DE2901358C3 - Fernspeiseeinrichtung für Wechselstrom-Parallelspeisung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fernspeiseeinrichtung für Wechselstrom-Parallelspeisung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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 unbeabsichtigten Berührung von zwei Speiseadern gewährleistet ist

Die Fernspeiseeinrichtung kann insbesondere dazu dienen, Zwischenverstärkerstellen in elektrischen Nachrichtenübertragungseinrichtungen mit elektrischer Energie zu versorgen. In manchen Fällen, insbesondere in Verteilnetzen der Nachrichtenübertragungstechnik, kann es sich dabei als zweckmäßig erweisen, für die Fernspeisung eigene Fernspeisekabel zu verlegen.

Durch die Teilung je eines Leiters einer symmetrischen einphasigen einer zwei- oder mehrphasigen Wechselstromleitung in je zwei Liter a und b, die durch Symmetrierungsdrosseln miteinander gekoppelt sind, kann die Berührungsspannung am Körperwiderstand auf ein ungefährliches Maß vermindert werden. Eine fehlerhafte Verbindung der ersten und der zweiten Speiseader, die bei gewissen Anwendungsfällen nicht ganz auszuschließen ist, hebt jedoch die Schutzwirkung der Symmetrier-Drosseln auf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Personenschutz dadurch noch weiter zu vervollkomm-

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nen, daß fehlerhafte Verbindungen zwischen der ersten und zweiten Speiseader gemeldet werden. Insbesondere soll im Kurzschlußfall eine selbsttätige Abschaltung der Speisespannung erfolgen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst

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 -weiten Speiseader praktisch gleich große Ströme fließen. Für den Fall, daß die auf diese Weise erzielte Symmetrie die 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 Maßnahmen zur Behebung des Fehlers getroffen werden können.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird anhand der in den Figuren ■ dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert

Es zeigen

F i g. 1 eine Fernspeiseeinrichtung, bei der an einer in ' der Speisestelle vorgesehenen Symmetrier-Drossel eine Einrichtung zum Einspeisen und Messen von Prüfsignalen angeschlossen ist,

Fig.2 weitere Einzelheiten der Einrichtung zum Einspeisen und Messen der Prüfsignale,

F i g. 3 und 4 Fernspeiseeinrichtungen, bei denen eine Speiseleitung in mehrere Prüfabschnitte unterteilt ist

Die in der F i g. 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 ausgebildete 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. 216 der als Symmetrierungsdrossel dienenden Drossel 21 an ein und denselben Anschluß der Wechselspannungsquelle ί angeschlossen. Die dritte Speiseader c ist an den anderen Anschluß der Wechselspannungsquelle 1 und an Ende gelegt.

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

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

Die Drosseln werden zweckmäßigerweise derart bemessen, daß der Magnetisierungsstrom einen ungefährlichen Wert von insbesondere etwa 9 mA nicht übersteigt

Die gezeigte Fernspeiseeinrichtung hat den Vorteil, daß bei einer Berührung von zwei beliebigen Leitern des Fernspeisekabels über die dadurch geschaffene Verbindung praktisch kein Strom fließen kann und dies unabhängig davon, ob das Fernspeisekabel gerissen ist oder nicht Diese Tatsache ergibt sich für die verschiedenen Berührungsfälle aus den folgenden Zusammenhängen.

Die Drossel 21 bewirkt als Symmetriedrossel, daß in die beiden Speiseadern a und b praktisch gleich große und gleichphasige Wechselströme eingespeist werden. Andererseits wird durch die ebenfalls als Symmetrierungsdrosseln 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.

Werden zwei der Speiseadern, z. B. der Leiter a und der geerdete Leiter c, über eine Impedanz, z. B. einen Körperwiderstand der Größe 2 kQ, miteinander verbunden, so kann über diese Impedanz praktisch kein Strom fließen. Dies gilt auch für den Fall, daß beide Leiter a und b unterbrochen oder hinter der Impedanz eine oder mehrere Speiseadern abgerissen sind.

Voraussetzung hierfür ist allerdings, daß die erste und zweite Speiseader nicht fälschlich miteinander verbunden werden und auf diese Weise die Schutz wirkung der Symmetrierungsdrosseln verlorengeht Die in F i g. 1 gezeigte Anordnung ermöglicht es, einen derartigen Fehler festzustellen und auszuwerten.

Die am Leitungsanfang gelegene Drossal 21 hat eine Zusatzwicklung 21 d An dieser Zusatzwicklung 21c/ist eine Schutzschaltung 9 angeschlossen, die in Fig.2 näher dargestellt ist Die Schutzschaltung 9 besteht gemäß Fig.2 aus einem Generator 73 für die Prüfwechselspannung, 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. Der Hochpaß erlaubt das Einkoppeln der Prüfwechselspannung und sperrt die Spannung mit der Betriebsfrequenz der Speisequelle 1, die im Falle eines Erdschlusses, z. B. zwischen Punkt Bund Erde, am Transformator 21 liegt. Der in Serie zur Speisequelle 1 angeordnete Schalter 81 wird durch die Strommeßschaltung 72 betätigt.

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 21 b auftretenden Spannungen. Die Frequenz der Prüfspannung 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 Symmetrier-Drosseln 21 ... 23, 31 ... 34 wesentlich über dem Widerstand der Leiterschleife a, b liegt.

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 F i g. 1 zustande, dann steigt der eingekoppelte Prüfstrom merklich an. Die Strommeßschaltung 72 stellt dies fest und löst das öffnen des Schalters 81 aus, der in Serie zu Betriebsspeisequelle 1 angeordnet ist Die Betriebsspeisequelle 1 wird daher selbsttätig abgeschaltet, wenn die Schutzwirkung der Drosseln aufgehoben ist.

Sofern der Prüfspannungsgenerator 73 hochohmig ausgeführt ist, wird eine fehlerhafte Verbindung der Leiter a und b nicht durch Prüfstrom-, sondern durch Prüfspannungsmessung festgestellt.

Für Anwendungsfälle, bei denen der mit Hilfe der

Drossel 21 erzielte Grad der Übereinstimmung 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 a und b wenigstens eine weitere Drossel anzuordnen. 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, 231, 232 aufgeteilt. Jede der Teildrosseln 221, 222; 231,232 besitzt zwei Wicklungen 221a, b; 222a, b; 231a, b; 232a, b gleicher Windungszahl, die gleichsinnig in Serie geschaltet sind und von denen jeweils eine in der a-Ader und die andere in der ö-Ader angeordnet ist 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.

Die am Anfang eines Speiseabschnittes befindliche Teildrossel 222 bzw. 232 ist jeweils mit einer nicht bezeichneten Zusatzwicklung versehen, an die eine Speise- und Meßeinrichtung 92 bzw. 93 angeschlossen ist Die Speise- und Meßeinrichtung 92; 93 öffnet jeweils den der betreffenden Teildrossel vorgeschalteten Schalter 82 bzw. 83 für den Fall, daß ein Kurzschluß im nachfolgenden Speiseabschnitt festgestellt wird.

Der erste Speiseabschnitt beginnt mit der Drossel'21. Mit jeder weiteren Drossel 22 bzw. 23 beginnt ein neuer Speiseabschnitt.

Bei der Fernspeiseeinrichtung nach Fig.4 ist in jedem Überwachungsabschnitt 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 Außerdem ist in der Speisestelle 10 die Einspeise- und Meßeinrichtung für den ersten Prüfabschnitt vorgesehen. 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 zur Wechselstromquelle 1 angeordnete Schalter 81 geöffnet, so daß die durch den fehlerhaften Kurzschluß bedingte Gefahr selbsttätig beseitigt wird.

Anstelle einer Abschaltung der gesamten Speiseleitung'kann durch die Einrichtung 92' und 93' jeweils eine z. B." zweiadrige Abschaltung des zugehörigen Überwa-ο chungsabschnittes ausgelöst werden.

Es gibt Nachrichten-, insbesondere Fernseh-Verteilsyste'me, bei denen eine Vielzahl von Teilnehmern über ein baumartiges Verteilnetz an eine gemeinsame Zentrale angeschlossen sind. Sieht man zur Fernspeisung der in einem solchen Verteilnetz erforderlichen Zwischenverstärkersteiien ein entsprechend aufgebautes und nur von der Zentrale aus gespeisten Fernspeisenetzes vor, so kann man, was in den Figuren nicht näher¹ dargestellt ist die Speiseleitung 5 als Stammleitung 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 Drossel derart an die Stammleitung anzusehließen, daß von den drei Speiseadern der Zweigleitung die erste und die zweite über je eine "Wicklung der Drossel an die erste bzw. zweite Tspeiseader a, b der Stammleitung angeschlossen wird und die Speiseadern c unmittelbar zusammengeführt

werden. -'

Auch in diesem Fall haben die Wicklungen der Drossel die gleiche Windungszahl und bewirken einander entgegengesetzt gerichtete Durchflutungen im Drosselkern. Sie sind bei der Bemessung der Prüffrequenz in gleicher Weise wie die weiteren Drosseln 31... 34 zu berücksichtigen und für den Anschluß einer Schutzschaltung an eine Zusatzwicklung ebenfalls geeignet

Hierzu 3 Biatt Zeichnungen

Claims (10)

29 Ol 358 Patentansprüche:

1. Fernspeiseeinrichtung für Wechselstrom-Parallelspeisung, bei der wenigstens eine Gruppe von elektrischen Verbrauchern über Speiseadern wenigstens einer Speiseleitung an eine gemeinsame Wechselspannungsquelle angeschlossen sind, wobei 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 goführt sind und die 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 Speiseleitung«™ jeweils über eine Drossel at« die Speiseleitung angeschlossen sind, wobei die beiden Wicklungen ein und derselben Drossel zwecks Symmetrierung jeweils die gleiche Windungszahl haben und mit ungleichnamigen .Anschlüssen zusammengeführt sind, nach Patentanmeldung P 28 53 425.0-32, dadurch gekennzeichnet, daß eine Speiseeinrichtung zur Einspeisung eines Prüfsignals, dessen Frequenz ein Vielfaches der Betriebsfrequenz der Wechselspannungsquelle beträgt, in die erste und zweite Speiseader und eine Meßeinrichtung zum Messen der Prüfsignale vorgesehen sind, daß am Orte der Einspeisung die erste und zweite Speiseader zumindest für das Prüfsignal miteinander verbunden sind und daß ein dem Fehlerfall zugeordnetes Meßergebnis als Kriterium für eine Fehlermeldung und/oder eine Abschaltung der Wechselspannungsquelle dient.

2. Fernspeiseeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Drosseln (21) oder der weiteren Drosseln (32,33) mit mindestens einer Zusatzwicklung (2Id) versehen ist, und daß eine Speiseeinrichtung (73) zur Einspeisung des Prüfsignals und eine Meßeinrichtung (72) zum Messen der Prüfsignale jeweils an eine eigene oder an eine gemeinsame Zusatzwicklung (2Id) angeschlossen sind.

3. Fernspeiseeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseeinrichtung (73) und die Meßeinrichtung (72) an eine Zusatzwicklung (2Id) der mit der Wechselspannungsquelle (1) verbundenen Drossel (21) angeschlossen sind.

4. Fernspeiseeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der weiteren in den Speiseadern (a, b) liegenden Drosseln (22, 23) in zwei selbständige, einpolige miteinander verbundene Teildrosseln (221,222; 231, 232) unterteilt ist und daß wenigstens eine der Teildrosseln (222,232) mit einer Zusatzwicklung und einer daran angeschlossenen Speise- und Meßeinrichtung (92,93) versehen ist (F i g. 3).

5. Fernspeiseeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall, daß bei den an ein und denselben Anschluß der Wechselspannungsquelle (1) angeschlossenen Speiseadern (a, b) wenigstens eine weitere in den Speiseadern (a, b) liegende Drossel (22, 23) angeordnet ist, jedem der zwischen zwei benachbarten weiteren in den Speiseadern (a, b) liegenden Drosseln (22, 23) vorhandenen Abschnitte der Speiseleitung (5) eine eigene, an eine Zusatzwicklung einer einem Ver-

braucher (42, 43) vorgeschalteten weiteren Drossel (32,33) angeschlossene Speise- und Meßeinrichtung (92', 93') zugeordnet ist (F i g. 4). :

6. Fernspeiseeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie zur V/echselspannungsquelle (1) ein Schalter (8i) angeordnet ist, der durch wenigstens eine Meßeinrichtung (9) bei einem Kurzschluß geöffnet wird.

7. Fernspeiseeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die einpolige Verbindung der beiden Teildrosseln (221,222; 231,232) ein Schalter (82; 83) eingefügt ist, der durch die an eine der Teildrosseln (222, 232) angeschlossene Meßeinrichtung (92,93) bei einem Kurzschluß geöffnet wird.

8. Fernspeiseeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß, bezogen auf die in die erste und die zweite Speiseader (a; b) eingefügten Drosselwicklungen (21a, 2\b), die Amplitude der Prüfwechselspannung wenigstens eine Größenordnung kleiner als die Amplitude der Betriebswechselspannung ist.

9. Fernspeiseeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Prüfwechselspannung derart bemessen ist, daß der Blindwiderstand der zwischen der ersten und zweiten Speiseader (a, b) und zwischen den Wicklungen der weiteren Drossein (31... 34) wirksanen Kapazität wesentlich größer als der Widerstand der aus der ersten und zweiten Speiseader (a, ty gebildeten Leiterschleife ist

10. Fernspeiseeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein in Serie zur Betriebswechselspannungsquelle (1) angeordneter Schalter (81) durch die Einrichtungen (92', 93') zum Messen der Prüf signale bei einem Kurzschluß geöffnet wird.