DE3204698A1

DE3204698A1 - Ueberwachungsschaltung zum schutz von auf einer mehrzahl von fuessen abgestuetzten einrichtungen, insbesondere hochspannungsleitungsmasten

Info

Publication number: DE3204698A1
Application number: DE19823204698
Authority: DE
Inventors: German Dipl.-Ing. 8061 Hebertshausen Grimm
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-07-01
Filing date: 1982-02-11
Publication date: 1983-08-18

Description

Uberwachungsschaltung zum Schutz von auf einer Mehrzahl von
Füßen abgestützten Einrichtungen, insbesondere Hochspannungsleitungsmasten (Zusatz zu Patent ..... (Patentanmeldung amtliches Aktenzeichen P 31 25 981.2)) Die Erfindung bezieht sich auf eine Uberwachungsschaltung zum Schutz von auf einer Mehrzahl von Füßen abgestützten Einrichtungen, insbesondere Hochspannungsleitungsmasten, der im Hauptpatent beschriebenen Art.
Bekannte Eindringalarmsysteme, welche einen bestimmten Bereich, beispielsweise also eine Geländefläche, bezüglich etwaiger Grenzverletzungen überwachen, eignen sich in den meisten Fällen nur schlecht zur Überwachung der Füße von Hochspannungsleitungsmasten, welche in überwiegender Anzahl auf landwirtschaftlichem Grund aufgestellt sind und daher beispielsweise bei Erntearbeiten in unmittelbarer Nähe des Mastfußes Fehlalarm geben würden.
Weiter sind die bekannten Eindrinqalarmsysteme gegenüber großen Schwankungen der Versorgungsspannung und gegenüber den außerordentlich großen auftretenden Temperaturunterschieden und schließlich geqenüber den Einflüssen von Überspannungen aufgrund von Blitzschlag sehr empfindlich.
Die Überwachungsschaltung nach dem Hauptpatent weist demgegenüber bei vergleichsweise einfachem Schaltungsaufbau eine für die Aufstellung in ungeschützter Umgebung ausreichende Robustheit auf, wobei die Auslösung von Fehlalarm bei betriebsbedingten Einwirkungen, etwa aufgrund von Regen, Hagel, Wind und Seilschwingungen vermieden wird, wozu die Ausgangssignale einzelner Wandler gefiltert, gleichgerichtet und dann zur Ableitung eines Alarmsignales in einer Korrelationsschaltung miteinander verglichen werden.
Durch die vorliegende Erfindung soll eine Schaltung der im Hauptpatent beschriebenen allgemeinen Art so abgewandelt werden, daß eine zuverlässige Alarmauslösung bei geringer Fehlalarmquote auch dann-erreicht wird, wenn die Abstützungsfüße vergleichsweise geringe Entfernung voneinander haben, die Mastbasis also.vergleichsweise klein ist.
Diese Aufgabe wird bei einer Überwachungsschaltung der im Oberbegriff des anliegenden Anspruches 1 angegebenen Konstruktion durch die im kennzeichnenden Teil dieses Anspruches qenannten Merkmale gelöst.
Die Signale der beiden Wandler werden also parallel in Frequenzfiltern und nachgeschalteten Gleichrichtern verarbeitet und dann in einer Korrelationsschaltung miteinander verglichen, wobei Manipulationsgeräusche am Mastfuß vornehmlich von dem dem Mastfuß näherliegenden Wandler erfaßt werden, derart, daß sich dann ein positives Differenzsignal der Rorrelationsschaltung ergibt, welches die Auslöseschaltung anzuregen vermag. Dagegen werden alle Geräusche, die von der Mastspitze kommen, stärker von dem über dem basisnahen Wandler gelegenen, zweiten Wandler erfaßt und ergeben bei der Differenzbildung in der Korrelationsschaltung ein negatives Signal, welches nicht in der Laqe ist, die Auslöseschaltung zu betätigen.
Im übrigen bilden zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der hier angegebenen Überwachungsschaltung Gegenstand der anliegenden Ansprüche, deren Inhalt hierdurch ausdrücklich zum Bestandteil der Beschreibung gemacht wird, ohne an dieser Stelle den Wortlaut zu wiederholen.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf anliegende Zeichnung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 in schematischer perspektivischer Darstellung den unteren Teil eines Hochspannungsleitungsmastes und einer an dem Leitungsmast angeordneten überwachungseinrichtung teilweise als vereinfachtes Blockschaltbild, Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Überwachungsschaltung der Einrichtung gemäß Figur 1 und Fig. 3 ein Schaltbild einer Zeitschrankenschaltung für das System nach Figur 2.
Der in Figur 1 in seinem unteren Teil schematisch gezeichnete Hochspannungsleitungsmast 1 ist von vier einen quadratischen Mastgrundriß bestimmenden Mastfüßen 2, 3, 4 und 5 abgestützt.
Zentral zwischen den Mastfüßen ist ein piezoelektrischer Wandler A befestigt und mit den Mastfüßen zur Übertragung von mechanischen Schwingungen und Erschütterungen gekoppelt. Der piezoelektrische Wandler A liefert den ihn erregenden Erschütterungen oder Schwingungen entsprechende Ausgangssignale über eine Leitung 6 an eine Auswertschaltung 10, welche außerdem über eine Leitung 7 entsprechende Signale von einem piezoelektrischen Wandler B her aufnimmt, der ebenfalls zentral zwischen den Mastfüßen, jedoch in bestimmtem Abstand über dem Wandler A an dem Mast montiert ist. Die Auswertschaltung liefert bei Auftreten einer Alarmbedingung über eine Leitung 11 ein Signal an einen Sender 12, so daß eine Alarmmeldung über eine Antenne 13 abqestrahlt und in einer nicht dargestellten Überwachungszentrale empfangen werden kann.
Die Überwachungsschaltung für den Hochspannungsleitungsmast 1 nach Figur 1 ist in Figur 2 mehr ins einzelne gehend gezeigt.
Jedem der Wandler A und B ist ein an eine Korrelationsschaltung 4 angeschlossener Schaltungskanal aus einem Verstärker 15, der bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel vorzugsweise ein Ladungsverstärker ist, einem Frequenzfilter 16 und einem Präzisionsgleichrichter 17 in Reihenschaltung zugeordnet. Die Ladungsverstärker besitzen eine kapazitive Rückkopplung. Ihre Ausgangsspannung ist proportional zur Eingangsladung. Die durch die Rückkopplung verursachte hohe Eingangskapazität gestattet ohne eine Verschlechterung der Meßgenauigkeit die Verwendung langer Anschlußleitungen 6 und 7 zu den jeweils zugehörigen Wandlern.
Die Frequenzfilter 16 sind so ausgebildet, daß nur die für Manipulationen an den Füßen des Hochspannungsleitungsmastes charakteristischen Geräuschanteile durchgelassen werden, während durch den ordnungsgemäßen Betrieb bedingte Wandlerausgangsignale ausgesiebt werden.
Die von den Gleichrichterschaltungen 17 abgegebenen C,leichspannungssignale sind proportional zu dem jeweiligen Körperschall.
In der Korrelationsschaltung 14 werden die Gleichspannungssignale der Gleichrichterschaltungen 17 miteinander verqlichen, und bei Unterschiedlichkeit relativ zueinander im nachfolqend angegebenen Sinne gibt die Korrelationsschaltung über eine Leitung 18 ein Signal an eine Zeitschrankenschaltung 19 ab, welche, wie eingangs bereits ausqeführt, durch ein erstes Signal der Korrelationsschaltung 14 ausgelöst wird, jedoch nur dann ihrerseits ein Signal über eine Leitung 20 an die Auslöseschaltung 21 in Gestalt eines Relais liefert, wenn noch nach Ablauf eines bestimmten Zeitintervalls, in welchem Signale der Korrelationsschaltung 14 unberücksichtigt bleiben, weitere Signale der Korrelationsschaltung an der Zeitschrankenschaltung 19 eintreffen. Auf Finzelheiten der Zeitschrankenschaltunq 19 wird weiter unten im Zusammenhang mit der Beschreibung von Figur 3 näher eingegangen.
In der Korrelationsschaltung erfolgt eine Subtraktion der gefilterten und gleichgerichteten Ausgangssignale der Wandler A und B voneinander. Nachdem der Wandler A den Mastfüßen 2, 3, 4 und 5 näherliegt, wird er von Manipulationsgeräuschen an den Mastfüßen stärker angeregt, so daß bei der Differenzbildung in der Korrelationsschaltung 14 gegenüber den Ausgangssignalen des Wandlers B in diesem Falle positive Differenzsignale gebildet werden. Demgegenüber führen Geräusche, die von der Mastspitze kommen und beispielsweise von Seilschwingungen und Witterungseinflüssen herrühren, zu einer stärkeren Anregung des Wandlers B und damit bei der Differenzbildung in der Korrelationsschaltung 14 zu negativen Differenzsignalen, welche die Auslöseschaltung 21 nicht betätigen können.
Die positiven Signale vom Ausgang der Korrelationsschaltung 14 können in einer Komparatorstufe mit einer einstellbaren Schwelle auf ihre Intensität überwacht werden, derart, daß nur Signale oberhalb einer bestimmten Schwelle zur Alarmanregung führen.
In Figur 3 ist eine praktische Ausführungsform der Zeitschrankenschaltung 19 wiedergegeben. Die Zeitschrankenschaltung enthält eine von einem Signal der Leitung 18 gesetzte Kippstufe 25, deren Ausgangssignal einen Zeitgeber T1 anregt. An dem Zeitgeber ist eine bestimmte Totzeit in mehreren Stufen wählbar. Während dieser Totzeit ist die Zeitschrankenschaltung für die Abgabe eines Signales an die Leitung 20 gesperrt und alle Eingangssignale der Leitung 18 bleiben während dieser Totzeit unberticksichtigt. Am Ende der Totzeit wird von der Zeitgeberschaltung T1 eine weitere Zeitgeberschaltung T2 angeregt, deren Zeitintervall ebenfalls in mehreren Stufen einstellbar ist. Die Zeitgeberschaltung T2 bewirkt eine Freigabe einer Torschaltung 26 für die Signale der Leitung 18 innerhalb des durch die Zeitgeberschaltung T2 vorgeqebenen Intervalls, so daß nun sämtliche Signale der Leitung 18 zur Alarmauslösung führen. Treten aber während des durch die itgeberschaltung T2 bestimmten Zeitintervalls keine Signale aui cic-r LeiLulig 18 auf, so wiLd am 8.nde des soeben genannten Zeitintervalls die Kippschaltung 25 über die RC-Schaltung 27 rückgestellt.
Damit das Rücksetzsignal für die Kippschaltung 25 durchgreift, wird gleichzeitig mittels einer Eingangstorschaltung 28 ein etwaiges Signal der Leitung 18 kurzzeitig gesperrt.
Tritt aber während des durch die Zeitgeberschaltung T2 vorgegebenen Zeitintervalls eine Signaleingabe über die Leitung 18 auf, dann wird die Zeitgeberschaltung T3 ausgelöst und es wird an der Leitung 20 für ein bestimmtes Zeitintervall ein Alarmsignal abgegeben und dem Relais 21 zugeführt. Zu Ende des von der Zeitgeberschaltung T3 bestimmten Zeitintervalls wird mittels einer Zeitgeberschaltung T4 ein Rücksetzimpuls für die Zeitgeberschaltung T2 erzeugt. Die gesamte Schaltung ist dadurch wieder in Betriebsbereitschaft versetzt.
Die an den Zeitgeberschaltungen T1 und T2 vornehmbare Zeitcodierung gibt die Möglichkeit, das Zeitverhalten der Schaltung von Mast zu Mast unterschied-lich zu wählen und dadurch für tJnbefugte unüberschaubar zu machen.
Nachdem, wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, der Sender 12 bei Anregung der Auslöseschaltung 21 Hochfrequenzsignale über die Antenne 13 unmittelbar an dem betreffenden Hochspannungsleitungsmast, also in großer Nähe zu den übrigen Schaltungsteilen abstrahlt, besteht die Gefahr, daß die Hochfrequenzsignale selbst eine neuerliche Auslösung bewirken. Um dies zu vermeiden, wird die Totzeit der Zeitgeberschaltung T1 länger als die von der Zeitgeberschaltung T3 bestimmte Dauer des Alarmsignales gewählt, um einen Selbsthaltungseffekt zu vermeiden.
Zur Sicherung der Zuleitungen zu den Wandlern A und B gegen Unterbrechungen bilden die Leitungen 6 und 7 bzw. dazu vorzugsweise unsichtbar parallel qeführte Leitungen Teil einer in Figur 3 bei 29 ang(gebellen Überwachungsschaltung, welcEIe iibQL' ein Gatter 30 und die Leitung 20 ein Signal an das Relais 21 abgibt, wenn eine der Anschlußleitungen der Wandler unterbrochen wird.
Gemäß einer in den Figuren 1 und 2 nicht gezeigten weiteren Ausgestaltung kann es zur Erhöhung der -Uberwachungssicherheit zweckmäßig sein, von einer Zentrale einen Abhörbefehl auszusenden, welcher von einem am Mast angeordneten Empfänger aufgenommen wird und bewirkt, daß von einem am Mast angeordneten Mikrophon'aufgenommene Geräusche in Gestalt entsprechender elektrischer Signale während einer bestimmten Dauer vermittels des Senders 12 zur Zentrale übertragen werden, derart, daß während einer bestimmten programmierten Zeitdauer der Mastbereich belauscht werden kann. Auf diese Weise können unabhängig vom Betrieb der Wandler A und B beispielsweise Gespräch im unmittelbaren Mastbereich abgehört werden.
Aus Gründen einer Übersichtlichkeit der Uberwachungssituation in der Zentrale ist es aber wünschenswert, eine Auslösung der Überwachungsschaltung durch Ausgangssignale der Korrelationsschaltung 14 zu verhindern.
Zu diesem Zwecke ist in der Zeitschrankenschaltung nach Figur 3 eine Sendesperrschaltung 50 vorgesehen, welche zwischen das vorerwähnte Gatter 28 und die Ausgangsleitung 18 der Korrelationsschaltung 14 geschaltet ist. Die Sendesperrschaltung 50 enthält ein als Inverter betriebenes -NOR-Schaltelement sowie ein weiteres, diesem vorgeschaltetes NOR-Schaltelement, welches eingangsseitig die Signale der Leitung 18 sowie ein Sperrsignal aufnimmt, welches beispielsweise eine Sekunde vor Einsetzen der Mikrophon-Abhörphase beginnt und beispielsweise 3 Sekunden nach Ende der Mikrophon-Abhörphase endet. Durch die Vor- und Nachzeiten des Sendesperrsignales werden die Ladezeiten der Kondensatoren in der Schaltung berücksichtigt.
Eine wesentliche Erhöhung der Zuverlässigkeit der Uberwachungsschaltung, insbesondere bei extremen Wettersituationen, etwa bei Eisregen, wird weiterhin dadurch erzielt, daß mittels einer in Figur 3 bei 51 schematisch angedeuteten Baueinheit, welche als Ereigniswaage bezeichnet werden kann, eine Weitergabe der Alarmmeldung erst dann zugelassen wird, wenn innerhalb einer bestimmten Zeit mehrere Alarmanregungen erfolgt sind. Die Ereigniswaage 51 ist an die Zeitgeberschaltung T3 in der aus Figur 3 ersichtlichen Weise angeschlossen und kann einen Zähler enthalten, welcher bei Auftreten der ersten Alarmanregung in Lauf gesetzt wird und entweder bei Erreichen eines vorbestimmten Zählerstandes oder nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer zurückgesetzt wird. Das vorbestimmte Zeitintervall läßt sich über den Eingang 52 der Ereigniswaage 51 eingeben, während der Zählerstand, d. h., die Anzahl von Alarmanregungen, über den Eingang 53 eingegeben wird. Die Ereigniswaage 51 bewirkt also dann eine Anregung des Relais 21, wenn beispielsweise innerhalb einer Zeitdauer von 120 Sekunden mindestens 6 Alarmanregungen erfolgt sind.
Es sei an dieser Stelle ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die Verwendung der Ereigniswaage 51 nicht auf die vorliegend angegebene Schaltung mit zwei übereinander montierten Wandlern beschränkt ist, sondern auch in Verbindung mit tiberwachungsschaltungen nach dem Hauptpatent mit Vorteil eingesetzt werden kann.

Claims

Patentansprüche bberwachungsschaltung zum Schutz von auf einer Mehrzahl von Füßen (2, 3, 4, 5) abgestützten Einrichtungen, insbesondere Hochspannungsleitungsmasten (1), mit einer mit den Füßen gekop pelten Wandleranordnung (A, B) zur Umwandlung mechanischer Erschütterungen oder Schwingungen in elektrische Signale, ferner mit den Wandlern der Wandleranordnung jeweils nachgeschalteten Frequenzfiltern (16) zum Ausfiltern bestimmter Frequenzbereiche, weiter mit an die Frequenzfilter jeweils angeschlossenen Gleichrichtern (17), deren Ausgangs-Cleichspannungssignale zu einer Korrelationsschaltung (14) geführt sind, welche die Gleichspannungssignale miteinander vergleicht und dann ein Ausgangssignal abgibt, wenn die Gleichspannungssignale in vorbestimmter Weise voneinander verschieden sind, sowie durch eine mit der Korrelationsschaltung (14) gekoppelte Auslöseschaltung (21) zur Abgabe eines Alarmsignales (nach Patent ...,. (Patentanmeldung amtliches Aktenzeichen P 31 25 981.2)), dadurch gekennzeichnet, daß die Wandleranordnung (A, B) einen mit den Füßen (2, 3, 4, 5) gekoppelten unteren Wandler (A) und einen ebenfalls mit den Füßen bzw. Mastecksäulen gekoppelten, in bestimmtem Abstand über dem unteren Wandler (A) befindlichen, oberen Wandler (B) enthält.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler (A, B) jeweils symmetrisch zentral zwischen den Füßen (2, 3, 4, 5) bzw. Masteckstielen angeordnet sind.
3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelationsschaltung (14) eine Schwellenwertschaltung enthält, welche nur dann ein Ausgangssignal an die Auslöseschaltung (21) abgibt, wenn die Differenz der Gleichspannungssignale einen vorbestimmten Wert übersteigt.
4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler (A, B) piezoelektrische Wandler sind und daß zwischen den Wandlern und den Frequenzfiltern (16j jeweils Ladungsverstärker (15) vorgesehen sind.
5. Überwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zeitschrankenschaltung (19) vorgesehen ist, welche durch ein erstes, eine Alarmbedingung meldendes Signal ausgelöst wird, jedoch nur dann ein Signal an die Auslöseschaltung liefert, wenn nach-Ablauf eines bestimmten Zeitintervalls (T1), in welchem Alarmbedingungen meldende Signale unberücksichtigt bleiben, weitere Alarmbedingungen meldende Signale an der Zeitschrankenschaltung (19) eintreffen.
6. Uberwachungsschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitschrankenschaltung (19) zwischen die Auslöseschaltung (21) und die Korrelationsschaltung (14) geschaltet ist und daß die Alarmbedingungen meldenden Signale die Ausgangssignale der Korrelationsschaltung sind.
7. tiberwachungsschaltung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitintervall (T1), in welchem Alarmbedingungen meldende Signale unberücksichtigt bleiben, länger gewählt ist als ein Zeitintervalls (T3), innerhalb welchem nach Alarmauslösung mittels eines Senders (12) hochfrequente Alarmsignale ausgesendet werden.
8. Überwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitschrankenschaltung eine vom Ausgang einer bzw. der Korrelationsschaltung (14) angesteuerte Kippschaltung (25), eine mit dieser verbundene, insbesondere einstellbare, erste Zeitgeberschaltung (T1) zur Bestimmung des genannten Zeitintervalls und eine an diese angeschlossene, insbesondere einstellbare, weitere Zeitgeberschaltung (T2) enthält, welche die Dauer der Auslösbarkeit der Zeitschrankenschaltung im Anschluß an das erstgenannte Zeitintervall bestimmt.
9. Uberwachungsschaltung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöseschaltung (21) eine Bewertungsschaltung (51) vorgeschaltet ist, welche eingangsseitig von der Korrelationsschaltung (14) abgeleitete Signale aufnimmt und eine Erregung der Auslöseschaltung dann bewirkt, wenn sie innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer (52) mindestens eine vorgegebene Anzahl (53) von Eingangssignalen empfängt.