DE68914116T2 - Elektrischer Zaun mit eingebauter Überwachungsvorrichtung. - Google Patents

Description

• Die elektrischen Zäune, die in regelmäßigen Intervallen Pulse von hoher Spannung auf einen Leitungsdraht geben, der ein Feld, auf dem Tiere weiden, umgibt oder teilt, sind gut bekannt. Ebenso weiß man, daß solche elektrischen Zäune benutzt werden können, um das Eindringen von Personen in eine Umzäunung zu verhindern.
• Die Wirksamkeit eines elektrischen Zaunes wird vermindert, wenn Gräser den Draht berühren; diese Gräser schließen die Pulse kurz, die normalerweise das Tier oder die Person, die mit dem Draht in Verbindung kommt, durchdringen sollen.
• Die Anwender sind auf der Suche nach Überwachungsmitteln, um den Zustand des Zaunes, d.h. seine Isolierung gegenüber dem Erdboden, zu verifizieren und so über die Wirksamkeit des Zaunes beruhigt sein zu können.
• Eine behelfsmäßige Methode besteht darin, eine Hand auf den Boden zu legen und den Draht mittels eines langen Grashalms zu berühren, der den elektrischen Schlag abschwächt.
• Es wurden auch schon z.B. durch das französische Patent Nr. 2 566 919 Elektrogeräte vorgeschlagen, die Detektoren für den Minimalpegel des Pulses, der durch das Elektrogerät abgegeben wird, enthalten, wobei unterhalb des letzteren ein Alarmsignal oder eine "Klingel" ausgelöst wird, die den Anwender auf die Notwendigkeit eines Einschreitens und z.B. eines Abschneidens der zu zahlreichen Gräser, die den Draht des Zaunes berühren, hinweist.
• Solche Detektoren weisen den Nachteil auf, daß sie nicht erlauben, die Ausbildung der Isolation des Zaunes verfolgen zu können, die sich häufig langsam und entsprechend dem Wuchs der Vegetation entwickelt.
• Wenn das Alarmsignal ausgelöst wird, ist es bei einem Defekt, aufgrund dessen die Überwachung des Viehs nicht mehr gesichert ist, notwendig, sofort einzuschreiten.
• Es ist bei weitem vorzuziehen, eine kontinuierliche Angabe verfügbar zu haben, die es erlaubt, je nach seiner Abnahme den Isolationsgrad des Zaunes täglich zu verfolgen und so den Moment oder den geeigneten Tag auswählen zu können, um vorbeugend einzuschreiten, bevor der Zustand untragbar wird.
• Das Patent WO-A-82 00 936 beschreibt ein System, das eine kontinuierliche Angabe über den Zustand des Zaunes liefert. Dieses System berechnet die Werte entsprechend mehreren aufeinanderfolgenden Pulsen und gestattet es, die gemittelte Isolation des Drahtes des Zaunes zu verfolgen, es erlaubt aber nicht, die relativ zufälligen Phänomene zu erfassen, die man antrifft, wenn von Zeit zu Zeit Funken überspringen, falls sich längs eines Isolators dessen Material abnützt oder wenn ein Zweig, der durch den Wind hin- und herschwingt mehr oder weniger zufällige Überschläge verursacht.
• Diese Überschlagsphänomene müssen abgestellt werden, denn einerseits stellen sie den Fortbestand der Isolierung des Drahtes in Frage und andererseits sind sie die Quelle für radioelektrische Störungen.
• Um bestens über den Zustand des Zaunes informiert sein zu können, ist es notwendig, die elektrischen Daten bei jedem Puls zu kennen.
• Ein gleichmäßiger, aber niedriger Anzeigewert entspricht zahlreichen Gräsern, die den Draht des Zaunes berühren; die Entscheidung, zur Wiederherstellung der Isolierung einzugreifen und das Gras über die ganze Länge des Drahtes zu entfernen, wird dann entsprechend dem erreichten Niveau durch den Benutzer vorgenommen, nachdem eine langsames Heruntergehen des Anzeigeinstrumentes im Laufe der vorhergehenden Tage beobachtet worden ist.
• Ein unregelmäßiger Anzeigewert entspricht einer lokalisierten Störung, bei der es notwendig ist, ihren genauen Ursprung zu bestimmen, um sie zu beheben.
• Anzeigeinstrumente (Digitalvoltmeter) mit einem Widerstandsteiler, der mit einem Detektor verbunden ist, und deren eines Ende im Hinblick auf den Widerstand durch eine kleine Erdungsstange geerdet ist, während das andere Ende an dem stromführenden Draht befestigt ist, sind bereits vorgeschlagen worden. Der Detektor, der mit derartigen Widerständen verbunden ist, gestattet es dann, die Spannung, die auf dem Draht des Zaunes anliegt, zu bestimmen.
• Diese Anzeigeinstrumente geben damit über jeden unabhängigen Puls Auskünfte, sind aber dennoch mit mehreren Nachteilen behaftet.
• Sie machen es notwendig, mehr oder weniger aufwendige Handgriffe durchzuführen, die den Anwender abschrecken. Dieser verzichtet dann, auf Kosten der Wirksamkeit seines elektrischen Zaunes, häufig darauf, sie vorzunehmen.
• Sie benötigen ebenso eine unabhängige Energiequelle, wie z.B. eine Batterie, die regelmäßig ausgetauscht werden muß.
• Es ist unmöglich, ein solches System dauerhaft zwischen den Draht des Zaunes und die Erde zu schalten, denn dies führt zu einer schnellen Abnutzung der Batterie.
• Darüber hinaus zeigen diese Anzeigeinstrumente einen Spannungsspitzenwert an, der wenig reproduzierbar ist, da er von der reproduzierbarkeit des Widerstandes der Verbindung der Stange mit dem Erdboden und folglich von der Art, wie der Stab eingesteckt ist, abhängig ist. Dieser Spannungsspitzenwert hängt ebenso von dem Spannungsspitzenwert der Leitung ab, der während einer recht kurzen Zeit, in der Größenordnung von einigen Mikrosekunden, erreicht wird.
• Dieser Wert ist zum einen schlecht reproduzierbar und auf der anderen Seite wenig repräsentativ für den Hauptpuls, der üblicherweise einige Hundert Mikrosekunden lang ist, und nur wichtig, sofern es die physiologischen Wirkungen betrifft, die von den Tieren wahrgenommen werden.
• Die vorliegende Erfindung strebt an, ein Elektrogerät vorzuschlagen, das die verschiedenen Nachteile der bekannten Vorrichtungen behebt.
• Zu diesem Zweck beschreibt die vorliegende Erfindung ein Elektrogerät mit einem Isolationsmeßsystem, das in das Gehäuse des elektrischen Zaunes eingegliedert ist und keine weitere Hilfsenergiequelle enthält.
• Das beschriebene Elektrogerät ist von der Art "mit Entladung eines Kondensators", aber es kann ebenso vom Typ "mit Injektion von Netz-Halbwellen" sein.
• Ein Schema, das es erlaubt, das Prinzip der Erfindung besser zu beschreiben, ist in Figur 1 dargestellt.
• Der Kondensator C wird durch ein Netzteil A geladen, das mit einer Hauptversorgungsquelle verbunden ist, wie z.B. dem Stromnetz, einem Akkumulator oder einer Batterie. Der Kondensator C wird mit Hilfe eines Schalters 1 in der Primärwicklung des Haupttransformators T in regelmäßigen Intervallen, die länger als eine Sekunde sind, entladen.
• Aufgabe des Transformators T ist es, die Pulsspannung zu erhöhen und insbesondere für den Fall einer Versorgung durch das Stromnetz die unentbehrliche Isolierung zwischen der Energiequelle und dem Stromkreis des Zaunes sicherzustellen.
• Ein Spannungsteiler R1-R2 ist aus mehreren Widerständen aufgebaut, die in Serie geschaltet sind, um die Durchschläge aufgrund der Hochspannung zu vermeiden. Die Spannung am Pulsausgang, die mit einem bestimmten Begriff für die Pulslänge verknüpft ist, bestimmt die Energie, die auf der Leitung verbleibt, um eine schmerzhafte Entladung beim Tier oder beim Menschen bei einer Berührung mit dem Draht zu verursachen. Diese Energie nimmt ab, wenn die Isolierung des Drahtes des Zaunes gegenüber der Erde durch Pflanzen, die den Draht berühren, oder durch defekte Isolatoren verschlechtert wird. Der Puls, der durch die Widerstandsbrücke aufgeteilt wird, ist in ein Meßsystem M eingegliedert, das die Aufgabe hat:
• a) - den Puls mit einer Zeitkonstante zu integrieren, die ausreichend ist, um die Spannungsspitzen zu vermeiden, deren Dauer zu kurz ist, um im Hinblick auf den Schmerz, den ein Tier, das den Zaun berührt, verspürt, bedeutsam zu sein;
• b) - den Spitzenwert der so integrierten Spannung zu detektieren und ihn zu digitalisieren;
• c) - eine Digitalskala anzusteuern, die zu jedem Puls einen Wert, der proportional zu der detektierten Spitzenspannung ist, anzeigt.
• Der angezeigte Wert kann von 0 bis 99 (oder 99,9) gehen und gibt dann zu jedem Zeitpunkt einen bestimmten Prozentsatz für die Isolierung des Zaunes an.
• Die Anzeige kann ebenso durch Verwendung eines Gerätes mit Balkendiagrammdarstellung oder durch ein System mit beweglichem Zeiger erfolgen; die Ablesung ist dann mehr intuitiv.
• Das Meßmodul M wird durch ein System von Gleichrichtern D, Kondensatoren C1, C2... und Widerständen R3, R4... versorgt, wobei alle diese Bauelemente nach einem Schema Gleichrichter/Spannungsstabilisator geschaltet sind, das gut bekannt ist; das Gesamtsystem bildet dann eine Schaltung, die einerseits mit dem Ausgang "Erde" des Zaunes und andererseits mit einem Punkt K verbunden ist, an dem eine Wechsel-, Puls- oder Gleichspannung erzeugt wird.
• Bei Elektrogeräten, die durch einen Akkumulator oder eine Batterie versorgt werden, kann der Ausgang "Erde" des Zaunes mit einer der Klemmen des Akkumulators oder der Batterie und der Punkt K mit der anderen Klemme des Akkumulators oder der Batterie verbunden sein.
• Bei Elektrogeräten, die durch das Netz versorgt werden, ist es unbedingt notwendig, den Stromkreis "Erde" + "Zaun" vom Stromkreis der Primärwicklung des Haupttransformators, der selbst mit dem Netz verbunden ist, galvanisch zu isolieren. Der Punkt K kann folglich nicht unmittelbar mit der Hauptversorgung verbunden sein.
• Die Isolierung kann auf zwei verschiedene Arten erreicht werden:
• a) - der Punkt K wird, wie in Figur 2 dargestellt, durch einen Transformator T2 versorgt. Die Primärwicklung des Transformators T2 ist mit einem Wechselstromnetz verbunden; die Sekundärwicklung ist zwischen den Ausgang "Erde" und den Punkt K geschaltet. Die Isolierung zwischen oder Primär- und der Sekundärwicklung von T2 muß besonders sorgfältig gewartet werden, um eine vollständige Trennung zwischen dem Netz und dem Stromkreis "Erde" + "Zaun" zu gewährleisten, wobei letzterer Hochspannungspulsen ausgesetzt wird, die 10.000 Volt erreichen können.
• b) - der Punkt K ist mit einem besonderen Ausgang der Sekundärwicklung des Haupttransformators T gemäß dem Schaltbild der Figur 1 verbunden. Der Stromkreis M arbeitet mit Niederspannung (einige Volt), wobei nur einige Wicklungen zwischen dem Ausgang "Erde" von T und dem besonderen Ausgang, an den K angeschlossen ist, ausgewählt werden. Diese einzelnen Wicklungen erlauben es, die Kondensatoren C1 und C2 bei jeder elektrischen Entladung wieder aufzuladen, ohne viel Energie zu verbrauchen. Ein zweiter Vorteil dieser Art von Versorgung durch das Modul M ist, daß nur ein einziger, sehr stark isolierter Transformator benötigt wird: der Haupttransformator T.
• Die Figur 3 und die Figur 4 beziehen sich auf eine Variante der vorliegenden Erfindung, bei der der Isolationsgrad des Zaunes bestimmt wird durch eine Messung, die in dem Teil, der mit der Primärwicklung des Haupttransformators verbunden ist, vorgenommen wird.
• Zwischen den Ausgängen P und Q der Primärwicklung des Transformators ist eine Spannungsteilerbrücke angeschlossen, die aus Widerständen oder gegebenenfalls auch aus Kondensatoren besteht. Eine Spannung, die proportional zu der Spannung zwischen P und Q ist, tritt zwischen den Punkten R und Q auf. Diese proportionale Spannung kann ebenso durch einen Zwischenausgang, der zu diesem Zweck bei der Wicklung der Primärwicklung des Transformators vorgesehen wird, oder wieder durch eine Hilfswicklung auf dem Transformator T, die vollständig von der Primär- und der Sekundärwicklung getrennt ist, gewonnen werden.
• Die Zenerdiode Z und der Ladewiderstand Rz von Z erlauben, zwischen den Punkten S und Q eine Spannung Vm = [h(Vp - Vq) - Vz] zu erhalten, wobei Vp und Vq die Spannungen sind, die an den Klemmen der Primärwicklung auftreten, h das Proportionalitätsverhältnis des ausgewählten Spannungsteilers und Vz die Spannung der Zenerdiode bezeichnen.
• Die durchgezogene Kurve der Figur 4 stellt die Spannung h(Vp - Vq) dar, wenn der Draht des elektrischen Zaunes gut isoliert ist. Die gestrichelte Kurve derselben Figur 4 gibt die Spannung h(Vp - Vq) wieder, wenn der Draht des Zaunes schlecht isoliert ist. Diese beiden Kurven werden von der -punktierten- Geraden der Zenerdiodenspannung Vz geschnitten. Es zeigt sich, daß die Dauer der ersten halben Periode, während der h(Vp - Vq) den Wert von Vz überschreitet, sehr stark vom Isolationsgrad des Drahtes des elektrischen Zaunes abhängt: t1 ist viel kleiner als t2. Die Messung und die Anzeige dieser Zeitdauer sind folglich ein Mittel, um den Anwender über den Zustand seines elektrischen Zaunes zu unterrichten.
• Die Messung der Zeiten t1 oder t2 kann vorzugsweise dadurch vorgenommen werden, daß ein elektronisches Tor geöffnet wird, wenn Vm = [h (Vt - Vq) - Vz] positiv wird, und daß dieses Tor wieder geschlossen wird, wenn Vm den Nullpunkt durchläuft; dann hält man das Tor während einer Zeit in der Größenordnung von 0,3 bis 0,5 Sekunden geschlossen, um mögliche Signalreflektionen unberücksichtigt zu lassen. Die Messung und die Anzeige der Öffnungszeit des Tores sind dann eine Angabe für den Isolationsgrad des Drahtes des elektrischen Zaunes.
• Der Vorteil dieser Maßnahme, die im Primärkreis des Transformators vorgenommen wird, besteht darin, daß die Meßeinheit und das Anzeigegerät, die durch die Isolationsbarriere, die zwischen der Primär- und Sekundärwicklung des Transformators T vorliegt, vollständig vom Sekundärkreis getrennt sind und durch eine übliche Schaltung aus Dioden, Widerständen und Kondensatoren, die selbst unmittelbar an die Wechselstromversorgung des Netzes angeschlossen ist, versorgt werden können.
• Man kann ebenso einen Transformator verwenden, der eine schwache Isolierung haben kann.
• Eine andere Methode zur Bestimmung der Isolation des elektrischen Zaunes besteht darin, den Spitzenstrom zu messen, der die Primärwicklung des Transformators T während des Pulses durchfließt; dieser Spitzenstrom kann entweder durch die Messung der Spannung, die er an den Klemmen eines in Serie mit der Primärwicklung von T (Figur 5) geschalteten Widerstandes Rs geringen Wertes entstehen läßt, oder durch die Messung der Spannung, die an den Klemmen der Sekundärwicklung eines kleinen Hilfstransformators T3 auftritt, dessen Primärwicklung mit schwacher Selbstinduktivität von dem Strom der Hauptentladung (Figur 6) durchflossen wird, erfaßt werden. Identisch zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform der Erfindung (Figuren 3 und 4) wird das Meß- und Anzeigeteil für das Kennsignal der Isolierung des Drahtes des Zaunes durch eine Schaltung, die an die Klemmen des Wechselstromnetzes angeschlossen ist, versorgt, ohne daß dadurch die Sicherheit beeinträchtigt wird.

Claims (13)

1. Vorrichtung zur Versorgung von Elektrozäunen, die zum Einpferchen von Vieh oder zur Vermeidung des Eindringens von Menschen in eine Umzäunung bestimmt sind, bestehend aus einem Gehäuse, das mit einer Hauptbetriebsstromversorgung verbunden ist, die Hochspannungspulse erzeugt, die mehr als eine Sekunde auseinander liegen, und das ein Gerät zur Anzeige des Isolationszustandes der Leitung des Elektrozauns enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse ein Meßsystem enthält, das die Digitalisierung einer elektrischen Kenngröße vornimmt, und daß das Gerät zur Anzeige des Isolationszustandes aus einem digitalen Anzeigegerät oder einem Anzeigegerät mit Balkendiagrammdarstellung besteht, das den Isolationsgrad bei jedem Puls anzeigt, wobei das System nur Energie verbraucht, die direkt oder indirekt durch besagte Hauptversorgung und nicht durch eine Hilfsversorgungsquelle geliefert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis des Anzeigegerätes einen Kennwert für den Entladepuls mißt und diesen digitalisiert, nachdem er eine schnelle Integration über die Zeit vorgenommen hat, um Spitzen oder Oszillationen auszuschließen, deren zu kurze Dauer sie in physiologischer Hinsicht nicht bedeutsam macht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das System zur Messung der Isolation des Zauns den Spitzenwert einer elektrischen Kenngröße der Entladung mißt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das System zur Messung der Isolation des Zauns die Zeitdauer mißt, während der ein elektrischer Wert der Entladung oberhalb eines bestimmten, festgelegten Wertes bleibt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des elektrischen Wertes nur während der ersten Oszillation der Entladung gemessen wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung über eine Teilerbrücke vorgenommen wird, die mit den Klemmen des Elektrozauns verbunden ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung an den Klemmen einer Hilfswicklung vorgenommen wird, die auf den Haupttransformator aufgewickelt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung an den Klemmen der Sekundärwicklung eines Meßtransformators vorgenommen wird, dessen Primärwicklung eine geringe Selbstinduktivität aufweist und in Reihe mit der Primärwicklung des Haupttransformators geschaltet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung an den Klemmen eines Widerstandes mit geringem Wert vorgenommen wird, der in Reihe mit der Primärwicklung des Haupttransformators geschaltet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung am mittleren Anschluß einer Teilerbrücke vorgenommen wird, die Widerstände und/oder Kondensatoren enthält und parallel zur Primärwicklung des Haupttransformators geschaltet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgung des Verarbeitungs- und Anzeigesystems durch einen Teil der Sekundärwicklung geliefert wird, der einen kleinen Anteil der Energie des Entladungspulses wiedergewinnt und diesen einem Stromversorgungskreis Gleichrichter- Stabilisator zuführt, der galvanisch von der Primärwicklung des Haupttransformators entkoppelt ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Meß- und Anzeigesystem durch einen Abspanntransformator, der an das Netz angeschlossen ist, versorgt werden kann, sofern es sich um Elektrogeräte handelt, die mit einem Wechselstromverteilernetz verbunden sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Meß- und Anzeigesystem direkt durch die Hauptversorgung versorgt werden kann, sofern es sich um Elektrogeräte handelt, die an einen Akkumulator oder ein galvanisches Element angeschlossen sind.