DE29514390U1

DE29514390U1 - Schaltungsanordnung zur Gleichstrom-Einkopplung in ein Wechselspannungsnetz

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Publication number: DE29514390U1
Application number: DE29514390U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1995-09-07
Filing date: 1995-09-07
Publication date: 1997-01-16
Anticipated expiration: 2005-09-08

Description

Beschreibung

Schaltungsanordnung zur Gleichstrom-Einkopplung in ein Wechselspannungsnetz
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Gleichstrom-Einkopplung in ein Wechselspannungsnetz als Ersatz für einen Drosselbaustein, der in Kombination mit einem Überbrückungskondensator in die Ausgangsleitung geschaltet ist. Eine solche Schaltungsanordnung soll insbesondere als Erdfehlerstrom-Detektor bei Serienkreisen von Flugfeldbefeuerungsanlagen Verwendung finden.

Sogenannte Befeuerungsanlagen als Beleuchtungseinrichtung für Flugfelder haben üblicherweise Serienstromkreise, um bei den transformatorisch angekoppelten Lampenstromkreisen der Beleuchtungseinrichtung jeweils die gleiche Intensität für alle Lampen-Einheiten eines Serienstromkreises zu erhalten, wobei wesentlich ist, daß der gleiche Strom durch die in Serie geschalteten Lampen fließt. Die Last durch solche Stromkreise beträgt üblicherweise zwischen einigen 100 W bis zu 70 kW, wobei die Arbeitsspannung für derartige Serienkreise bis zu 5000 V Wechselspannung erreichen kann.

Für die Praxis in Flugfeldbefeuerungsanlagen sind aus Sicherheitsgründen die Lampen gegenüber dem Serienstromkreis durch Isolationstransformatoren mit festgelegtem Stromwandlungsverhältnis isoliert . Gefordert wird dabei, auch bei Fehlern einer oder mehrerer Lampen, beispielsweise Bruch des FiIamentes, elektrisch unveränderte Verhältnisse zu behalten.

Wenn auf Flugfeldern die Kabel unterirdisch geführt werden, kann es durch Fehler in der Kabelisolation zu gefährlichen Situationen für die Bedienpersonen kommen. Fehlfunktionen in der elektrischen Ausrüstung wie unter anderem bei anderen Kabeln, Lampen, Verbindungsklemmen od. dgl. und Verringerung

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des Lampenstromes können zu Parallelströmen im Serienstromkreis führen.

Für die vorstehend beschriebenen Anwendungszwecke werden bereits üblicherweise Fehlerstrom-Detektoren genutzt, die den Kabelisolationswiderstand der Serienstromkreise durch Erfassung von Gleichstrom-Leckströmen bestimmen, welche durch eine Gleichstromquelle erzeugt werden. Dabei wird von bekannten genau definierten internen Widerständen, die zwischen dem Serienstromkabel und dem Kabelschirm bzw. Erde bestehen, ausgegangen .

Zur Realisierung des geschilderten Fehlerstrom-Meßkreises wird bisher eine Schaltungsanordnung mit einer Hochspannungsdrossel verwendet, mit der verhindert wird, daß Wechselströme in den Meßkreis gelangen. Nachteilig ist dabei, daß die Ausgestaltung derartiger Drosseln mit dem Magnetstromkreis dem Isolationsmaterial und den Windungen auf die Arbeitsspannung angepaßt werden muß. Solche Drosseln sind daher voluminös und 0 insgesamt aufwendig.

Bei letzterer Anordnung müssen die Hilfsstromkreise vor Erwärmungen bewahrt werden. Weiterhin müssen etwaige Sättigungseffekte des magnetischen Stromkreises durch Leckströme verhindert werden. Schließlich ist insbesondere der Gleichspannungswiderstand der Drossel im Hinblick auf die hohen Spannungen nicht vernachlässigbar. Da die Drosselwindungen üblicherweise aus Kupfer bestehen, ist der den Widerstand begrenzende Strom temperaturabhängig. Davon abgesehen realisiert eine Drossel zur Hochspannungskopplung eine induktive Komponente, weshalb bei plötzlichen Stromunterbrechungen in die Drossel Hochspannungsspitzen induziert werden,was zu Problemen im Umfeld führen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung zum Ersatz des bekannten Drosselbausteines zu schaffen.

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Die Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art durch wenigstens einen Serienkreis-Widerstand gelöst, wobei der Kondensator im Ausgangskreis als Pufferkondensator in seiner Kapazität an den Widerstand entsprechend angepaßt ist. Vorzugsweise sind zwei mit je einem Pufferkondensator überbrückte Serienkreis-Widerstände hintereinandergeschaltet.

Mit einer derartigen, einem Tiefpaß entsprechenden Schaltung lassen sich in an sich bekannter Weise Wechselströme erfolgreich herausfiltern. Durch den Ersatz der Drossel durch Widerstände ergibt sich aber nunmehr für den spezifischen Anwendungszweck eine wesentliche Volumenverringerung und darüber hinaus eine Preisreduktion mit vergleichbarer oder besserer Unterdrückung der Welligkeit. Versuche haben ergeben, daß eine etwa 1 %-Stabilität über einen Temperaturbereich von 100⁰C erhalten werden kann, wobei übliche ohm'sche Widerstände verwendet werden. Die bei der Verwendung ohm*scher Widerstände bei Hochspannung fließenden Ströme erzeugen zwar ebenfalls Wärme. Im erfindungsgemäßen Schaltungsaufbau mit einem oder mehreren Widerständen kann die Stromwärme aber in einfacherer Weise als bei Induktivitäten abgeführt werden.

Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Verwendung bei Serienkreisen von Flugfeldbefeuerungsanlagen, aber auch bei anderen Mittel- oder Niederspannungsanlagen. Es ergeben sich gegenüber dem Stand der Technik beachtliche Einsparungen.

Neben der Erdfehler-Detektion ist die Schaltungsanordnung zur Gleichstrom-Einkopplung beispielsweise bei der Einspeisung von analogem oder digitalem Datentransfer für Meldungen oder Schalthandlungen geeignet.

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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigen

Figur 1 eine neue Schaltungsanordnung zur

Gleichstromeinkopplung in ein Wechselspannungsnetz, Figur 2 den diesbezüglichen Teil der Figur 1 mit zwei

hintereinandergeschalteten Serien-Widerständen und zugehörigen Kondensatoren.
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In Figur 1 stellt 1 eine Gleichstromquelle dar, beispielsweise für 500 V. Mit 2 ist der Innenwiderstand der Stromquelle bezeichnet. Ein von einer solchen Stromquelle erzeugter Gleichstrom soll in ein Hochspannungsnetz für Wechselströme eingespeist werden. Das Netz ist beispielsweise bei Befeuerungsanlagen für Flugfelder vorgesehen, bei dem eine große Anzahl von Lampen mit durchgehend gleicher Helligkeit betrieben werden müssen. Ein dafür geeigneter Stromkreis ist in Figur 1 mit 10 bezeichnet, wobei dort die Wechselspannungsquelle nicht dargestellt ist. Beispielsweise können dafür Schaltungsanordnungen entsprechend der älteren deutschen Patentanmeldung P 43 44 286.2 oder der Gebrauchsmusteranmeldung G 93 19 889.2 verwendet werden.

An das Wechselspannungsnetz sind über identische, jeweils isolierte Trenntransformatoren 11 bis 19 einzelne Sekundärkreise transformatorisch ausgekoppelt, in denen sich jeweils Lichtquellen 21 bis 29 befinden.

Beim Stand der Technik wurde als Drosselbaustein jeweils eine Spule mit Induktivität Ll zwischen dem Netz der Gleichspannungsquelle 1 und dem Hochspannungsnetz 10 geschaltet, wobei der Ausgang des Gleichspannungsnetzes mit einer an die Induktivität Ll angepaßten Kapazität Cl überbrückt wurde. Nunmehr wird statt dessen ein Begrenzungselement mit ohmschem Widerstand R3 verwendet, dem im Ausgangskreis eine entsprechend

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angepaßte Kapazität C3 als Pufferkondensator zugeordnet ist. Damit wird erreicht, daß sich aus dem Wechselspannungskreis praktisch kein durch die Hochspannung bewirkter Wechselstrom in den Serienstromkreis einprägt. Bei Erdschlußfehlern entsteht dagegen ein geschlossener Strompfad, der im Meßkreis erfaßt werden kann. Ein Maß dafür ist die über dem Quellenwiderstand 2 abfallende Spannung.

Durch Überbrückung des Meßkreises mit dem Pufferkondensator lassen sich Leckströme mit Wechselspannung ebenfalls erfassen. Insgesamt wirkt die Kombination des Widerstandes R3 und des Kondensators C3 als Filter bzw. Tiefpaß.

Für ein spezifisches Beispiel kann gezeigt werden, daß der Widerstand R3 einen ohmschen Widerstand zwischen 2000 und 3 000 k&OHgr; haben sollte und der Kondensator eine Kapazität C3 zwischen 0,5 und 1 pF. Speziell Werte des Widerstandes von 2500 kQ und der Kapazität von 0,68 pF haben sich für die gegebenen Verhältnisse als geeignet erwiesen. 20

In der Figur 2 ist die Schaltungsanordnung gemäß Figur 1 so weitergebildet, daß zwei einzelne aufeinanderfolgende Widerstands-/Kondensatorstufen vorhanden sind, die ohmsche Widerstände R4a und R4b und Kapazitäten C4a und C4b haben. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist zusätzlich ein Meßgerät 3 vorhanden, mit dem als Signal der Strom über den Widerstand 2 erfaßt wird, der bei einem Isolationsfehler dem Erdstrom I entspricht.

0 Es kann gezeigt werden, daß bei derartigen RC-Gliedern zur Verwendung in einem Serienstromkreis mit beispielsweise 5000 V Wechselstrom bei beispielsweise 50 Hz dann eine geeignete Spannungswelligkeit erhalten wird, wenn Widerstände und Kondensatoren mit folgenden Werten verwendet werden:

R4a = 2200 kQ, C4a = 0,68 uF/630 V,

R4b = 300 kQ, C4b = 0,68 uF/630 V.

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Daraus ergibt sich im angegebenen Beispiel eine Welligkeit von 10,64 V Wechselstrom über C4a und 0,17 V Wechselstrom über C4b. Dieser Wert liegt erheblich unter dem Wert, der mit bekannten Hochspannungs-Drosselspulen erzielt wurde. 5

Insbesondere mit der zweifachen Filterung der Wechselspannung gemäß Figur 2 wird eine erhebliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik erreicht, wobei der Aufwand in Grenzen bleibt. Selbstverständlich sind auch drei- oder mehrfache Filter möglich.

Die beschriebenen Schaltungsanordnungen wurden im einzelnen für den Einsatz bei Flugfeldbefeuerungsanlagen ausgelegt. Neben dieser bevorzugten Anwendung ist aber auch ein Einsatz bei Straßenbeleuchtungsnetzen möglich und sinnvoll.

Beispielsweise läßt sich eine solche Anordnung gemeinsam mit einer Kalibrierschaltung zu einer Baueinheit zusammenfassen, die aus einer Zwei-Etagenplatine besteht. Dabei ist die eine Platine für die Hochspannung und die andere Platine für die Niederspannung vorgesehen. Bei einem solchen Aufbau ist gleichermaßen für eine genügende Wärmeabfuhr bei den Widerständen gesorgt.

Claims

95 83&dgr;5&dgr; j j .·*·: j5..:.5..:5". Schutzansprüche

1. Schaltungsanordnung zur Gleichstrom-Einkopplung in ein Wechselspannungsnetz als Ersatz für einen Drosselbaustein, dem im Ausgangskreis ein Kondensator zugeordnet ist, gekennzeichnet durch wenigstens einen Widerstand (R3; R4a, R4b), wobei der Kondensator im Ausgangskreis als Pufferkondensator in seiner Kapazität (C3, C4a, C4b) an den Widerstand (R3, R4a, R4b) angepaßt ist. 10

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Widerstand (R3) einen ohmschen Widerstand zwischen 2000 und 3000 kQ und der Kondensator eine Kapazität zwischen 0,5 und 1 uF hat.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Widerstand (R3) einen ohmschen Widerstand von etwa 2500 kQ und der Kondensator

(C3) eine Kapazität von etwa 0,68 pF hat. 20

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zwei je mit einem Pufferkondensator {C4a, C4b) überbrückte Serienkreis-Widerstände (R4a, R4b) hintereinandergeschaltet sind.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß von den hintereinandergeschalteten Widerstands-Kondensator-Stufen (R4a, C4a; R4b, C4b) der erste Widerstand (R4a) einen Wert von etwa 2200 kQ und der erste Kondensator eine Kapazität von etwa 0,68 ]iF hat, während der zweite Widerstand (R4b) einen ohmschen Widerstand von etwa 300 kQ und der zweite Kondensator (C4b) eine Kapazität von etwa 0,68 uF hat.

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6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet in der Verwendung bei Serienkreisen von Flugfeldbefeuerungsanlagen.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet in der Verwendung bei Straßenbeleuchtungsnetzen.