DE3439875C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine wie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebene Schaltungsanordnung.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist bereits aus E. Ganzer und W. Hering: "Die Fernspeise-Einrichtungen des 12-MHz-Trägerfrequenzsystems V2700 in Siemens-Zeitschrift, Sept. 1962, Heft 9, S.657-663 bekannt. Bei der bekannten Einrichtung ist ein magnetischer Spannungskonstanthalter vorgesehen. Tritt ein unzulässiger Überstrom im Stromversorgungsgerät auf, dann spricht ein Schaltautomat an und eine Fernüberwachung meldet den Fehlerort. Der Strom ist somit auf den Ansprechwert des Schaltautomaten begrenzt.

Ferner ist bereits aus der DE-OS 31 22 835 eine Schaltungsanordnung zur Einschaltstrombegrenzung bekannt, bei der eine Ladekondensatorschaltung mit einem Verbraucher über einen Vorwiderstand, der durch einen elektronischen Schalter nach dem Einsatzschaltpunkt zeitverzögert kurzschließbar ist, an ein Wechselstromnetz angeschlossen wird.

Man kann bei einer Schaltungsanordnung zur Wechselspannungs Parallelspeisung durch Verwendung von Spezialtransformatoren, die nahe der magnetischen Sättigung betrieben werden, erreichen, daß der Kurzschlußstrom auf einen Wert begrenzt wird, der etwa dem doppelten Betriebsstrom entspricht. Von Vorteil ist dabei, daß unmittelbar nach Beseitigung des Kurzschlusses der normale Speisebetrieb selbsttätig wieder aufgenommen wird. Dabei ist es allerdings erforderlich, in der Schaltungsanordnung erhebliche Leistungsreserven vorzusehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebene Schaltungssanordnung Wd 1 EM/30. 10. 1984 zur Fernspeisung elektrischer Verbraucher mittels Wechsel­ spannungs-Parallelspeisung derart auszubilden, daß im Hin­ blick auf Überlastfälle, die aufgrund von Fehlern der Fernspeiseleitung bzw. im Fernspeisenetz auftreten können, in der Schaltungsanord­ nung eine möglichst geringe Leistungsreserve vorgesehen zu werden braucht und daß dabei eine selbsttätige Wieder­ aufnahme des normalen Fernspeisebetriebes unmittelbar nach Beseitigung des Fehlers gewährleistet ist.

Gemäß der Erfindung wird die Schaltungsanordnung der ein­ gangs genannten Art zur Lösung der gestellten Aufgabe in der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 ange­ gebenen Weise ausgebildet. Dabei kann der steuerbare Schalter als elektromechanischer oder als gesteuerter Halbleiter-Schalter ausgebildet sein. Die Widerstands­ anordnung kann aus wenigstens einem ohmschen Widerstand und/oder wenigstens einem Halbleiter bestehen, der als gesteuerter Widerstand verwendet wird. Insbesondere kön­ nen die Widerstandsanordnung und der steuerbare Schalter durch einen bipolaren Transistor oder Feldeffekttransi­ stor gebildet sein, der zwischen dem gewünschten Wert der Widerstandsanordnung und einem möglichst kleinen Sätti­ gungswert umsteuerbar ist.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ergibt sich der Vorteil, daß für den Kurzschlußfall keine Leistungsreser­ ven erforderlich sind, so daß sich besonders günstige Voraussetzungen für einen raumsparenden Aufbau, einfache Kühlungsmaßnahmen und/oder eine geringe thermische Be­ lastung der verwendeten Schaltmittel ergeben. Ferner kann eine Schaltungsanordnung, die für einen bestimmten maxi­ malen Betriebsstrom bestimmt und für einen demgegenüber wesentlich größeren Dauerkurzschlußstrom ausgelegt ist, durch eine einfach realisierbare Anwendung der erfindungs­ gemäßen Maßnahmen so verbessert werden, daß sie für einen wesentlich größeren Betriebsstrom geeignet ist. Da auf diese Weise eine besonders große Zahl von Verbrauchern gespeist werden kann, ergibt sich eine besonders große Reichweite der Fernspeisung.

Ist der Ausgang der Schaltungsanordnung nicht durch einen Kurzschluß, sondern zusätzlich zum Verbraucher oder zu den Verbrauchern z. B. durch einen Leckwiderstand be­ lastet oder liegt an einer anderen Stelle der Speiselei­ tung oder des Speisenetzes ein Kurzschluß vor, so ergibt sich ein entsprechend geringerer Wert des begrenzten Aus­ gangsstromes. Der Abfallwert wird zweckmäßigerweise so weit unter den Wert des begrenzten Kurzschlußstromes ge­ legt, daß die Strombegrenzung auch bei solchen Fehlern möglichst nicht wieder aufgehoben wird.

Man kann den Ausgangsstrom der Konstantspannungsquelle durch einen Stromfühler erfassen, der eingangsseitig in einen oder in beide Speisestrompfade eingeschleift und mit seinem Ausgang an die Steuervorrichtung geführt ist. Die Steuerschaltung enthält zweckmäßigerweise Schwellwertschalter oder Komparatoren zur Gewinnung der Ein- und Ausschaltsignale zur Steuerung des parallel zur Widerstandsanordnung liegenden Schalters. Gegebenenfalls kann zur Gewinnung der Einschaltsignale und der Ausschalt­ signale jeweils ein eigener Stromdiskriminator mit Schwellwertschalter oder Komparator vorgesehen sein. Vor­ teilhaft ist ferner die Verwendung eines hysteresebehaf­ teten Komparators, der im angesprochenen Zustand ein den Schalter öffnendes und im abgefallenen Zustand ein den Schalter schließendes Steuersignal abgibt. Dabei ist zweckmäßigerweise der Ansprechwert des Komparators um einen vorgegebenen ersten Betrag größer als der maximal zulässige Betriebsstrom und der Abfallwert um einen vor­ gegebenen zweiten Betrag kleiner als der begrenzte Kurz­ schlußstrom bei kurzgeschlossenen Ausgang der Schaltungs­ anordnung ist.

Zweckmäßigerweise ist der begrenzte Kurzschlußstrom, der sich aus der Ausgangsspanung der Konstantspannungsquelle und dem Gesamtwiderstand der Widerstandsanordnung bei kurzgeschlossenem Ausgang der Schaltungsanordnung ergibt, um einen vorgegebenen Betrag kleiner als der maximal zu­ lässige Betriebsstrom, so daß sich im Kurzschluß- oder Überlastfall ein besonders geringer Leistungsverbrauch ergibt.

Bildet man in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Schaltungsanordnung entsprechend den Merkmalen des Patent­ anspruchs 3 aus, so wird der begrenzte Kurzschlußstrom oder der begrenzte Überstrom periodisch hochgetastet. Auf diese Weise läßt sich erreichen, daß ein vergleichsweise geringer Dauerkurzschlußstrom nur für die Zeit einer ge­ nauen Messung erhöht wird.

Man kann die Schaltungs­ anordnung für einen Stromfühler dabei entsprechend Patentanspruch 4 ausbilden. Sieht man andererseits zwei Stromfühler vor, so sind die Maßnahmen nach Anspruch 5 besonders vorteilhaft.

Werden zwei Stromfühler und eine Widerstandsanordnung mit wenigstens zwei in Serie zueinander angeordneten Wider­ ständen vorgesehen, so führen die Maßnahmen nach Anspruch 6 zu einem besonders geringen Aufwand.

Zweckmäßige Maßnahmen zur Funktionsüberwachung der Schal­ tungsanordnung gehen aus Patentanspruch 7 hervor. Eine be­ vorzugte Verwendung der Schaltungsanordnung ist in Patent­ anspruch 8 angegeben.

Die Erfindung wird anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Fernspeiseeinrichtung mit Wechselstrom-Parallelspeisung und Strombegrenzung,

Fig. 2 und Fig. 3 Betriebszustandsdiagramme für die Fernspeiseeinrichtung nach Fig. 1 und

Fig. 4 eine Fernspeiseeinrichtung mit Wechselstrom-Parallelspeisung mit ge­ ringem Dauerkurzschlußstrom, der nur für die Zeit einer genauen Messung erhöht wird.

Die in Fig. 1 gezeigte Schaltungsanordnung zur Speisung von Verbrauchern 6 ₁, 6 ₂, 6 ₃, . . . enthält eine Wechselstromquelle (Konstantstromquelle) 1 und eine Strombegrenzungseinrich­ tung. Die Wechselstromquelle 1 besteht z. B. aus einem Transformator, der eine Netzspannung von 220 V auf eine Wechselspannung von 50 V heruntertransformiert. Der Aus­ gang der Wechselstromquelle 1 ist einpolig an Bezugspo­ tential gelegt. Der spannungsführende Anschluß des Aus­ gangs ist über einen Widerstand 4 ₁ und die dazu in Se­ rie liegende Primärwicklung eines Stromwandlers 5 an den Ausgang der Fernspeiseeinrichtung geführt, der ebenfalls einpolig an Bezugspotential liegt.

Die Strombegrenzungseinrichtung enthält den zur Strombe­ grenzung dienenden Widerstand 4 ₁, der durch einen dazu pa­ rallel angeordneten Schalter 3 ₁ überbrückt werden kann. Der Widerstand 4 ₁ ist insbesondere ein ohmscher Wi­ derstand. Gegebenenfalls kann es sich sich als zweckmäßig er­ weisen, den Widerstand 4 ₁ als gesteuerter Halbleiter auszubilden. Der Schalter 3 ₁ wird zweckmäßigerweise als elektromechanischer oder als elektronisch gesteuerter Halbleiter-Schalter ausgebildet. Er wird durch eine Auswerte- und Steuerschaltung 2 ₁ ge­ steuert, die an die Sekundärwicklung des als Stromfühler dienenden Stromwandlers 5 angeschlossen ist.

Am Ausgang der Schaltungsanordnung liegt ein Koaxialka­ bel, das zugleich zum Verteilen von Fernsehen- und/oder Rundfunkprogrammen und zur Fernspeisung von Zwischenver­ stärkern dient. Der Außenleiter des Koaxialkabels ist an Bezugspotential gelegt. Der Innenleiter ist an die Primär­ wicklung des Stromwandlers 5 angeschlossen.

Die Messung des Betriebs- bzw. Kurzschlußstromes wird durch transformatorische Auskopplung mit Hilfe des Strom­ wandlers 5 vorgenommen. Anstelle des Stromwandlers 5 kann ein Meßwiderstand in Verbindung mit einer Messung des Spannungsabfalles an diesem Meßwiderstand Verwendung fin­ den. Gegebenenfalls kann die Messung des Kurzschlußstromes separat durch Messung des Spannungsabfalles am Wider­ stand 4 ₁ vorgenommen werden. Die stromproportionale Meß­ größe wird unmittelbar der Auswerte- und Steuerschaltung 2 ₁ zugeführt, die den Schalter 3 ₁ betätigt.

Die Auswertung der jeweiligen Betriebszustände veranlaßt Reaktionen entsprechend den in den Fig. 2 und 3 ge­ zeigten Diagrammen.

Fig. 2 zeigt ein Betriebszustandsdiagramm der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung für den Fall, daß die Steuerschaltung 2 ₂ bei einer langsamen Überschreitung des maximal zulässigen Betriebsstromes IB _max bzw. bei einer Überlastung um die Größe Δ IB _max den Schalter 3 ₁ öffnet. Dabei ist der Ausgangsstrom I der Fernspeiseein­ richtung über der Zeit aufgetragen. Der Ausgangsstrom I steigt zunächst an, bis er den Wert des maximal zulässi­ gen Betriebsstromes IB _max erreicht. Zum Zeitpunkt t 1 beginnt der Ausgangsstrom I vergleichsweise langsam wei­ ter anzusteigen. Zum Zeitpunkt t 2 ist er auf einen Wert angewachsen, der um den Betrag Δ IB _max über dem Wert IB _max liegt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Schalter 3 ₁ der Schal­ tungsanordnung nach Fig. 1 geöffnet und der Ausgangsstrom I sinkt - bedingt durch den jetzt wirksamen Widerstand 4 ₁ - auf den Werkt IK _max ab. Solange der Kurzschluß am Ausgang der Schaltungsanordnung weiter besteht, bleibt auch der begrenzte Kurzschlußstrom IK _max bestehen. Zum Zeitpunkt t 3 wird der Fehler behoben, so daß der Aus­ gangsstrom I absinkt.

Der Schalter 3 ₁ wird geschlossen, wenn der Kurzschluß­ strom auf einen Wert IK _min absinkt, aus dem eindeutig hervorgeht, daß die Überlastung beseitigt ist. Zur Ver­ meidung von Instabilitäten ist eine Wiedereinschaltzeit Δ t ₅ vorgesehen, während der der Ausgangsstrom kleiner oder höch­ stens gleich dem Wert IK _min bleibt.

Zum Zeitpunkt t 4 erreicht der Ausgangsstrom I den Wert IK _min .

Nach Ablauf der Zeitspanne Δ t ₅ wird der Schalter 3 ₁ nach Fig. 1 geschlossen und der Ausgangsstrom I nimmt den vor Beginn der Störung vorhandenen Wert IB _max an.

Das Betriebszustandsdiagramm nach Fig. 3 bezieht sich auf den Fall, daß bei der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanord­ nung die Steuerschaltung 2 ₂ bei einer abrupten Überschrei­ tung des maximal zulässigen Betriebsstromes IB _max bzw. bei einem Kurzschluß den Schalter 3 ₁ spätestens nach einer vorgegebenen Ausschaltzeit Δ t ₆ öffnet. Im übrigen stimmt das Betriebszustandsdiagramm mit dem nach Fig. 2 überein.

Entsprechend den Diagrammen nach Fig. 2 und Fig. 3 wird im Kurzschlußfall, d. h. bei Überschreiten des maximal zulässigen Betriebsstromes IB _max der Schalter 3 ₁ geöffnet und der Ausgangsstrom I durch den Widerstand 4 ₁ auf einen zulässigen Wert, und zwar auf den maximalen Kurz­ schlußstrom IK _max begrenzt. Der begrenzte maximale Kurz­ schlußstrom IK _max ist kleiner als der maximal zulässige Betriebsstrom IB _max . Abweichend von den Fig. 2 und 3 kann er im Grenzfall gleich dem maximal zulässigen Be­ triebsstrom IB _max sein.

Der Schalter 3 ₁ wird erst dann wieder geschlossen und da­ mit der Widerstand 4 ₁ wieder überbrückt, wenn durch ständige Messung des begrenzten Kurzschlußstromes sicher festgestellt ist, daß der äußere Kurzschluß bzw. die äußere Überlastung beseitigt ist.

Nach Fig. 1 dient der Stromwandler 5 als Stromfühler so­ wohl für das Öffnen als auch für das Schließen des Schal­ ters 3 ₁. Abweichend davon kann gegebenenfalls der Wi­ derstand 4 ₁ als weiterer Stromfühler dienen, der bei ge­ öffnetem Schalter 3 ₁ wirksam ist und den begrenzten Strom überwacht. In diesem Fall wird durch ständige Messung des Spannungsabfalles am Widerstand 4 ₁ festgestellt, ob der äußere Kurzschluß oder die Überlastung beseitigt ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der in Fig. 1 ge­ zeigten Schaltungsanordnung wird im Kurzschlußfall oder im Fall von häufigen Umschaltungen, d. h. instabiler Be­ triebszustände ein Fernalarm, z. B. über das Koxialkabel des BK-Netzes ausgelöst.

Die zugelassene Größe Δ IB _max bzw. die Überschreitung des maximal zulässigen Betriebsstromes und die Ausschalt­ zeit Δ t ₆ werden abhängig von den Eigenschaften der zu speisenden Verbraucher 6 ₁, 6 ₂, 6 ₃, . . . bemessen.

Fig. 4 zeigt eine Schaltungsanordnung, bei der die Wider­ standsanordnung abweichend von Fig. 1 aus mehreren Ein­ zelwiderständen 4 ₂ und 4 ₃ zusammengesetzt ist. Mit dieser Anordnung lassen sich ein vergleichsweise geringer Kurz­ schlußstrom und damit auch eine besonders geringe Kurz­ schluß-Verlustleistung bzw. eine besonders geringe Er­ wärmung erreichen. Zur genaueren Diagnose, ob die Über­ lastung des Netzes beseitigt ist, wird ein Teil der Wi­ derstandsanordnung 4 ₂, 4 ₃ und zwar der weitere Widerstand 4 ₃ zeitweilig überbrückt. Der verbleibende Widerstand 4 ₁ stellt sicher, daß der maximale Kurzschlußstrom IK _max kleiner oder höchstens gleich dem maximal zulässigen Betriebsstrom IB _max bleibt. Die Überbrückung des weite­ ren Widerstandes 4 ₃ für Meßzwecke wird - von einem Taktge­ ber 7 gesteuert - zyklisch wiederholt. Der Taktgeber 7 wird durch die Auswerte- und Steuerschaltung 2 ₂ aktiviert, sobald die Strombegrenzung eingesetzt hat.

Abweichend von Fig. 4 kann der Schalter 3 ₃ anstatt zyk­ lisch durch den Taktgeber 7 oder zusätzlich zu der zyk­ lischen Steuerung durch den Taktgeber 7 von der Auswerte- und Steuerschaltung 2 ₂ gesteuert werden.

Claims (1)

1. Schaltungsanordnung zur Fernspeisung elektrischer Verbrau­ cher mittels Wechselspannungs-Parallelspeisung, wobei die Verbraucher über Fernspeisestrompfade an einen Ausgang der mit einer Konstantspannungsquelle versehenen Schaltungsanordnung anschließbar sind, mit einer min­ destens einen Stromfühler und mindestens einen steuerbaren Schalter aufweisenden Vorrichtung zur Strombegrenzung, wobei der steuerbare Schalter bei Strömen oberhalb eines über dem höchst zulässigen Betriebsstrom liegenden Ansprech­ wertes und/oder bei Stromänderungen, die ein vorgegebenes Maß übersteigen, geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Strombegrenzung eine in Serie zur Konstantspannungsquelle (1) liegende und aus wenigstens einem Widerstand bestehende Widerstandsanordnung (4 ₁; 4 ₂, 4 ₃) enthält, daß die Widerstandsanordnung (4 ₁; 4 ₂, 4 ₃) derart bemessen ist, daß der begrenzte Kurzschlußstrom (IK _max ), der sich aus der Ausgangsspannung der Konstantspannungsquelle (1) und dem Gesamtwiderstand der Widerstandsanordnung (4 ₁; 4 ₂, 4 ₃) bei kurzgeschlossenem Ausgang der Schaltungsanord­ nung ergibt, maximal annähernd gleich dem höchst zulässigen Be­ triebsstrom (IB _max ) ist und daß der steuerbare Schalter (3 ₁; 3 ₂) parallel zur Widerstandsanordnung (4 ₁; 4 _{2, 4 3) angeordnet und durch eine Steuervorrichtung (2 1; 2 2) in Abhängigkeit vom von der Konstantspannungsquelle (1) abgegebenen Strom (I) derart steuerbar ist, daß er zusätzlich bei Strömen unterhalb eines unter dem be­ grenzten Kurzschlußstrom (IK max ) liegenden Abfallwertes ge­ schlossen wird. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der begrenzte Kurzschlußstrom (IK max ) um einen vorgebbaren Betrag kleiner als der maximal zulässige Betriebsstrom (IB max ) ist. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsanordnung (4 2, 4 3) wenigstens zwei in Serie zueinander angeordnete Widerstände enthält und daß einer der Widerstände (4 3) mittels eines durch einen Taktgeber (7) steuerbaren weiteren Schalter (3 3) periodisch kurzschließbar ist.4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fernspeisestrompfade durch ein Koaxialkabel gebildet sind und daß der zur Erfassung des von der Konstantspannungsquelle (1) abgegebenen Stromes (I) vorgesehene Stromfühler (5) der Steuervorrichtung (2 1; 2 2) vorgeschaltet und in der Zuleitung zum Innenleiter des Koaxialkabels angeordnet ist.5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (2 1, 2 2) an zwei Stromfühler ange­ schlossen ist und daß einer der Stromfühler wenigstens durch einen Teil der Widerstandsanordnung gebildet und mit einem Komparator zum Bildung eines den Schalter (3 1; 3 2) schließen­ den Steuersignals verbunden ist.6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Steuervorrichtung (2 1; 2 2) in Abhängigkeit vom von der Konstantspannungsquelle (1) abgegebenen Strom (I) überbrückbare Widerstand der Widerstandsanordnung (4 1; 4 2, 4 3) den einen Stromfühler bildet.7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (2 1; 2 2) mit einer Auswertevorrich­ tung versehen ist, die im Kurzschlußfall und/oder bei einer vorgegebenen Zahl aufeinander folgender Betätigungen des Schal­ ters (3 1; 3 2) einen Fehleralarm abgibt.8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Verwendung der Schaltungsanordnung als Vorrichtung zur Fernspeisung von Zwischenstellen in Verteilnetzen der elektri­ schen Nachrichtenübertragungstechnik.}