DE3235282C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung stellt eine Verbesserung des im Oberbegriff des Hauptanspruches angegebenen, durch DE-AS 10 35 757 bekannten Verfahrens dar. Sie wurde vor allem für die amtsseitige Messung von Kapazitäten von Teilnehmerleitungen eines Fernsprech-Ver­ mittlungssystemes und von den daran angeschlossenen Fernsprech­ geräten entwickelt. Sie eignet sich aber auch für alle anderen Anwendungen, in denen hohe Fremdspannungen leicht die Zerstörung der eigentlichen Meßeinheit bewirken können.

Die Fremdspannung kann eine eingekoppelte Wechselspannung und/ oder Gleichspannung sein, die über einen beliebigen, insbesondere ohmschen oder komplexen, Nebenschlußwiderstand auf das Meßobjekt, z. B. auf eine Ader im Kabel der Teilnehmerleitung, eingespeist wird. Eine Fremdspannung kann auch auftreten, wenn die Kapa­ zitäten der Teilnehmeranschlußleitung und des Fernsprechgerätes in der Vergangenheit aufgeladen (Blitz) und nun noch nicht ent­ laden sind. Durch die Erfindung wird eine amtsseitige Routine­ prüfung aller Teilnehmerleitungen ermöglicht.

Schon das bekannte Verfahren gestattet, Messungen am Meßobjekt so durchzuführen, daß Schäden an der Meßeinheit durch eine zu hohe Fremdspannung stets mit Sicherheit vermieden sind, indem diese vorher bewertet wird, bevor sie auf die Meßeinheit voll einwirkt.

Aufgabe der Erfindung ist, die Fremdspannung zuerst mittels einer Meßanordnung der Überlastungsschutzeinheit hochohmig zu messen; ist jedoch die Fremdspannung bleibend zu hoch, sind nur noch Messungen von Wechsel- und/oder Gleichspannungen hinsicht­ lich der Höhe der Fremdspannung zugelassen.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Die in den Unteransprüchen angegebenen zusätzlichen Maßnahmen gestatten zusätzliche Vorteile zu erreichen, nämlich die Maßnah­ men gemäß Patentanspruch

• 2, mit kleiner Zeitkonstante die Eigenkapazitäten des Meßobjek­ tes so rasch zu entladen, daß besonders kurze Meßzeiten er­ reichbar sind; diese Kürze der Meßzeiten ist vor allem wich­ tig, wenn mittels einer einzigen Kapazitätsmeßeinheit, durch entsprechende automatisch betätigte Wählschalter zwischen Meßobjekten und der einzigen Kapazitätsmeßeinheit, nachein­ ander routinemäßig eine große Vielzahl von diesen Meßobjek­ ten selbsttätig geprüft werden soll;
• 3, eine besonders hohe Meßempfindlichkeit zu erreichen,
• 4, ein an sich unbeabsichtigtes Läuten im betreffenden, soeben geprüften Fernsprechgerät während der Entladung der Kapazi­ täten des Meßobjektes zu vermeiden, ohne die Dauer des er­ sten Zustandes, in für die meisten Messungsfälle unnötiger Weise, sicherheitshalber stets sehr groß machen zu müssen, insbesondere indem man bereits beim Erreichen des Schwell­ wertes, der einmal schnell, ein anderes Mal nur recht langsam erreicht wird, rasch in den zweiten Zustand umschaltet; so­ wie
• 5, mit wenig Aufwand Gleich- und Wechselfremdspannungen zuver­ lässig rasch messen und diese Messung zur Umsteuerung der Zustände verwenden zu können.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden anhand der in den beiden Figuren gezeigten Beispiele weiter er­ läutert.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel mit einer die Meßeingangsan­ schlüsse A, B aufweisenden Kapazitätsmeßeinheit, die zur Messung der Kapazität C 1 und/oder C 2 des Meßobjektes a, b, hier also zur Messung der Kapazitäten C 1 bzw. C 2 der Teilnehmerleitung TL und/oder des Rufkreises, z. B. eines Tonrufkreises, eines Fernsprechers FS während der normalen Betriebszeit eines unter Betriebsspannung UB stehenden Fernsprech-Vermittlungssystems, dient.

Die Kapazitätsmeßeinheit CM enthält eine Kapazitätsmeßbrücke und dessen Ausgangs­ verstärker. Sie enthält ferner die Überlastungsschutz­ einheit R 1 zum Schutz der Kapazitätsmeßeinheit CM vor einer gefährlich hohen Fremdspannung U∼ und/oder U= an den Meßeingangsanschlüssen A, B.

Beim Anlegen der Meßeingangsanschlüsse A, B an das Meß­ objekt a, b wird zunächst nur die Überlastungsschutz­ einheit R 1, aber nicht die dann noch abgetrennte Kapa­ zitätsmeßeinheit CM über die Meßeingangsanschlüsse A, B mit dem Meßobjekt a, b verbunden. Anschließend werden die anfänglichen Ströme durch die, bzw. die anfänglichen Spannungen an den, Meßeingangsanschlüsse(n) A, B mittels der mit der Meßanordnung A/D, PR ausgestatteten Über­ lastungsschutzeinheit R 1 gemessen. Danach wird die Ka­ pazitätsmeßeinheit CM nicht an die Meßeingangsanschlüsse A, B angeschlossen, falls die anfänglichen Ströme auf Fremdspannungen U∼, U= hinweisen, welche für die Ka­ pazitätsmeßeinheit CM gefährlich hoch sind; sowie statt der, oder zusätzlich zur, Überlastungsschutzeinheit CM an die Meßeingangsanschlüsse A, B angeschlossen, falls die anfänglichen Ströme darauf hinweisen, daß Fremdspan­ nungen U∼, U=, soweit solche überhaupt vorhanden sind, ungefährlich hoch für die Kapazitätsmeßeinheit CM sind, wodurch ein stets zuverlässiger Schutz der Meß­ einheit CM erreicht wird.

Das in Fig. 1 gezeigte Beispiel mißt also eine eventuell zwischen den Adern a/b vorhandene Fremd­ spannung und vergleicht diese zusätzlich mit einem Grenzwert, bis zu dem die Fremdspannung zulässig ist. Die möglichen Fremdspannungsquellen sind in Fig. 1 mit U∼ und U= bezeichnet. Sie sind mit ihren Einkopplungswiderständen RAC und RDC mit der Teilnehmeranschlußleitung a/b bzw. TL verbunden. Deren Eigenkapazität ist vereinfacht durch die Kapazität C 1 dargestellt. Das Meßobjekt a/b ist über den Graetz-Gleichrichter GL und den Tiefpaß TP mit einem Analog/Digital-Wandler A/D verbunden. Durch diese Gleich­ richtung werden Wechsel- und Gleichspannungsanteile der Fremdspannungen gleichzeitig erfaßt. Der Tiefpaß TP glättet die gleichgerichteten Wechselspannungsanteile. Der Analog-Digital-Wandler A/D übermittelt die gemes­ sene Spannung zu einem Mikroprozessor PR, der diese auf ihre zulässige Höhe hin mißt bzw. bewertet.

Das in Fig. 1 gezeigte Beispiel löst die zusätzliche Aufgabe, die, über die Speisewiderstände R 3 und R 4 auf die Betriebsspannung U _B aufgeladenen, Kapazitäten C 1 und C 2 weitgehend oder de facto vollständig zu entladen, wenn jene Fremdspannungen vorhanden sind, wobei der Tonrufkreis C 2/Sch im Fernsprecher FS nicht ansprechen darf und die Entladezeit der Kapazitäten C 1 und C 2 mög­ lichst kurz sein soll. Der Tonrufkreis enthält hier also die effektive Eigenkapazität C 2 und eine, vorwiegend z. B. ohmsche, für sich bekannte, an sich beliebige Ruf­ schaltung Sch.

Zur Erläuterung des Betriebs werden die verschiedenen anschaltbaren Meßobjekt, hier a/b, in zwei Guppen ein­ geteilt:

Ca. 90% der Meßobjekte bilden eine erste Gruppe und bestehen aus einer Teilnehmeranschlußleitung TL mitt­ lerer Länge und daran einen einzigen Fernsprecher FS. Dies ergibt z. B. folgende Werte: C 1 = 0,2 µF und C 2 = 1,8 µF, woraus eine Gesamtkapazität von dann 2,0 µF resultiert.

Ca. 10% der Meßobjekte bilden die andere Gruppe und haben besonders lange Teilnehmeranschlußleitungen TL oder gleich mehrere Fernsprecher FS an der einzigen Leitung TL parallelgeschaltet, oder andere Endeinrich­ tungen FS mit größerer Eingangskapazität als ein ein­ zelner Fernsprecher FS sie hat. Hierbei ergibt sich dann jeweils eine Gesamtkapazität, die erheblich größer als 2 µF ist.

Die Messung beginnt damit, daß der Mikroprozessor PR ein Relais I mit den Kontakten 1 betätigt und dadurch des Meßobjekt a/b an den Widerstand R 1 schaltet. Dieser Widerstand R 1 bildet hier die in ihren ersten hochohmi­ gen Zustand gesteuerte Überlastungsschutzeinheit. Über diesen Widerstand R 1 wird, wegen dessen Hochohmigkeit, die Kapazität C 2 so langsam entladen, daß der Tonruf­ kreis C 2/Sch nicht ansprechen kann. Fig. 2 zeigt den Verlauf der Spannung Uab, wenn keine Fremdspannung U∼ und/oder U= vorhanden ist; hier beträgt UO = UB.

Zur Abschätzung der Entladungszeit kann man davon aus­ gehen, daß bekanntlich ein Kondensator in der Praxis nach dem Dreifachen der Zeitkonstante der Kondensator/ Widerstandsanteile angenähert ganz entladen ist. Bei 90% der Messungen mit R 1 = 100 kΩ beträgt also die Entladezeit etwa 0,6 Sekunden. Wenn die maximale Ge­ samtkapazität aber z. B. 10 µF ist, beträgt dann die Entladezeit etwa 3 Sekunden, vgl. Fig. 2. Diese Zeit von 3 Sekunden muß für das Meßgerät als Meßzeit t 0 /t 1 festgelegt werden, wenn vorher nicht bekannt ist, wie das Meßobjekt beschaffen ist und wenn die Meßzeit t 0/t 1 nicht von Fall zu Fall variiert wird.

Diese Meßzeiten können wesentlich verkürzt werden, vor allem wenn man berücksichtigt, daß ein Fernsprecher FS mit Tonrufkreis nur bis zu einer Schwellwert- Spannung von ca. 14 V = US bei schneller Entladung seiner Kapazität C 2 anspricht. Die jeweilige Spannung Uab am Fernsprecher FS entspricht der am Entladewiderstand R 1. Hinter dem Graetz-Gleichrichter GL wird sie über den Analog/Digital-Wandler A/D dem Mikroprozessor PR zuge­ führt. Dieser Mikroprozessor PR vergleicht seinerseits die gemessene Spannung Uab bzw. +/- ständig mit einem Schwellwert US von z. B. 14 V, vgl. Fig. 2. Wird dieser Schwellwert US unterschritten, vgl. t 1, so steuert der Mikroprozessor PR das Relais II, wodurch die Kapazitä­ ten C 1 + C 2 des Meßobjektes a/b dann über den nieder­ ohmigen Widerstand R 2 von z. B. 1 kΩ in dem dann nieder­ ohmigen zweiten Zustand der Überlastungsschutzeinheit R 1/R 2 schnell entladen wird, vgl. Fig. 2.

Entlädt man die Kapazitäten C 1 + C 2 nicht völlig, son­ dern nur bis kurz nach Erreichen des Schwellwertes US, dann müssen diese Kapazitäten nur noch von z. B. UB = 48 V auf US = 14 V relativ langsam mit R 1 = z. B. 100 kΩ entladen werden. Dies ergibt wieder für 90% der Fälle mit mittlerer Leitungslänge TL und mit einem einzigen Fernsprecher FS eine Entladezeit t 0/t 1 von etwa 0,25 Sekunden. Nach 0,25 Sekunden können also bei 90% der Messungen durch Erreichen des Grenzwertes US = 14 V zwei Aussagen über das Meßobjekt gemacht werden:

• 1. Sowohl: Die Teilnehmeranschlußleitung kann mit R 2 = 1 kΩ schnell entladen werden, ohne daß der Ton­ rufkreis anspricht.
• 2. Als auch: Wenn eine beachtliche Fremdspannung U und/oder U= vorhanden ist, wird diese aber so hochohmig eingekoppelt, daß sie die empfindliche Meßeinheit CM nicht beschädigen kann.

Damit kann der Mikroprozessor schon nach 0,25 Sekunden bei diesen 90% der Messungen den Entlade- und Fremd­ spannungsprüfvorgang beenden, im Gegensatz zu jenen 3 Sekunden, wenn man eine feste Meßzeit vorgibt und einen konstanten Innenwiderstand der Überlastungs­ schutzeinheit hat. Anschließend wird durch Steuern des Relais III das Meßobjekt a/b an die Kapazitätsmeßein­ heit CM selbst angeschaltet.

Die restlichen 10% der Meßobjekte a/b mit einer Gesamt­ kapazität von mehr als 2 µF erfordern eine längere Entladezeit als 0,25 Sekunden mit R 1 = 100 kΩ, bis der Schwellwert von hier 14 V erreicht ist. Legt man die Obergrenze der Gesamtkapazität wieder auf 10 µF fest, so ergibt sich eine maximale Meßzeit von etwa 1,2 Sekunden bei R 1 = 100 kΩ. Diese Meßzeit wird nur er­ reicht, wenn die zu entladende Gesamtkapazität tatsäch­ lich 10 µF beträgt, oder wenn im Fehlerfall, der in Fig. 1 durch ein Blitzzeichen angedeutet ist, die Fremdspannung unzulässig hoch ist, so daß Uab < 14 V mit R 1 = 100 kΩ nach 1,2 Sekunden nicht möglich ist. In diesem Fall läßt der Mikroprozessor PR nur noch Messun­ gen der Höhe der Fremdspannungen U∼ und U= zu.

Der Mikroprozessor PR kann an sich sogar nur den anfäng­ lichen zeitlichen Verlauf der Spannung Uab während der Messung bewerten. Durch Differenzbildung der, dann z. B. kontinuierlich bewerteten, Spannungswerte Uab kann näm­ lich insbesondere zwischen einem Entladevorgang, vgl. Fig. 2, und einer konstant anliegenden Fremdspannung U= und/oder U∼ unterschieden werden, so daß die Art der Fremdspannung bereits vor dem Erreichen der maxi­ malen Meßzeit, hier von 1,2 Sekunden, zuverlässig er­ kannt wird. Ferner ist es z. B. auch möglich, die Span­ nung Uab nach zwei unterschiedlichen Schwellwerten US vom Mikroprozessor PR bewerten zu lassen, nämlich mit erstem Schwellwert z. B. für die Aussage "die Fremdspan­ nung hat einen zulässigen unteren Wert erreicht" und mit zweitem Schwellwert z. B. für die Aussage "die Ka­ pazitäten des Meßobjektes können entladen werden, ohne daß der Tonrufkreis im Fernsprecher anspricht".

Claims (6)

1. Verfahren zum Betreiben einer Meßeinheit (CM), dem

• - eine Überlastungsschutzeinheit (R 1) zum Schutz der Meßeinheit (CM) vor einer für sie gefährlich hohen Fremdspannung (U∼, U=) an den Meßeingangsanschlüssen (A, B) der Meßeinheit (CM) an­ geschlossen ist,
• - beim Anlegen der Meßeingangsanschlüsse an ein Meßobjekt (a/b mit C 1/C 2) zunächst nur die Überlastungsschutzeinheit (R 1), aber nicht die Meßeinheit (CM) über die Meßeingangsanschlüsse (A, B) mit den Meßobjekt (a/b mit C 1/C 2) wirksam verbunden wird,
• - anschließend die anfänglichen Ströme durch die und/oder die an­ fänglichen Spannungen an den Meßeingangsanschlüsse(n) (A, B) mittels der Überlastungsschutzeinheit (R 1) geprüft werden, wo­ nach
  • - die Meßeinheit (CM) nicht an die Meßeingangsanschlüsse (A, B) wirksam angeschlossen wird, falls die anfänglichen Strö­ me auf Fremdspannungen (U∼, U=) hinweisen, welche für die Meßeinheit (CM) gefährlich hoch sind, sowie
  • - statt der oder zusätzlich zur Überlastungsschutzeinheit (R 1) die Meßeinheit (CM) an die Meßeingangsanschlüsse (A, B) angeschlossen wird, falls die anfänglichen Ströme darauf hinweisen, daß Fremdspannungen (U∼, U=), soweit solche vor­ handen sind, ungefährlich hoch für die Meßeinheit (CM) sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - als Meßeinheit eine Kapazitätsmeßeinheit (CM) verwendet wird, welche zur Messung der an einer Betriebsspannung (UB) liegen­ den Kapazität (C 1, C 2) des Meßobjektes dient,
• - daß die Überlastungsschutzeinheit (R 1) beim Anlegen der Meßein­ gangsanschlüsse (A, B) an das Meßobjekt (a/b mit C 1/C 2 ) zu­ nächst in einen ersten Zustand mit hohem ohmschen Innenwider­ stand (R 1) geteuert wird und daß die Überlastungsschutzein­ heit (R 1) mit einer die anfänglichen Ströme bzw. Spannungen messenden Meßanordnung (A/D, PR) verbunden ist,
• - daß, falls die Meßanordnung (A/D, PR) keine anfänglichen Ströme gemessen hat, welche - für die Kapazitätsmeßeinheit (CM) ge­ fährlich - hohen Fremdspannungen (U∼, U=) entsprechen, die Überlastungsschutzeinheit anschließend in einen zweiten Zu­ stand mit vergleichsweise niedrigem ohmschen Innenwiderstand (R 1 R 2) gesteuert wird, und
• - daß mit oder einige Zeit nach dem Umschalten in den zweiten Zu­ stand die Kapazitätsmeßeinheit (CM) über die Meßeingangsan­ schlüsse (A, B) an das Meßobjekt (a/b mit C 1/C 2) angeschlos­ sen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - beim wirksamen Anlegen der Meßeingangsanschlüsse (A, B) an das Meßobjekt (a/b mit C 1/C 2), spätestens beim Umschalten in den zweiten Zustand, das Meßobjekt (a/b mit C 1/ C 2) seinerseits von der bisher angelegten Betriebsspannung (UB) abgetrennt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - als Kapazitätsmeßeinheit (CM) eine Kapazitätsmeßbrücke mit Ausgangsverstärker verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, für die Anwendung in einem Fernsprech-Vermittlungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Überlastungsschutzeinheit von ihrem ersten (R 1) in ihren zweiten (R 1 ∥ R 2) Zustand erst dann umgeschaltet wird, wenn die anfänglichen Ströme an den Meßeingangsanschlüssen (A, B) auf einen Wert abgeklungen sind, welcher unterhalb jenes Schwellwertes (US) dieser Ströme liegt, oberhalb dessen bei sofortiger Umschaltung in den zweiten Zustand von der Ener­ gie der anfänglichen Ströme ein Läuten des Fernsprechers (FS) bewirkt werden würde.

5. Kapazitätsmeßeinheit für ein Verfahren nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Überlastungsschutzeinheit eine Graetz-Gleichrichterbrücke (GL) enthält,
  • - deren Wechselstromeingänge mit den Meßeingangsanschlüssen (A, B) verbunden sind und
  • - deren Gleichstromausgänge mit der die anfänglichen Ströme messenden Meßanordnung (A/D, PR) verbunden sind.