DE4027331A1 - Verfahren und anordnung zum erkennen und/oder behandeln von fehlern in eigensicheren stromkreisen mit fernspeisung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erkennen und/oder Behandeln von Fehlern in eigensicheren Stromkreisen mit Fernspeisung mindestens eines angeschlossenen Geräts sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

In eigensicheren Stromkreisen, bei welchen die an den Strom­ kreis angeschlossenen Geräte fernversorgt werden, unterliegen ein von einem Versorgungsgerät in den Stromkreis eingespeister Strom ebenso wie eine an den Adern des Stromkreises anliegende Spannung Beschränkungen, die z. B. in der VDE-Norm 0171 ange­ geben sind. Zwischen Versorgungsgerät und eigensicherem Strom­ kreis sind daher Barrieren üblich, die verhindern, daß der Kurzschlußstrom oder die Leerlaufspannung die zulässigen Grenz­ werte überschreiten. Zudem muß bei den angeschlossenen Geräten gewährleistet sein, daß im Falle eines plötzlich auftretenden Kurzschlusses im eigensicheren Stromkreis keine Rückspeisung in den Stromkreis erfolgt. Vor allem, wenn ein angeschlossenes Gerät eine kapazitive Last am eigensicheren Stromkreis dar­ stellt, sind hierfür Ventildioden zweckmäßig. Aus Sicherheits­ gründen werden immer mindestens zwei Dioden, jeweils eine in der Hin- und Rückleitung, dem Gerät vorgeschaltet. Im Normal­ betrieb befinden sich die Dioden in Durchlaßrichtung, im Falle eines Kurzschlusses im eigensicheren Stromkreis verhindern sie jedoch ein Rückfließen eines Stromes von der kapazitiven Last in die Kurzschlußstelle und damit eine Erhöhung des Kurzschluß­ stromes über den zulässigen Grenzwert. Diese Anordnung der Ventildioden hat jedoch den Nachteil, daß eine fehlerhafte Diode, z. B. ein Diodenkurzschluß, nicht im Normalbetrieb fest­ gestellt werden kann. Zum Testen der Dioden müssen daher immer alle Geräte, die an den eigensicheren Stromkreis angeschlossen sind, abgeschaltet werden. Zudem ist der Stromkreis mit defek­ ten Dioden nicht mehr eigensicher.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu finden, das die Überprüfung der Dioden auch im Normalbetrieb erlaubt und selbst mit einer defekten Diode den weiteren Be­ trieb des eigensicheren Stromkreises gewährleistet, sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist das neue Verfahren der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ge­ nannten Merkmale auf. Gemäß Anspruch 2 kann eine Kontrolle aller in der Diodenbrücke vorhandenen Dioden erfolgen, indem die Speisespannung der Fernspeisung zyklisch umgepolt wird. Der Fehler, daß die Speisespannung in jeder Polarität einen Schwellwert unterschreitet, deutet darauf hin, daß im eigen­ sicheren Stromkreis oder in einem angeschlossenen Gerät ein Kurzschluß vorliegt, der dann zur Behebung des Fehlers gemäß Anspruch 3 gemeldet wird. Wenn dagegen die Speisespannung nur in einer Polarität einen Schwellwert unterschreitet, liegt gemäß Anspruch 4 ein Bauelementefehler in der Diodenbrücke vor. Die neue Anordnung mit den im kennzeichnenden Teil des An­ spruchs 5 genannten Merkmalen erlaubt mit einfachen Mitteln die Durchführung des Verfahrens. Gemäß Anspruch 6 kann die Erfindung vorteilhaft bei Bussystemen mit mehreren Teilnehmern, die vom Fernspeisegerät mit Hilfsenergie versorgt werden, angewendet werden. Es sollten dann in den Teilnehmern Fern­ speisefilter vorhanden sein, die das der Speisespannung über­ lagerte Signal abtrennen.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß durch gezielte Umpolung der Speisespannung alle einfachen Fehler erkannt und die Auswir­ kungen fehlerhafter Dioden bis zur Reparatur beseitigt werden können. Dadurch erhöht sich die Verfügbarkeit und andererseits wird die Wahrscheinlichkeit eines Doppelfehlers, welcher die Eigensicherheit des Stromkreises beeinträchtigt, z. B. Kurz­ schluß in zwei im Betriebsfall in Durchlaßrichtung geschalte­ ten Dioden, erheblich vermindert. Fehler der Dioden können gemeldet, ihre Auswirkungen aber bis zur nächsten Wartung unterdrückt werden.

Anhand der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, werden im folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Fernspeisegeräts,

Fig. 2 eine Anordnung im Fehlerfall,

Fig. 3 eine Anordnung im Normalbetrieb und

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens.

Ein Fernspeisegerät 6 ist in Fig. 1 mit Anschlußklemmen P und N an einen eigensicheren Stromkreis 1 angeschlossen. Es enthält eine eigensichere Spannungsquelle 7, die im Ausführungsbeispiel an ihren Ausgängen eine Gleichspannung liefert. Der Ausgang mit höherem Potential ist mit "+", der Ausgang mit niedrigerem Po­ tential mit "-" gekennzeichnet. Das Fernspeisegerät 6 enthält weiterhin eine Umpoleinrichtung 9, mit der die Polarität der Gleichspannung an den Klemmen P und N beliebig eingestellt werden kann. Die Umpolung der Gleichspannung wird gesteuert von einer Steuer- und Meldevorrichtung 10, die wiederum die dazu erforderlichen Informationen von einer Meßvorrichtung 8 erhält. Mit dieser wird die Speisespannung, die über die Klem­ men P und N an den eigensicheren Stromkreis 1 abgegeben wird, überwacht. Die Meßvorrichtung 8 ist durch die Steuer- und Meldevorrichtung 10 auf Überwachung einer negativen oder positiven Speisespannung einstellbar.

In Fig. 2 ist mit 6 wieder das Fernspeisegerät mit den Klemmen P und N bezeichnet, wobei die hier nicht dargestellte Umpol­ einrichtung 9 zunächst das höhere Spannungspotential auf die Klemme P und das niedrigere Potential auf die Klemme N legt. An dem eigensicheren Stromkreis 1 sind zwei Teilnehmer 2 und 3 über vorgeschaltete Diodenbrücken 4 und 5 angeschlossen. Die Diodenbrücke 4 enthält Dioden A1, B1, C1 und D1, die Dioden­ brücke 5 Dioden A2, B2, C2 und D2. Im Ausführungsbeispiel wird ein Kurzschlußfehler in der Diode D1 angenommen. Da die defekte Diode D1 ihre Sperrfunktion nicht mehr ausüben kann, fließt ein Kurzschlußstrom von der Klemme P über die Diode C1 und die ei­ gentlich in Sperrichtung geschaltete Diode D1 in die Klemme N.

Dieser Strompfad ist in der Fig. 2 als fette Linie markiert. Durch den Fehler in der Diode D1 sind die beiden angeschlosse­ nen Geräte 2 und 3 spannungslos. Die Meßvorrichtung 8 (Fig. 1) detektiert einen Einbruch der Speisespannung und meldet ihn an die Steuer- und Meldevorrichtung 10 weiter, die dann eine Um­ polung der Speisespannung veranlaßt. Ein Fehler in den Dioden B1, B2 und D2 würde zum selben Fehlerbild führen wie der an­ genommene Fehler in der Diode D1.

In Fig. 3 ist das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 nach er­ folgter Umpolung der Speisespannung dargestellt. Das höhere Gleichspannungspotential, mit "+" gekennzeichnet, liegt jetzt an der Klemme N, das niedrigere Gleichspannungspotential, mit "-" gekennzeichnet, an der Klemme P. In diesem Fall sind Fehler in den Dioden A1, A2, C1 und C2 detektierbar. Wiederum ist der stromführende Pfad als fette Linie markiert. Der Speisestrom fließt jetzt aus der Klemme N über die in Durchlaßrichtung betriebene Diode D1 zum Gerät 2, von dort über die Diode B1 in die Klemme P. Für das zweite Gerät 3 gilt Entsprechendes. Das Verhalten ist also analog zum Normalbetrieb. Der Kurzschluß­ fehler in der Diode D1 hat nun keine Auswirkungen mehr auf die Versorgungsspannung an den Geräten 2 und 3. Die korrekt an­ liegende Versorgungsspannung ist in Fig. 3 durch ein "+" und ein "-" an den Zuleitungen der Geräte 2 und 3 gekennzeichnet. Der Betrieb des eigensicheren Stromkreises 1 kann somit bis zur nächsten Wartung, bei der die Diode D1 ausgewechselt wird, aufrechterhalten werden.

Fig. 4 zeigt ein Diagramm eines Ablaufs, der von der Steuer- und Meldevorrichtung 10 gesteuert werden kann. Nach Einschalten des Fernspeisegeräts 6 beginnt das Verfahren bei PON. Dabei legt die Umpoleinrichtung 9 das höhere Gleichspannungspotential an die Klemme P und das niedrigere Gleichspannungspotential an die Klemme N. Dieser Zustand entspricht dem Normalbetrieb und wird so lange beibehalten, wie sich der eigensichere Strom­ kreis 1 nicht in einer Testphase T befindet und auch kein Kurz­ schluß K vorliegt. Im Falle eines von der Meßeinrichtung 8 (Fig. 1) festgestellten Kurzschlusses K wird die Polarität der Speisespannung invertiert. Wird dann immer noch ein Kurz­ schluß K detektiert, so kann davon ausgegangen werden, daß er durch einen Kabel- oder Verkabelungsfehler KF verursacht wird. In diesem Fall ist der eigensichere Stromkreis 1 nicht mehr betriebsfähig. Wird nach der Polaritätsumschaltung hingegen kein Kurzschluß K festgestellt, so wird ein Diodenfehler DF in einer Diodenbrücke angezeigt. Der eigensichere Stromkreis 1 ist bis zur Fehlerbehebung in diesem Zustand weiterhin be­ triebsfähig. In angemessenen Zeitabständen werden Testphasen T im Normalbetrieb eingefügt. Während dieser Testphase T wird ebenfalls die Polarität der Speisespannung invertiert. Der Normalbetrieb wird ohne Fehlermeldung wieder aufgenommen, wenn nach der Invertierung kein Kurzschluß K detektiert wird. Auch im Falle eines Kurzschlusses K erfolgt diese Rückkehr zum Normalbetrieb, es wird jedoch vorher Diodenfehler DF angezeigt.

Claims (6)

1. Verfahren zum Erkennen und/oder Behandeln von Fehlern in eigensicheren Stromkreisen (1) mit Fernspeisung mindestens eines angeschlossenen Geräts (2, 3), dadurch ge­ kennzeichnet,

• - daß die Fernspeisung der angeschlossenen Geräte (2, 3) über jeweils eine vorgeschaltete Diodenbrücke (4, 5) erfolgt,
• - daß die Speisespannung der Fernspeisung überwacht wird und
• - daß die Speisespannung der Fernspeisung spätestens dann um­ gepolt wird, wenn sie einen Schwellwert unterschreitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet,

• - daß die Speisespannung der Fernspeisung zyklisch umgepolt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet,

• - daß ein erstes einen Kurzschluß (KF) im eigensicheren Strom­ kreis (1) oder in einem angeschlossenen Gerät (2, 3) anzei­ gendes Meldesignal abgegeben wird, wenn die Speisespannung in jeder Polarität einen Schwellwert unterschreitet.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet,

• - daß ein zweites einen Bauelementefehler (DF) der Diodenbrücke anzeigendes Meldesignal abgegeben wird, wenn die Speisespan­ nung nur in einer Polarität einen Schwellwert unterschreitet.

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche

• - mit einem eine eigensichere Spannungsquelle (7) enthaltenden Fernspeisegerät (6), an dem zur Fernspeisung über einen eigensicheren Stromkreis (1) mindestens ein Gerät (2, 3) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet,
• - daß zwischen den eigensicheren Stromkreis (1) und jedes an­ geschlossene Gerät (2, 3) jeweils eine Diodenbrücke (4, 5) geschaltet ist,
• - daß Mittel (8) zur Überwachung der Speisespannung an dem eigensicheren Stromkreis (1) vorhanden sind,
• - daß Schaltmittel (9) zur Umpolung der Speisespannung vorhan­ den sind und
• - daß Mittel (10) vorhanden sind zur Meldung von Speisespan­ nungsfehlern und zur Steuerung der Schaltmittel (9).

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet,

• - daß der eigensichere Stromkreis (1) ein Bussystem zur Über­ tragung von Daten ist und die angeschlossenen Geräte Teil­ nehmer am Bussystem sind.