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Fernsnei sejeinrichtun für Wechsel strom-Parallelsoei sind
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(Zusatz zu Patent . ... (Aktz.: P 28 53 425.0) Die Erfindung bezieht
sich auf eine Fernspeiseeinrichtung für Wechselstrom-Parallelspeisung, bei der wenigstens
eine Gruppe von elektrischen Verbrauchern über Speiseadern wenigstens einer Speiseleitung
an eine gemeinsame Wechselspannungsquelle angeschlossen sind, wobei nach Patent
......... . . (Aktz.: P 28 53 425.0) die Speiseleitung jeweils drei Speiseadern
enthält, von denen eine erste und eine zweite über je eine Wicklung einer Drossel
an ein und denselben Anschluß der Wechselspannungsquelle geführt sind und Verbraucher
jeweils mit einem Anschluß an die dritte Speiseader und mit dem anderen Anschluß
über je eine Wicklung einer weiteren Drossel an die erste bzw. zweite Speiseader
angeschlossen sind und/oder weitere Speiseleitungen jeweils über eine Drossel an
die Speiseleitung angeschlossen sind, wobei die beiden Wicklungen ein und derselben
Drossel jeweils die gleiche Windungszahl haben und mit ungleichnamigen Anschlüssen
zusammengeführt sind. Dabei kann die Drossel ein bewickelter Magnetkern oder eine
gleichwirkende
elektronische Schaltung sein.
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Eine derartige Fernspeiseeinrichtung hat den Vorteil, daß auch bei
relativ großen Speisespannungen, wie sie bei der Speisung von einer einzigen Speisestelle
aus erforderlich sind, ein Personenschutz für den Fall einer.
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unbeabsichtigten Berührung von zwei Speiseadern gewShrleistet ist.
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Die Fernspeiseeinrichtung kann insbesondere dazu dienen, Zwischenverstärkerstellen
in elektrischen Nachrichtenübertragungseinrichtungen mit elektrischer Energie au
versorgen. In manchen Fällen, insbesondere in Verteilnetzen der Nachrichtenübertragungstechnik,
kann es sich dabei als zweck.mäßig erweisen, für die Fernspeisung eigene Ferrspeisekabel
zu verlegen.
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Durch die Teilung je eines Leiters einer symmetrischen einphasigen
einer zwei- oder mehrphasigen Wechselstromleitung in je zwei Leiter a und b, die
durch Symmetrierungsdrosseln miteinander gekoppelt sind, kann die Be rZihrungs spannung
am Rörperwiderstand auf ein ungefährliches Naß vermindert werden. Eine fehlerhafte
Verbindung der ersten und der zweiten Speiseader, die bei gewissen Anwendungsfällen
nicht ganz auszuschließen ist, hebt jedoch die Schutzwirkung der Symmetrierungstransformatoren
auf.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Personenschutz
dadurch noch weiter zu vervollkommnen, daß fehlerhafte Verbindungen zwischen der
ersten und zweiten Speiseader gemeldet werden. Insbesondere soll im Kurzschlußfall
eine selbsttätige Abschaltung der Speisespannung erfolgen.
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Gemäß der Erfindung wird die Fernspeiseeinrichtung zur Lösung dieser
Aufgabe derart ausgebildet, daß eine Speiseeinrichtung zur Einspeisung eines Prüfsignals
in die erste und zweite Speiseader und eine Meßeinrichtung zum Messen der Prüfsignale
vorgesehen ist und daß am Orte der Einspeisung die erste und zweite Speiseader zu.
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mindest für das PrUfsigr.al miteinander verbunden sind.
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Insbesondere sind wenigstens eine der Drosseln mit einer Zusatzwicklung
versehen und eine Speiseeinrichtung zu Einspeisung eines Prüfsignals und eine Meßeinrichtung
zum Messen von Prüfsignalen jeweils an eine Zusatzwicklung angeschlossen.
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Die zwischen Wechselspannungsquelle und Speiseleitung angeordnete
Drossel gewährleistet in Verbindung mit den den Verbrauchern vorgeschalteten weiteren
Drosseln, daß an jeder Stelle der Speiseleitung auf der ersten und zweiten Speiseader
praktisch gleich große Ströme fließen. Für den Fall, daß die auf diese Weise erzielte
Symmetrie der beiden nicht direkt verbundenen Leiter durch eine unzulässige Verbindung
zwischen der ersten und der zweiten Speiseader personenschutzunwirksam werden sollte,
wird dies von der Meßeinrichtung festgestellt und gemeldet, so daß Maßnahme zur
Behebung des Fehlers getroffen werden können.
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Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele
naher erläutert.
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Es zeigen Fig. 1 eine Fernspeiseeinrichtung, bei der an einem in der
Speisestelle vorgesehenen Symmetrieübertrager
eine Einrichtung zum
Einspeisen und Messen von Prüfsignalen angeschlossen ist, Fig. 2 weitere Einzelheiten
der Einrichtung zum Einspeisen und Messen der Prüfsignale, Fig. 3 und 4 Fernspeiseeinrichtungen,
bei denen eine Speiseleitung in mehrere Prüfabschnitte unterteilt ist.
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Die in der Figur 1 gezeigte Fernspeiseeinrichtung dient zur Wechselstrom-Parallelspeisung
der als vollisolierte Geräte aufgebauten Verbraucher 41...44. Die elektrischen Verbraucher
41...44 sind über die als Dreileiterkabel au.5gebildete Speiseleitung 5 an die gemeinsame
Wechselspannungsquelle 1 angeschlossen, die eine konstante Wechselspannung abgibt.
Die Speiseleitung 5 besteht aus drei Speiseadern a, b und c. Die erste und die zweite
Speiseader a bzw. b sind über je eine Wicklung 21a bzw.
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21b der als Symmetrierungsdrossel dienenden Drossel 21 an ein und
denselben Anschluß der Wechselspannungsquelle 1 angeschlossen. Die dritte Speiseader
c ist an den anderen Anschluß der Wechselspannungsquelle 1 und an Ende gelegt.
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Die Verbraucher 41...44 sind jeweils mit einem Anschluß an die dritte
Speiseader c und mit dem anderen Anschluß sowohl an die;erste als auch an die zweite
Speiseader a, b angeschlossen, wobei die Verbindung mit der Speiseader a bzw. b
über je eine Wicklung einer weiteren Drossel 31, 32, 33 bzw. 34 vorgenommen ist.
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Für alle Drosseln 21, 31...34 gilt, daß die beiden Wicklungen eines
Kernes jeweils die gleiche Windungszahl haben. Der Wicklungssinn ist bei den Drosseln
21 und 31...34 so gewählt, daß die beiden Wicklungen zusammen eine angezapfte Symmetriewicklung
bilden, deren
Anzapfung mit dem betreffenden Verbraucher verbunden
ist.
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Die Drosseln werden zweckmäßigerweise derart bemessen, daß der FIagnetisierungsstrom
einen ungefährlichen Wert von insbesondere etwa 9 mA nicht übersteigt.
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Die gszeigte Fernspeiseeinrichtung hat den Vorteil, daß bei einer
Berührung von zwei beliebigen Leitern des Fernspeisekebels über die dadurch geschaffene
Verbindung prak>tisch kein Strom fließen kann und dies unabhängig davon, ob das
Fernspeisekabel gerissen ist oder nicht.
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Diese Tatsache ergibt sich für die verschiedenen§Berührungsfälle aus
den folgenden Zusammenhängen.
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Die Drossel 21 bewirkt als Symmetriedrossel, daß in die beiden Speiseadern
a und b praktisch gleich große und gleichphasige Wechsel ströme eingespeist werden.
Andererseits wird durch die ebenfalls als Symnetrierungsdrosseln wirkenden Drosseln
31...34 erreicht, daß die Verbraucher 41...44 ihren Strom jeweils praktisch zur
Hälfte der ersten Speiseader a und der zweiten Speiseader b entnehmen.
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Werden zwei der Speiseadern, z.B. der Leiter a und der geerdete Leiter
c, über eine Impedanz, z.B. einen Körperwiderstand der Größe 2 k Q , miteinander
verbunden, eo kann über diese Impedanz praktisch kein Strom fließen.
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Dies gilt auch für den Fall, daß beide Leiter a und b unterbrochen
oder hinter der Impedanz eine oder mehrere Speiseadern abgerissen sind.
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Voraussetzung hierfür ist allerdings, daß die erste und zweite Speiseader
nicht fälschlich miteinander verbunden werden und auf diese Weise die Schutzwirkung
der
Symmetrierungsdrosseln verlorengeht. Die in Fig. 1 gezeigte
Anordnung ermöglicht es, einen derartigen Fehler festzustellen und auszuwerten.
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Der am Leitungsanfang gelegene Transformator 21 hat eine Zusatzwicklung
21d. An dieser Zusatzwicklung 21d ist eine Schutzschaltung 9 angeschlossen, die
in Fig. 2 näher dargestellt ist. DieSchutzschaltung 9 besteht gemäß Fig. 2 aus einem
Generator 75 für die PrUfwechselspannung, aus einer Strommeßschaltung 72 mit Ansprechschwelle
und einem Hochpaß, dargestellt durch den Kondensator 71. Kondensator 71, Strommeßschaltung
72 und Prüfspannungsgenerator 73 sind in Serie geschaltet.
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Der Hochpaß erlaubt das Einkoppeln der Prüfwechselspannung und sperrt
die Spannung m.t der Betriebsfrequenz der Speisequelle 1, die im Falle eines ErdschluscesS
z.B. zwischen Punkt B und Erde, am Transformator 21 liegt. Der in Serie zur Speisequelle
1 angeordnete Schalter 81 wird durch die Strommeßschaltung 72 betätigt.
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Die Frequenz der Prüfwechselspannung beträgt ein Vielfaches der Betriebsfrequenz
der Speisequelle 1. Ferner ist die Amplitude der Prüfwechselspannung wenigstens
eine Größenanordnung kleiner als die Amplitude der Betriebsspannung, und zwar für
die an der Wicklung 21a oder 21b auftretenden Spannungen. Die Frequenz der Prüf
spannung wird jedoch nur so hoch gewählt, daß der Blindwiderstand der Kapazitäten
zwischen den Leitern a und b und zwischen den Wicklungen der im Prüfstromkreis wirksamen
Symmetrierungstransformatoren bzw. Drosseln 21...23, 31...34 wesentlich über dem
Widerstand der Leiterschleife a, b liegt.
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Der eingekoppelte Prüfstrom ist klein, solange die Leiter a und b
nur über die Transformatoren 31...34 verbunden sind. Kommt dagegen eine fehlerhafte
Verbindung der geteilten Leiter a und b z.B. zwischen den Punkten A und B in Fig.
1 zustande, dann steigt der eingekoppelte Prüfstrom merklich an. Die Strommeßschaltung
92 stellt dies fest und löst das Öffnen des Schalters 10 aus, der in Serie zu Betriebsspeisequelle
1 angeordnet ist. Die Betriebsspeisequelle 1 wird daher selbsttätig abgeschaltet,
wenn die Schutzwirkung der Transformatoren aufgehoben ist.
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Sofern der Prüfspannungsgenerator 93 hochohmig ausgeführt ist, wird
eine fehlerhafte Verbindung der Leiter a und b nicht durch Prüf strom-, sondern
durch Prüfspannungsmessung festgestellt.
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Für Anwendungsfälle, bei denen der mit Hilfe der Drossel 21 erzielte
Grad der Ubereinstimmung für die auf den Leitern a und b fließenden Ströme noch
nicht ausreicht bzw. durch Kabelkapazitäten oder dergleichen beeinträchtigt wird,
ist es zweckmäßig, im Zuge der beiden Speiseadern und b wenigstens eine weitere
Drossel anzuordnen.
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Fig. 3 zeigt eine Fernspeiseeinrichtung, bei der im Zuge der Speiseleitung
5 zwei weitere Drosseln 22 und 23 vorgesehen sind. Diese Drosseln 22 und 23 sind
jeweils in zwei Teildrosseln 221, 222 bzw. 232 aufgeteilt.
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Jede der Teildrosseln 221, 222 ; 231, 232 besitzt zwei Wicklungen
gleicher Windungszahl, die gleichsinnig in Serie geschaltet sind und von denen jeweils
eine in der a-Ader und die andere in der b-Ader angeordnet ist.
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Zwischen den Symmetriemitten zweier zusammengehörender Teildrosseln
221, 222 bzw. 231, 232 ist jeweils ein Schalter 82 bzw. 83 eingefügt, mit dessen
Hilfe der nachfolgende Speiseabschnitt der Fernspeiseeinrichtung abgeschaltet werden
kann.
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Die am Anfang eines Speiseabschnittes befindliche Teildrossel 222
bzw. 232 ist jeweils mit einer Zusatzwicklung versehen, an die eine Speise- und
Meßeinrichtung 92 bzw. 93 angeschlossen ist. Die Speise- und Meßeinrichtung öffnet
jeweils den der bctrefffenden Teildrossel vorgeschalteten Schalter 82 bzw. 83 für
den Fall, daß ein Kurzschluß im nachfolgenden Speiseabschnitt festgestellt wird.
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Der erste Speiseabschnitt beginnt mit der Drossel 21.
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Mit jeder weiteren Drossel 22 bzw. 33 beginnt ein neuer Speiseabschnitt.
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Bei der Fernspeiseeinrichtung nach Fig. 4 ist in jedem troerwachungsabschnitt
eine einem Verbraucher vorgeschaltete Drossel 32 bzw. 33 mit einer Zusatzwicklung
versehen. An die Zusatzwicklung der Drossel 32 bzw. 33 ist die Einspeise- und Meßeinrichtung
92' bzw. 93' angeschlossen. Beide Einrichtungen 92' und 93' sind mit einer Meldeleitung
an die Speisestelle 10 geführt.
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Außerdem ist in der Speise stelle 10 die Einspeise- und iteßeinrichtung
für den ersten Prüfabschnitt vorgesehen.
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Meldet eine der drei Einrichtungen 91, 92' oder 93' einen Kurzschluß,
so wird das Relais 94 in der Speisestelle 10 betätigt und der in Serie zurWechselstromquelle
1 angeordnete Schalter 81 geöffnet, so das die durch den fehlerhaften Kurzschluß
bedingte Gefahr selbsttätig beseitigt wird.
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Anstelle einer Abschaltung der gesamten Speiseleitung kann durch die
Einrichtung 92' und 93' jeweils eine z.B. zweiadrige Abschaltung des zugehörigen
Uberwachungsabschnittes ausgelöst werden.
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Es gibt Nachrichten-, insbesondere Fernseh-Verteilsysteme, bei denen
eine Vielzahl von Teilnehmern über ein baumartiges Verteilnetz an eine gemeinsame
Zentrale angeschlossen sind. Sieht man zur Fernspeisung der in einet solchen Verteilnetz
erforderlichen Zwischenverstärkerstellen ein entsprechend aufgebautes und nur von
der Zentrale aus gespeisten Fernspeisenetzes vor, so kann man, was in den Figuren
nicht naher dargestellt ist, die Speiseleitung 5 als Staitunleitung eines baumartigen
Fernspeisenetzes verwenden und an beliebigen Stellen der Stammleitung 5 Zweigleitungen
für weitere Gruppen von Verbrauchern anschließen. Hierfür genügt es, die Zweigleitungen
jeweils über eine weitere Drossel derart an die Stammleitung anzuschließen, daß
von den drei Speiseadern der Zweigleitung die erste und die zweite über je eine
Wicklung der Drossel an die erste bzw. zweite Speiseader a, b der Stammeleitung
angeschlossen wird und die Speiseadern c unmittelbar zusammengeführt werden.
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Auch in diesem Fall haben die Wicklungen der Drossel die gleiche Windungszahl
und bewirken einander entgegengesetzt gerichtete Durchflutungen im Drosselkern.
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Sie sind bei der Bemessung der Prüffrequenz in gleicher Weise wie
die Drosseln 31...34 zu brücksichtigen und für den Anschluß einer Schutzschaltung
an eine Zusatzwicklung ebenfalls geeignet.
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11 Patentansprüche 4 Figuren