DE4127392A1 - Anordnung zur ueberwachung einer strom- und/oder spannungsbegrenzung - Google Patents
Anordnung zur ueberwachung einer strom- und/oder spannungsbegrenzungInfo
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- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
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- H02H3/02—Details
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- H02H3/044—Checking correct functioning of protective arrangements, e.g. by simulating a fault
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Überwachung
einer Strom- und/oder Spannungsbegrenzung auf der Speise
leitung einer Stromversorgung nach dem Oberbegriff des An
spruchs 1.
Aus der DE-OS 39 31 537 ist bekannt, zur Strom- und Spannungs
begrenzung auf der Speiseleitung einer Stromversorgung eine
sogenannte Barriere zu verwenden. Im einfachsten Fall besteht
eine solche Barriere aus einem ohmschen Widerstand, der in
eine Ader der Speiseleitung eingefügt ist, und zwei Zener
dioden, die hinter dem ohmschen Widerstand zwischen zwei
Adern der Speiseleitung liegen. Die beiden Zenerdioden werden
in Sperrichtung betrieben und legen durch ihre Zenerspannung
die zulässige Spannung auf der Speiseleitung fest. Der ohmsche
Widerstand verhindert im Falle eines Kurzschlusses zwischen
zwei Adern der Speiseleitung ein Ansteigen der Stromstärke
über einen zulässigen Maximalwert. In zunehmendem Maße werden
auch elektronische Strombegrenzungen eingesetzt, die z. B. aus
der DE-OS 18 16 553 bekannt sind. Um auch bei Ausfall eines
Bauelementes noch eine sichere Funktion der Barriere zu ge
währleisten, ist es notwendig, die Begrenzungselemente minde
stens doppelt anzuordnen. Ausgenommen hiervon sind nur ohmsche
Widerstände, die als "sichere" Bauelemente gelten. Die Doppel
anordnung der Begrenzungselemente verringert zwar die Ausfall
häufigkeit der Barriere, eine Funktionsgarantie stellt sie
jedoch nicht dar. Sind die Begrenzungselemente eingebaut, so
ist keine Funktionsprüfung mehr möglich. Daher ist vor Ein
bau der Elemente eine besonders sorgfältige Prüfung erforder
lich. Außerdem kann die doppelte Anordnung der Begrenzungs
elemente nicht als "redundant" gelten, da ein defektes Element
wegen der fehlenden Prüfbarkeit unerkannt bleibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur
Überwachung der Strom- und/oder Spannungsbegrenzung zu schaf
fen, die es ermöglicht, Fehler in den Begrenzungselementen
auch im eingebauten Zustand zu erkennen und somit die Ausfall
häufigkeit der Strom-/Spannungsbegrenzung erheblich zu ver
ringern.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist die neue Anordnung der ein
gangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des An
spruchs 1 genannten Merkmale auf. Teilstrombegrenzungselemente
können auf einfache Weise nach Anspruch 2 sperrbar ausgeführt
werden. Ebenso ist es nach Anspruch 3 leicht möglich, Teil
spannungsbegrenzungselemente einzeln durchschaltbar zu reali
sieren.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß Fehler in Begrenzungs
elementen zuverlässig erkannt werden und somit eine redundante
Ausführung der Begrenzungselemente vorliegt. Werden mindestens
zwei Strom- bzw. Spannungsbegrenzungselemente in einer Barrie
re verwendet, so wird durch die erfindungsgemäße Anordnung
sichergestellt, daß auch mit einem fehlerhaften Begrenzungs
element während der Prüfung die begrenzende Wirkung erhalten
bleibt. Eine derartige Anordnung ist damit auch zur Prüfung
der Begrenzungseinrichtungen während des Betriebs (On-line)
in eigensicheren Stromkreisen geeignet. Bei einfacher Aus
führung der Strom-/Spannungsbegrenzungselemente ist die
Prüfung während einer vernachlässigbar kurzen Betriebsunter
brechung (Quasi-On-line) durchführbar.
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 ein Strombegrenzungselement,
Fig. 2 ein Spannungsbegrenzungselement und
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Strom-/Span
nungsbegrenzung.
Ein Strombegrenzungselement IB1 besteht nach Fig. 1 aus
mehreren Teilstrombegrenzungselementen TIB1 . . . TIBn, die
jeweils ein elektronisches Strombegrenzungselement ES1 . . . ESn
und einen in Reihe geschalteten Schalter Si1 . . . Sin ent
halten. Dabei sind die Teilstrombegrenzungselemente TIB1 . . .
TIBn zueinander parallelgeschaltet, so daß sich der Strom 1,
den eine Speiseleitung führt, auf die einzelnen Teilstrom
begrenzungselemente TIB1 . . . TIBn aufteilt. Im Betriebsfall
sind die Schalter Si1 . . . Sin geschlossen. Ein Fehler in einem
Schaltelement reduziert den Begrenzungsstrom und gefährdet
nicht die Funktion der Strombegrenzung.
In Fig. 2 ist ein Spannungsbegrenzungselement UB1 darge
stellt, das durch eine Reihenschaltung mehrerer Teilspannungs
begrenzungselemente TUB1 . . . TUBm gebildet wird. Jedes Teil
spannungsbegrenzungselement TUB1 . . . TUBm enthält eine Zener
diode D1 . . . Dm, die mit einem parallelgeschalteten Schalter
Su1 . . . Sum überbrückt werden kann. Die Summe der Begrenzungs
spannungen der Teilspannungsbegrenzungselemente TUB1 . . . TUBm
ergibt die wirksame Begrenzungsspannung für das Spannungs
begrenzungselement UB1. Im Betriebszustand sind die Schalter
Su1 . . . Sum offen. Tritt ein Fehler in einem der Schalter Su1
. . . Sum auf, so verringert sich die Begrenzungsspannung des
Spannungsbegrenzungselements UB1, und die Spannung kann auch
in diesem Fall einen zulässigen Maximalwert nicht über
schreiten.
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild einer Strom-/Spannungs
begrenzung, an deren Eingangsklemmen die Eingangsspannung U
gegen Erdpotential GND anliegt. An ihren Ausgangsklemmen, die
sich im eigensicheren Bereich EB befinden können, ist eine
Ausgangsspannung UV, wiederum bezogen auf Erdpotential GND,
abnehmbar. In diesem Ausführungsbeispiel sind Eingangs- (U)
und Ausgangsspannung (UV) jeweils Gleichspannungen gegen
Erdpotential GND. Selbstverständlich ist die Erfindung auch
bei einer zweipoligen Versorgungsspannung oder bei einer
Versorgung mit Wechselspannung anwendbar. In eine Ader der
Speiseleitung sind Strombegrenzungselemente IB1, IB2 sowie ein
Stromsensor IS eingefügt, die jeweils vom Strom I durchflossen
werden. Zwei Spannungsbegrenzungselemente UB1, UB2 und ein
Spannungssensor US sind zwischen die beiden Adern der Speise
leitung geschaltet. Abweichend vom gezeigten Ausführungs
beispiel können der Stromsensor IS und der Spannungssensor US
natürlich auch mehrfach ausgeführt werden. Der Strom I durch
die Strombegrenzungselemente IB1 und IB2 sowie die Spannung UV
an den Spannungsbegrenzungselementen UB1 und UB2 werden durch
die Sensoren IS und US gemessen und einer Auswerteeinrichtung
AE zugeführt. Der Schaltzustand der Begrenzungselemente IB1,
IB2, UB1 und UB2 wird durch eine Auswahlschaltung AS vorge
geben. Zusammen mit einer Ein-/Ausgabeeinheit E/A bilden die
Auswahlschaltung AS und die Auswerteeinrichtung AE eine An
steuerschaltung A. Die Koordination der Überwachung bzw.
Prüfung der Strom-/Spannungsbegrenzung kann durch ein ex
ternes Steuerwerk beliebiger Art geschehen, das über eine
Schnittstelle mit der Ein-/Ausgabeeinheit E/A verbunden ist.
Selbstverständlich kann die gesamte Ansteuerschaltung A aus
Zuverlässigkeitsgründen redundant bzw. fehlertolerant aufge
baut sein. Die Zahl der dargestellten Begrenzungselemente ist
ebenfalls nicht als Einschränkung der Allgemeingültigkeit zu
verstehen, und es kann in bestimmten Fällen auf die Über
wachung entweder der Strom- oder der Spannungsbegrenzung
verzichtet werden.
Im folgenden wird erläutert, wie bei diesem Ausführungs
beispiel die Begrenzungselemente überwacht werden können. Zur
Prüfung der Strombegrenzungselemente IB1, IB2 werden alle
Schalter Su1 . . . Sum in den Teilspannungsbegrenzungselementen
TUB1 . . . TUBm geschlossen. Der Spannungssensor US meldet an
die Auswerteeinrichtung AE die Spannung UV = 0. Weiterhin
werden die Schalter Si1 . . . Sin in einem der beiden Strom
begrenzungselemente, z. B. IB1, geöffnet. Der Stromsensor IS
muß nun den Strom I = 0 messen. Werden jetzt die Schalter Si1
. . . Sin des Strombegrenzungselements IB1 einzeln der Reihe
nach kurzgeschlossen und wieder geöffnet, so mißt der Strom
sensor IS den jeweiligen Begrenzungsstrom der Teilstrom
begrenzungselemente TIB1 . . . TIBn und die Auswerteeinrichtung
AE überwacht, ob ein zulässiger Toleranzbereich eingehalten
wird. Nach erfolgter Prüfung aller Teilstrombegrenzungs
elemente TIB1 . . . TIBn des Strombegrenzungselementes IB1
werden alle Schalter Si1 . . . Sin des Strombegrenzungs
elementes IB1 wieder geschlossen. Anschließend wird das Strom
begrenzungselement IB2 in gleicher Weise geprüft.
Zur Prüfung der Spannungsbegrenzungselemente UB1, UB2 bleiben
alle Schalter Si1 . . . Sin der Strombegrenzungselemente IB1,
IB2 in ihrem Betriebszustand, d. h. geschlossen. Zudem werden
die Schalter Su1 . . . Sum in einem der beiden Spannungsbegren
zungselemente, z. B. UB1, geschlossen. Der Spannungssensor US
muß nun den Wert UV = 0 messen. Nun werden die Schalter Su1
. . . Sum der Reihe nach einzeln geöffnet und kurz darauf wieder
geschlossen. In diesem Zeitraum mißt der Spannungssensor US
jeweils die Begrenzungsspannung und die Auswerteeinrichtung AE
überwacht, ob ein zulässiger Toleranzbereich eingehalten wird.
Ist die Prüfung aller Teilspannungsbegrenzungselemente TUB1
. . . TUBm des Spannungsbegrenzungselementes UB1 abgeschlossen,
so werden wieder alle Schalter Su1 . . . Sum des Spannungs
begrenzungselements UB1 geöffnet. Analog dazu kann das Span
nungsbegrenzungselement UB2 geprüft werden.
Die einzelnen Prüfschritte müssen nicht unmittelbar aufein
anderfolgen. Bei einer On-line- oder Quasi-On-line-Prüfung
kann es von Vorteil sein, wenn die Dauer des Prüfvorgangs sehr
kurz ist. In diesem Fall ist es zweckmäßig, in einem Prüf
vorgang immer nur ein einziges Begrenzungselement zu prüfen
und dann wieder für längere Zeit den normalen Betriebszustand
herzustellen. Natürlich kann die Prüfung der einzelnen Be
grenzungselemente in beliebiger Reihenfolge durchgeführt
werden. Auch die Überwachung auf Einhaltung eines Toleranz
bereichs muß nicht zwangsläufig darauf beschränkt sein, daß
die Schalter Si1 . . . Sin bzw. Su1 . . . Sum einzeln geschlossen
bzw. geöffnet werden. Diese Vorgehensweise soll hier nur als
eine von vielen Möglichkeiten verstanden werden.
Claims (3)
1. Anordnung zur Überwachung einer Strom- und/oder Spannungs
begrenzung auf der Speiseleitung einer Stromversorgung, ins
besondere für elektronische Geräte in eigensicheren Strom
kreisen, wobei
- - in Reihe zu einer Ader der Speiseleitung mindestens ein Strombegrenzungselement und/oder
- - zwischen zwei Adern der Speiseleitung mindestens ein Spannungsbegrenzungselement geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet,
- - daß im Falle der Strombegrenzungsüberwachung mindestens ein Strombegrenzungselement (IB1, IB2) aus mehreren parallel geschalteten Teilstrombegrenzungselementen (TIB1 . . . TIBn) besteht, die einzeln sperrbar sind, und ein Stromsensor (IS) vorhanden ist, mit dem die Stromstärke (I) in der Speise leitung erfaßbar ist,
- - daß im Falle der Spannungsbegrenzungsüberwachung mindestens ein Spannungsbegrenzungselement (UB1, UB2) aus mehreren in Reihe geschalteten Teilspannungsbegrenzungselementen (TUB1 . . . TUBm) besteht, die einzeln durchschaltbar sind, und ein Spannungssensor (US) vorhanden ist, mit dem die Spannung (UV) zwischen den beiden Adern der Speiseleitung erfaßbar ist, und
- - daß eine Ansteuerschaltung (A) vorhanden ist, welche einen von mehreren möglichen Zuständen der Teilstrom- und/oder Teilspannungsbegrenzungselemente (TIB1 . . . TIBn; TUB1 . . . TUBm) vorgibt und in Abhängigkeit des jeweils vorgegebenen Zustandes und der auf der Speiseleitung erfaßten Stromstärke (I) und/oder Spannung (UV) ein Signal liefert, das Fehler in Teilstrom- oder Teilspannungsbegrenzungselementen (TIB1 . . . TIBn; TUB1 . . . TUBm) anzeigt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet,
- - daß die Teilstrombegrenzungselemente (TIB1 . . . TIBn) jeweils ein elektronisches Strombegrenzungselement (ES1 . . . ESn) mit einem in Reihe geschalteten Schalter (Si1 . . . Sin) sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet,
- - daß die Teilspannungsbegrenzungselemente (TUB1 . . . TUBm) jeweils eine in Sperrichtung betriebene Zenerdiode (D1 . . . Dm) mit einem parallelgeschalteten Schalter (Su1 . . . Sum) sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914127392 DE4127392A1 (de) | 1991-08-19 | 1991-08-19 | Anordnung zur ueberwachung einer strom- und/oder spannungsbegrenzung |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19914127392 DE4127392A1 (de) | 1991-08-19 | 1991-08-19 | Anordnung zur ueberwachung einer strom- und/oder spannungsbegrenzung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4127392A1 true DE4127392A1 (de) | 1993-02-25 |
Family
ID=6438612
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19914127392 Withdrawn DE4127392A1 (de) | 1991-08-19 | 1991-08-19 | Anordnung zur ueberwachung einer strom- und/oder spannungsbegrenzung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4127392A1 (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1991
- 1991-08-19 DE DE19914127392 patent/DE4127392A1/de not_active Withdrawn
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