DE3905772C2 - Elektrisches Energieübertragungssystem für die eigensichere Energieübertragung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Energieübertragungssystem für die eigensichere Energieübertragung, insbesondere für Ausbausteuerungen im Bergbau, bestehend aus einem eigensicheren Netzteil und einer an dessen Gleichspannungs-Ausgang angeschlossenen, eigensicheren Energieübertragungsleitung mit mindestens einem angeschlossenen Verbraucher.

Insbesondere im Bergbau besteht die Forderung, entsprechend der Deutschen VDE-Norm 0117 nach einer eigensicheren Energie­ übertragung im Verbrauchernetz. Dies bedeutet, daß in einem Belastungsfall verbraucherseitig eine höhere Spannung als zum Beispiel 12 Volt Gleichspannung und ein höherer Strom als zum Beispiel 2 Ampere Gleichstrom nicht auftreten dürfen. Bedingt durch die Impedanz der Übertragungsleitung des Verbraucher­ netzes ergeben sich somit in Abhängigkeit von den zulässigen maximalen Spannungs- und Stromwerten Beschränkungen hinsicht­ lich der maximal möglichen Übertragungslänge.

Ein gattungsgemäßes Energieübertragungssystem ist beispiels­ weise aus der Literaturstelle DE-ETZ-B, Bd. 25, 1973, Heft 3, Seiten 50 bis 54 bekannt. Dabei besteht dieses bekannte Energieübertragungssystem im wesentlichen aus einem eigensi­ cheren Netzteil und einem äußeren Stromkreis, der offensicht­ lich aus einer Energieübertragungsleitung und (mindestens) einem angeschlossenen Verbraucher besteht, da ja erst ein Verbraucher einen "Stromkreis" schließt. In dieser Literatur­ stelle ist ebenfalls das Problem beschrieben, daß für die Eigensicherheit die im Stromkreis vorhandene Induktivität und Kapazität (=Impedanz) von wesentlichem Einfluß sind. Der äußere Stromkreis muß folglich stets so ausgelegt werden, daß bestimmte Maximalwerte von Induktivität und Kapazität nicht überschritten werden, was in erster Linie aber zu einer Beschränkung der Leitungslänge führt.

In der DE-PS 22 02 638 ist eine "an eine Zener-Barriere angeschlossene, spannungsreduzierende Schaltungsanordnung" beschrieben. Dabei kann durch ein spezielles Netzwerk aus zwei parallelen Zener-Dioden und einem Widerstand eine Leitung mit einer gewünschten Länge erstellt werden, wobei aber die Zener-Spannung der in diesem zusätzlichen Netzwerk enthaltenen Zener-Dioden stets entsprechend der gewünschten Leitungslänge bemessen sein muß. Eine Änderung der Leitungslänge wäre daher nachteiligerweise nur durch einen Eingriff in das Netzwerk, d.h. durch einen Austausch der Zener-Dioden, möglich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, die Eigensicherheit zu gewährleisten und gleichzeitig die Übertragungslänge der Energieübertra­ gungsleitung auf besonders einfache Weise beliebig ausführen zu können.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Energieübertragungsleitung aus mindestens zwei in Reihe geschalteten, eigensicheren Leitungsabschnitten besteht, wobei jeder Leitungsabschnitt durch eine Parallelschaltung aus einer Zenerdiode mit einer der maximalen Übertragungsspannung entsprechenden Zener-Spannung und einer Diode zum Abbau inverser Spannungen abgeschlossen ist, und wobei jeder Leitungsabschnitt eine Länge aufweist, die in an sich bekannter Weise der durch die Eigensicherheitswerte von Spannung und Strom und die Leitungsimpedanz bestimmten Leitungslänge ist, so daß die Energieübertragungsleitung durch Reihenschaltung einer entsprechenden Anzahl der Leitungsabschnitte mit beliebiger Länge eigensicher erstellbar ist.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß durch den erfin­ dungsgemäßen Abschluß mit der Parallelschaltung aus Zener- Diode und Diode ein eigensicherer Leitungsabschnitt geschaffen wird, in dem stets gewährleistet ist, daß die maximal zulässi­ gen Eigensicherheitswerte von Spannung und Strom nicht über­ schritten werden. Denn die Zener-Diode begrenzt die maximal am Ausgang mögliche Spannung bei Leitungsunterbrechung und die Diode begrenzt den maximal möglichen Strom, indem sie das Auf­ treten inverser Spannungen durch Leitungskurzschlüsse verhin­ dert. Indem derartige Leitungsabschnitte hintereinander geschaltet werden, ist die mögliche Länge der Energieübertra­ gungsleitung praktisch unbegrenzt und zwar unter Gewähr­ leistung der Eigensicherheit des gesamten Systems.

Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen enthalten.

Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert, es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Energieübertragungssystems,

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Systems bei mehreren Verbrauchern.

Wie sich aus Fig. 1 ergibt, besteht ein erfindungsgemäßes Energieübertragungssystem aus einem eigensicheren Netzteil 1, das bei einer Eingangswechselspannung von zum Beispiel 220 Volt eine Ausgangsgleichsspannung von zum Beispiel 12 Volt und einen Ausgangsgleichstrom von zum Beispiel 2 Ampere erzeugt.

An dessen Ausgang ist eine Energieübertragungsleitung 2 ange­ schlossen, wobei zur Darstellung diese im Ersatzschaltbild einer sogenannten "Langen Leitung" dargestellt ist. Dieses Ersatzschaltbild einer "Langen Leitung" wird durch die ohm­ schen Widerstände 3, die Induktivitäten 4 und die Kapazität 5, gebildet. An den Ausgang der Leitung 2 sind in Parallel­ schaltung eine Zener-Diode 6 und eine Diode 7 angeschlossen. Hierbei sind die Kathoden der beiden Dioden 6, 7 jeweils an den Pluspol angeschlossen. Hinter der erfindungsgemäßen Paral­ lelschaltung aus Zener-Diode 6 und Diode 7 ist ein Verbraucher 8 an der Leitung 2 angeschlossen. In den dargestellten Ausfüh­ rungsbeispielen wird davon ausgegangen, daß der Eigensicher­ heitsbereich bei ca. 12 Volt Ausgangsgleichspannung des eigen­ sicheren Netzteils 1 und bei 2 Ampere maximalem Ausgangsstrom liegt. In diesem Fall wird aufgrund von Messungen mittels einer Funkenstrecke am Ausgang der Leitung 2 festgestellt, ab welcher Leitungslänge L_max des jeweils vorliegendes Leitungs­ typs aufgrund dessen Leitungsimpedanz im Störfall, d.h. bei Leitungsunterbrechung oder Kurzschluß, Spannungs- und Strom­ werte auftreten, die außerhalb des Eigensicherheitsbereichs liegen. Damit ist L_max diejenige Leitungslänge, die maximal zulässig ist, ohne daß die Eigensicherheitswerte überschrit­ ten werden.

Erfindungsgemäß wird die Leitung 2 nun mit der Parallelschal­ tung aus der Zener-Diode 6 und der Diode 7 unmittelbar nach der Länge L abgeschlossen. Dabei liegt es weiterhin im Rahmen der Erfindung, auch eine kürzere Leitungslänge als L_max zu wählen. Hierbei ist die Zener-Diode 6 derart bemessen, daß ihre Zener-Spannung etwa der Ausgangsspannung von 12 Volt ent­ spricht, und bei der Diode 7 handelt es sich um eine Diode mit einer Sperrspannung von ca. 0,7 Volt. Wesentlich dabei ist, daß es sich um eine schnellschaltende Diode handelt.

Wie sich aus Fig. 2 ergibt, wird ein erfindungsgemäßes System mit mehreren Verbrauchern 8 aus einer Reihenschaltung mit einer Vielzahl von einzelnen erfindungsgemäßen Leitungsab­ schnitten 2 und einem endseitigen Abschluß mit einer Parallel­ schaltung aus Zener-Diode und Diode aufgebaut. Hierdurch ist gewährleistet, daß an keiner Stelle der gesamten Leitung im Störfalle Überspannungen oder Stromspitzen auftreten können, die außerhalb des Eigensicherheitsbereiches liegen. Durch die­ se erfindungsgemäße Ausgestaltung ist es möglich, ein beliebig langes Leitungssystem zur Energieübertragung im eigensicheren Bereich aufzubauen.

Da im Untertagebergbau, und zwar bei Strebausbau, derartige Energieübertragungssysteme aus einer Reihenschaltung von ein­ zelnen Ausbaugestellen gebildet werden, ist es zweckmäßig, wenn die einzelnen eigensicheren Leitungsabschnitte 2 jeweils die gleiche Länge, beispielsweise drei Meter, besitzen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann somit eine nur durch die gesamte Leistungsaufnahme begrenzte Hintereinanderschal­ tung von einzelnen Ausbaugestellen erfolgen, ohne daß aufgrund der Leitungsimpedanz Parameterüberschreitungen der Eigensi­ cherheitswerte von Strom und Spannung auftreten können, wenn ein Störfall durch Leitungsunterbrechung oder Kurzschluß auf­ tritt.

Claims (4)

1. Elektrisches Energieübertragungssystem für die eigensichere Energieübertragung, insbesondere für Ausbausteuerungen im Bergbau, bestehend aus einem eigensicheren Netzteil und einer an dessen Gleichspannungs-Ausgang angeschlossenen, eigensicheren Energieübertragungsleitung mit mindestens einem angeschlossenen Verbraucher, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieübertragungsleitung aus mindestens zwei in Reihe geschalteten, eigensicheren Leitungsabschnitten (2) besteht, wobei jeder Leitungsabschnitt (2) durch eine Parallelschaltung aus einer Zenerdiode (6) mit einer der maximalen Übertragungsspannung entsprechenden Zener-Spannung und einer Diode (7) zum Abbau inverser Spannungen abgeschlossen ist, und wobei jeder Leitungsabschnitt (2) eine Länge (L_max) aufweist, die in an sich bekannter Weise der durch die Eigensicherheitswerte von Spannung und Strom und die Leitungsimpedanz bestimmten Leitungslänge ist, so daß die Energieübertragungsleitung durch Reihenschaltung einer entsprechenden Anzahl der Leitungsabschnitte (2) mit beliebiger Länge eigensicher erstellbar ist.

2. Energieübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (7) eine schnellschaltende Diode ist.

3. Energieübertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathoden der Zener-Diode (6) und der Diode (7) jeweils am Pluspol angeschlossen sind.

4. Energieübertragungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Verbraucher (8) angeschlossen sind, wobei die Leitungslänge zum ersten Verbraucher (8) sowie zwischen den Verbrauchern gleich ist und jeweils der Länge (L_max) des eigensicheren Leitungsabschnitts (2) entspricht.