32 und daher mit dem Schwingkreis 30 bzw. mit dem Kondensatorpotential u_C gekoppelt. Der Schwingkreis 30 ist somit als mit dem Verstärker 32 rückgekoppelter Parallelschwingkreis ausgebildet. Das elektrische Potential des Verstärkerausgangs 34 wird durch u_A bezeichnet und es gilt u_A = u_C·V, da das elektrische Potential des Kondensators C1 am ersten Verstärkereingang angelegt ist. The electrical circuit 28 also has an amplifier 32 on, which with the resonant circuit 30 is coupled. A first input of the amplifier 32 is here with the resonant circuit 30 connected so that it is supplied with the electric potential u _{C of} the capacitor C1. A second input of the amplifier 32 is connected to ground via a resistor R3. In addition, there is a coupling of the amplifier output 34 with this second input via another resistor R4, so that the gain V of the amplifier 32 by V = 1 + R4 / R3 given is. The amplifier output 34 is also connected via a resistor R1 to the first input of the amplifier 32 and therefore with the resonant circuit 30 or coupled to the capacitor potential u _C. The resonant circuit 30 is thus as with the amplifier 32 formed feedback parallel resonant circuit. The electrical potential of the amplifier output 34 is denoted by u _A and it holds u _A = u _C · V, since the electric potential of the capacitor C1 is applied to the first amplifier input.

Durch die Rückkopplung des Schwingkreises 30 mit dem Verstärker 32 ist die Summe der Ströme in die Spule 16 und in den Kondensator C1 durch den über den Widerstand R1 fließenden Rückstrom gegeben. Hierbei gilt: i_L + C·du_C/dt = (u_A – u_C)/R1 wobei i_L der durch die Spule 16 fließende Strom und C die Kapazität des Kondensators C1 sind. By the feedback of the resonant circuit 30 with the amplifier 32 is the sum of the currents in the coil 16 and into the capacitor C1 through the backflow flowing through the resistor R1. Where: i _L + C · du _C / dt = (u _A - u _C ) / R1 where i _L through the coil 16 flowing current and C are the capacitance of the capacitor C1.

Im Schwingkreis 30 gilt ferner u_C = L·di_L/dt + R_L·i_L wobei L die Induktivität der Prüfstromeinheit 14 bzw. der transformatorischen Verbindung zwischen dieser und der zu untersuchenden Leitung 12 ist. In the resonant circuit 30 also applies u _C = L * di _L / dt + R _L * i _L where L is the inductance of the test current unit 14 or the transformer connection between this and the line to be examined 12 is.

Aus den vorherigen Gleichungen kann eine Differentialgleichung für das Kondensatorpotential u_C(t) hergeleitet werden, welche die allgemeine Form a·d²u_C/dt² + b·du_C/dt + c·u_C = 0 annimmt. Die Lösungen entsprechen gedämpften Schwingungen mit Abklingkonstante δ = b/2a, wobei b = C·R_L – L·(V – 1)/R1 From the previous equations, a differential equation for the capacitor potential u _C (t) can be derived, which is the general form a · d ² u _C / dt ² + b · du _C / dt + c · u _C = 0 accepts. The solutions correspond to damped oscillations with decay constant δ = b / 2a, where b = C * R _L -L * (V-1) / R1

Es kann über den Verstärker 32 ein Betriebsmodus der Erfassungseinheit 22 mit ungedämpften Schwingungen hergestellt werden, indem b = 0 gesetzt wird. Dies entspricht R4/R3 = R1·R_L·C/L (1) It can be over the amplifier 32 an operation mode of the detection unit 22 with undamped oscillations by setting b = 0. This matches with R4 / R3 = R1 * R _L * C / L (1)

Unter dieser Bedingung sind ungedämpfte Schwingungen Lösungen der obigen Differentialgleichung, wobei die Schwingungsfrequenz durch ω₀ = sqrt(1/(L·C) – (R_L/L)²) gegeben ist. Under this condition, undamped oscillations solutions of the above differential equation, wherein the oscillation frequency by ω ₀ = sqrt (1 / (L * C) - (R _L / L) ² ) given is.

Die Schwingungsfrequenz hängt vom Wert des ohmschen Widerstands R_L der Prüfstromeinheit 14 bzw. von der mit der zu untersuchenden Leitung 12 hergestellten transformatorischen Verbindung ab. Die Schwingungsfrequenz ω₀ ist real für Werte von R_L, die die Bedingung R_L < sqrt(L/C) erfüllen. The oscillation frequency depends on the value of the ohmic resistance R _{L of} the test current unit 14 or of the with the line to be examined 12 prepared transformatory compound. The oscillation frequency ω ₀ is real for values of R _L , which is the condition R _L <sqrt (L / C) fulfill.

Für die transformatorische Verbindung mit der elektrischen Leitung 12 gilt R_p = R_s·(n_p/n_s)² wobei R_p und R_s der ohmsche Widerstand der Primärseite bzw. der Sekundärseite der transformatorischen Verbindung sind und n_p/n_s dem Windungszahlenverhältnis entspricht. For the transformer connection with the electrical line 12 applies R _p = R _s * (n _p / n _s ) ² wherein R _p and R _{s are} the ohmic resistance of the primary side and the secondary side of the transformer connection and n _p / n _s corresponds to the Windungszahlverhältnis.

Der Sekundärwiderstand R_s ist durch den Resonanzwiderstand des parallelen Schwingkreises, d.h. die rein ohmsche Resonanzimpedanz des Parallelschwingkreises R_s = Z_r = L/(C·R_L) gegeben. Für den Primärwiderstand R_p ergibt sich folgende Bedingung: R_p > sqrt(L/C)·(n_p/n_s)² (2) The secondary resistance R _s is due to the resonance resistance of the parallel resonant circuit, ie the purely ohmic resonance impedance of the parallel resonant circuit R _s = Z _r = L / (C * R _L ) given. For the primary resistance R _{p the} following condition results: R _p > sqrt (L / C) · (n _p / n _s ) ² (2)

Die Bedingung (2) stellt ein Kriterium für den Primärwiderstand R_p dar, wenn die für das Aufrechterhalten von Schwingungen notwendige Verstärkung (Bedingung (1)) vorliegt. Falls der Primärwiderstand R_p einen Wert unter dem Schwellwert annimmt, sind keine Schwingungen mehr möglich. Dies erfolgt insbesondere dann, wenn die zu untersuchende Leitung 12 Bestandteil einer geschlossenen Stromschleife ist und einen von der Prüfstromeinheit 14 induzierten Prüfstrom leitet. Der stromkreiszugehörige Zustand der Leitung 12 kann demnach durch das Verschwinden der Schwingungen detektiert werden, da das Vorhandensein bzw. das Verschwinden der Schwingungen ein für das Vorhandensein des Prüfstroms charakteristisches Betriebsmerkmal der Erfassungseinheit 22 ist. The condition (2) represents a criterion for the primary resistance R _p when the gain necessary for sustaining vibrations (condition (1)) is present. If the primary resistance R _p assumes a value below the threshold, no more vibrations are possible. This is done especially when the line to be examined 12 Part of a closed current loop is and one of the test current unit 14 induced test current conducts. The circuit-associated state of the line 12 Accordingly, it can be detected by the disappearance of the vibrations, since the presence or the disappearance of the vibrations, a characteristic of the presence of the test current operating characteristic of the detection unit 22 is.

Ein weiteres Kriterium für die Möglichkeit eines Schwingungsmodus des Schwingkreises 30 bzw. der Erfassungseinheit 22 ist über das Verhältnis R4/R3 einstellbar. In diesem Fall wird das Verhältnis R4/R3 derart vorbestimmt, dass eine Verstärkung eingestellt wird, die höher ist, als die für das Aufrechterhalten von Schwingungen benötigte Verstärkung. Dabei gilt R4/R3 > R1·R_L·C/L Another criterion for the possibility of a vibration mode of the resonant circuit 30 or the detection unit 22 is adjustable via the ratio R4 / R3. In this case, the ratio R4 / R3 is predetermined so as to set a gain higher than the gain required for sustaining vibrations. It applies R4 / R3> R1 * R _L * C / L

Das Verhältnis R4/R3 ist in diesem Fall fest eingestellt, sodass die Verstärkung dann nicht mehr ausreicht, wenn der Widerstand R_L den Schwellwert R_L > L/(C·R1)·R4/R3 übersteigt. In diesem Fall klingen die Schwingungen verlustbedingt ab, bis sie verschwinden. Das Steigen des Widerstands R_L erfolgt wie oben erläutert insbesondere bei dem Abfall des Primärwiderstands R_p, sodass der stromkreiszugehörige Zustand der Leitung 12 durch ein Abklingen der Schwingungen und das Verlassen des Schwingungsmodus durch die Erfassungseinheit 22 erfasst werden kann. The ratio of R4 / R3 is fixed in this case so that the gain is no longer sufficient when the resistance R _L the threshold value R _L > L / (C × R 1) × R ₄ / R 3 exceeds. In this case, the vibrations are lost due to loss, until they disappear. The rise of the resistance R _L is carried out as explained above, in particular in the case of the drop of the primary resistance R _p , so that the circuit-associated state of the line 12 by a decay of the vibrations and leaving the vibration mode by the detection unit 22 can be detected.

Das Vorhandensein von Schwingungen ist demnach ein Betriebsmerkmal der Erfassungseinheit 22, welches vom Vorhandensein des Prüfstroms in der zu untersuchenden Leitung 12 abhängt. Über dieses Betriebsmerkmal kann demnach eine Stromkreiszugehörigkeit der elektrischen Leitung 12 erfasst werden. The presence of vibrations is therefore an operating feature of the detection unit 22 which indicates the presence of the test current in the line under test 12 depends. Accordingly, a circuit membership of the electrical line can be via this operating feature 12 be recorded.

Eine Information über eine Stromkreiszugehörigkeit der Leitung 12 wird mittels der Ausgabeeinheit 24 ausgegeben. Ein Schaltkreis dieser Ausgabeeinheit 24 ist in 3 dargestellt. Information about a circuit membership of the line 12 is by means of the output unit 24 output. A circuit of this output unit 24 is in 3 shown.

Die Ausgabeeinheit 24 weist einen Eingang auf, welcher vom Verstärkerausgang 34 der Erfassungseinheit 22 gebildet ist. Die Ausgabeeinheit 24 umfasst eine mit dem Eingang verbundene Diode D1, einen Kondensator C2, einen parallel zu diesem geschalteten Widerstand R5, einen Komparator 36, dessen erster Eingang mit der Diode D1 und dessen zweiter Eingang über einen Widerstand R6 mit der Erde verbunden sind, und eine LED-Diode, die die Anzeigeeinheit 26 bildet und zwischen dem Komparatorausgang und – über einen Widerstand R7 – der Erde geschaltet ist. The output unit 24 has an input coming from the amplifier output 34 the registration unit 22 is formed. The output unit 24 comprises a diode D1 connected to the input, a capacitor C2, a resistor R5 connected in parallel therewith, a comparator 36 whose first input is connected to the diode D1 and whose second input is connected via a resistor R6 to the ground, and an LED diode, the display unit 26 forms and between the comparator output and - via a resistor R7 - the earth is connected.

Im Schwingungsmodus der Erfassungseinheit 22 lädt sich der Kondensator C2 über die Diode D1 auf den positiven Spitzenwert der Schwingungen auf. Der Komparator 36 ist mit mittels des Widerstands R6 derart eingestellt, dass er knapp unterhalb dieses Spitzenwerts schaltet. Sobald die Erfassungseinheit 22 ihren Schwingungsmodus verlässt, wird der Kondensator C2 über den Widerstand R5 entladen und das Verlöschen der LED-Diode zeigt die Detektion einer Stromkreiszugehörigkeitder zu untersuchenden Leitung 12 an. In the vibration mode of the detection unit 22 The capacitor C2 charges via the diode D1 to the positive peak value of the vibrations. The comparator 36 is set by means of the resistor R6 so that it switches just below this peak value. Once the registration unit 22 leaves its oscillation mode, the capacitor C2 is discharged via the resistor R5 and the extinction of the LED diode shows the detection of a circuit affiliation of the line to be examined 12 at.

Beispielhafte Anwendungen der Vorrichtung 10 werden anhand der 4 und 5 erläutert. Exemplary Applications of the Device 10 be based on the 4 and 5 explained.

4 zeigt eine elektrische Verbraucheranlage zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern, mit einem Satz von Steckdosen X5 bis X8. Jeder Steckdose 40 ist jeweils ein Leitungsschutzschalter F2 bis F5 vorgeschaltet und die ganze elektrische Anlage ist mittels eines Fehlerstromschutzschalters F1 geschützt. 4 shows an electrical consumer system for supplying electrical consumers, with a set of sockets X5 to X8. Every outlet 40 in each case a circuit breaker F2 to F5 is connected upstream and the entire electrical system is protected by means of a residual current circuit breaker F1.

Mit Hilfe der Vorrichtung 10 kann eine fehlerhafte Verbindung eines N-Leiters mit der Erde oder einer PE-Leitung detektiert werden, ohne dass ein Abklemmen der N-Leiter nacheinander notwendig ist. Hierzu kann, nach Herstellung einer Verbindung zwischen dem N-Hauptleiter und dem PE-Hauptleiter nach dem Fehlerstromschutzschalter F1, die Vorrichtung 10 sukzessiv an die die Steckdosen X5 bis X8 versorgenden, einzelnen N-Leiter angebracht werden, sodass eine transformatorische Verbindung zwischen dem untersuchten N-Leiter und der Prüfstromeinheit 14 der Vorrichtung 10 hergestellt wird (siehe 1). Im Leerlaufbetrieb der Vorrichtung 10 befindet sich die Erfassungseinheit 22 in deren Schwingungsmodus. Wird ein einwandfreier N-Leiter durch die ringförmige Einheit 18 umschlossen, wird kein Prüfstrom in den N-Leiter eingeprägt, da dieser kein Bestandteil einer geschlossenen Leiterschleife ist. Die Erfassungseinheit 22 wird demnach weiterhin in deren Schwingungsmodus betrieben. Bei einem fehlerhaften N-Leiter ist dieser durch dessen Verbindung mit der Erde oder PE Bestandteil einer geschlossenen Stromschleife, die das Fließen eines Prüfstroms zulässt. Mit der Erzeugung des Prüfstroms verlässt die Erfassungseinheit 22 deren Schwingmodus, wodurch die fehlerhafte Leitung detektiert werden kann. With the help of the device 10 For example, it is possible to detect a faulty connection of an N conductor to earth or to a PE line without the need to disconnect the N conductors one after the other. For this purpose, after establishing a connection between the N main conductor and the PE main conductor after the residual current circuit breaker F1, the device 10 be successively attached to the sockets X5 to X8 supplying, individual N-conductor, so that a transformer connection between the examined N-conductor and the Prüfstromeinheit 14 the device 10 is produced (see 1 ). In idle mode of the device 10 is the registration unit 22 in their vibration mode. If a perfect N-conductor through the annular unit 18 enclosed, no test current is impressed in the N-conductor, since this is not part of a closed loop conductor. The registration unit 22 is therefore still operated in their vibration mode. In the case of a faulty neutral conductor, it is part of a closed current loop through its connection to earth or PE, which allows the flow of a test current. With the generation of the test current leaves the detection unit 22 their vibration mode, whereby the faulty line can be detected.

Bei der Prüfung kann das ganze System geerdet sein, was eine besonders hohe Sicherheit für den Benutzer darstellt. During the test, the whole system can be grounded, which represents a particularly high level of safety for the user.

5 zeigt ein Schienenfahrzeug 40 in einer stark schematisierten Seitenansicht. Es weist einen Wagenkasten 42 und ein Radlager 44 auf. Aus Sicherheitsgründen ist der Wagenkasten 42 über einen Überspannungsableiter 46 und das Radlager 44 mit den Fahrschienen verbunden. Im normalen Betrieb des Schienenfahrzeugs 40 muss der Überspannungsableiter 46 sehr hochohmig sein, um eine Beschädigung des Radlagers 44 durch Triebrückströme zu vermeiden. Nur im Störungsfall wird durch ein Zünden und Verschweißen des Überspannungsableiters 46 eine niederimpedante Verbindung zwischen dem Wagenkasten 42 und den Fahrschienen hergestellt. 5 shows a rail vehicle 40 in a highly schematic side view. It has a car body 42 and a wheel bearing 44 on. For safety reasons, the car body 42 via a surge arrester 46 and the wheel bearing 44 connected to the rails. In normal operation of the rail vehicle 40 must the surge arrester 46 be very high impedance to damage the wheel bearing 44 to avoid by Triebrückströme. Only in case of failure by igniting and welding the surge arrester 46 a low-impedance connection between the car body 42 and the rails produced.

Mittels der Vorrichtung 10 kann der hochohmige Zustand des Überspannungsableiters 46 geprüft werden. Hierzu wird wie oben beschrieben eine transformatorische Verbindung zwischen der Zuleitung zum Überspannungsableiter 46 und der Prüfstromeinheit 14 hergestellt. Ein Abklemmen des Überspannungsableiters 46 ist nicht notwendig. By means of the device 10 can the high-impedance state of the surge arrester 46 being checked. For this purpose, as described above, a transformer connection between the supply line to the surge arrester 46 and the test current unit 14 produced. Disconnecting the surge arrester 46 is not necessary.

Die Vorrichtung 10 kann hierbei wie in 1 gezeigt eine tragbare Einheit sein. In der in 5 betrachteten Ausführung ist die Vorrichtung 10 jedoch eine im Schienenfahrzeug 40 fest eingebaute Einrichtung, wobei eine Verbindung zwischen der Vorrichtung 10 und einer festen Überwachungseinrichtung 48 des Schienenfahrzeugs 40 besteht. Der leitende Zustand des Überspannungsableiters 46 kann demnach permanent vom Schienenfahrzeug 40 aus überwacht werden. The device 10 can hereby like in 1 shown to be a portable unit. In the in 5 considered embodiment is the device 10 but one in the rail vehicle 40 fixed device, with a connection between the device 10 and a fixed monitoring device 48 of the rail vehicle 40 consists. The conductive state of the surge arrester 46 can therefore permanently from the rail vehicle 40 be monitored from.

Claims

Device for testing a circuit association of an electrical line ( 12 ) in an electrical device, with a test current unit ( 14 ), which is provided for generating a test current, which in the case of an existing circuit membership of the line to be examined ( 12 ) can be guided over this, with the line to be examined ( 12 ) to be coupled inductively, and a detection unit ( 22 ), of which at least one operating feature depends on the presence of the test current.

Device according to claim 1, characterized in that the test current unit ( 14 ) during a test procedure with the line to be examined ( 12 ) is connected transformally.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the detection unit ( 22 ) a resonant circuit ( 30 ) and the operating feature depends at least on the presence of vibrations.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the detection unit ( 22 ) of an electrical circuit ( 28 ) is at least partially formed, from which the test current unit ( 14 ) Is an ingredient.

Apparatus according to claim 3 and 4, characterized in that the test current unit ( 14 ) Component of the resonant circuit ( 30 ).

Apparatus according to claim 5, characterized in that the resonant circuit ( 30 ) is designed as a parallel resonant circuit.

Device according to one of claims 3, 5 or 6, characterized in that the resonant circuit ( 30 ) than with an amplifier ( 32 ) is formed feedback circuit.

Apparatus according to claim 7, characterized by an output unit ( 24 ) connected to the amplifier output ( 34 ) connected is.

Device according to one of the preceding claims, characterized by the design as a portable unit.

Device according to claim 9, characterized by manipulable pliers ( 20 ), which in a test procedure, the line to be examined ( 12 ) encloses.

Vehicle, in particular rail vehicle, with a device ( 10 ) according to one of claims 1 to 8 and one with the device ( 10 ) monitoring device ( 48 ).