DE8333086U1

DE8333086U1 - Isolator for a capacitive protective fence

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Publication number: DE8333086U1
Application number: DE19838333086
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-11-17
Filing date: 1983-11-17
Publication date: 1984-03-29

Description

Siemens Aktiengesellschaft Unser Zeichen Berlin und Mönchen VPA 83 G 1896 DESiemens Aktiengesellschaft Our symbol Berlin and Mönchen VPA 83 G 1896 DE

Isolator for a capacitive protective fence

Die Neuerung bezieht sich auf einen Isolator für einen kapazitiven Schutzzaun mit einem becherförmigen Metallmantel und einem metallischen Elektrodenhalter, der mit einem Isolierkörper im Metallmantel mittig angeordnet ist und nach unten herausragt.The innovation relates to an isolator for one capacitive protective fence with a cup-shaped metal jacket and a metal electrode holder that is connected to an insulating body is arranged centrally in the metal jacket and protrudes downwards.

Zur Perimetersicherung werden u.a. drahtgebundene Detektionssysteme - kapazitive Schutzzäune - verwendet, die im Niederfrequenzbereich, z.B. bei 10 kHz, im Freiluftklima arbeiten. Die Detektion beruht auf einen Sende- und Empfangsverfahren, mit dem Kapazitätsänderungen einer Spanndrahtanordnung (Elektrodendrähte) ausgewertet werden. Beispielsweise wird bei einem Detektionssystem mit vier Elektrodendrähten ein kapazitiver Schutzzaun gebildet. Mit Luft als Dielektrikum bilden die Elektrodendrähte untereinander und zur Erde Kapazitäten, wobei beispielsweise die Teilkapazitäten gemessen und ausgewertet werden. Z.B. können zwei Drähte als Sendedrähte und zwei weitere als Empfangsdrähte dienen. Ein Eindringling verändert durch seine von der Luft abweichende Dielektrizitätskonstante bei Annäherung an den Schutzzaun die Teilkapazitsten und damit den Blindstrom dieser Anordnung. Diese Änderung wird nach Größe, Geschwindigkeit und Dauer ausgewertet und daraus ein Alar.7 abgeleitet. Es können auch alle vier Elektrodendrähte als Seadedrähte dienen.Wired detection systems are used for perimeter security - capacitive protective fences - used in the low frequency range, e.g. at 10 kHz, in an open air climate work. The detection is based on a transmission and reception process, with which changes in the capacitance of a tension wire arrangement (Electrode wires) can be evaluated. For example, in a detection system with four Electrode wires formed a capacitive protective fence. With air as the dielectric, the electrode wires form among each other and to earth capacities, whereby, for example, the partial capacities are measured and evaluated. E.g. two wires can serve as transmit wires and two more as receive wires. Changed an intruder due to its dielectric constant, which differs from that of the air, the partial capacitors when approaching the protective fence and thus the reactive current of this arrangement. This change is based on size, speed and duration evaluated and an Alar.7 derived from it. It can all four electrode wires also serve as sea wires.

Dabei wird jeweils die Erdkapazität, d.h. die Kapazität zwischen der Elektrode und der Erde, gemessen und ausgewertet. In each case, the earth capacity, i.e. the capacity between the electrode and the earth, measured and evaluated.

En 1 Pie / 12.01.1984En 1 Pie / 01/12/1984

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Kapazitive Schutzzäune , die extremen Umweltbedingungen wie Wüstensand und Meeresnähe ausgesetzt sind, werfen besondere Probleme auf. Salz, Sand, Staub, Salzwasser, Gischt, Wind und Nässe bzw. Regen wirken auf dem kapazitiven Schutzzaun ein und beeinflussen dessen Störanfälligkeit. Besonders wirken sich derartige störende Einflüsse auf die Isolatoroberfiäche eines solchen kapazitiven Schutzsystems aus. Bei klimatischen Verhältnissen, wie sie oben geschildert sind, bilden sich auf der Isolatoroberfiäche durch Salz- und Sandablagerungen bei Feuchte und Nässe kleine Störflächen aus, die zu Kapazitätsveränderungen am Schutzzaun und damit zu Störungen und Fehlalarmen führen. Um diene Einflüsse zu vermeiden, wurde schon vorgeschlagen, die Isolatoroberfiäche mit einer metallischen Schicht zu versehen, die entweder geerdet ist oder an der der Elektrodendraht angeschlossen ist.Throw capacitive protective fences that are exposed to extreme environmental conditions such as desert sand and proximity to the sea special problems. Salt, sand, dust, salt water, spray, wind and moisture or rain have an effect on the capacitive A protective fence and influence its susceptibility to failure. Such disturbing Influences on the insulator surface of such a capacitive protection system. In climatic conditions, as described above, form on the insulator surface through salt and sand deposits In damp and wet conditions, small interfering surfaces that lead to changes in capacity on the protective fence and thus to malfunctions and cause false positives. In order to avoid these influences, it has already been suggested that the isolator surface to be provided with a metallic layer which is either earthed or to which the electrode wire is connected is.

It has also been suggested to use the isolator with a

becherförmigen Metallmantel, der leitend mit dem geerdeten Zaunmast verbunden ist, zu versehen. Dabei ist im Isolierkörper in der Mitte ein nach unten herausragender Elektrodenhalter angeordnet, um den im Isolierkörper ein oder mehrere Ausnehmungen angeordnet sind. Die dadurch gebildeten Rippen bilden zusammen mit den Ausnehmungen eine sehr lange Kriechstromstrecke zwischen dem Elektrodenhalter und dem Metallmantel. Derartig ausgebildete Isolatoren haben sich für die Teilkapazittätsmessung und -auswertung bewährt. Für die Messung und Auswertung der Erdkapazität, d.h. der Kapazität zwischen der jeweiligen Elektrode und Erde, haben sie sich als nachteilig erwiesen. Gerade unter extremen Umweltbedingungen, wie oben geschildert, treten über die Luftfeuchte und Verschmutzung störende leitende Flächen auf der Oberfläche der Isolations-Kriechstromstrecke auf, die auf Grund der dadurch bewirkten Kapazitätsänderungen zu Fehlalarmen führen. Das ÜberwandernCup-shaped metal jacket that is conductive with the grounded Fence pole is connected to be provided. There is a downwardly protruding electrode holder in the middle of the insulating body arranged around which one or more recesses are arranged in the insulating body. The thereby formed Together with the recesses, ribs form a very long leakage current path between the electrode holder and the metal jacket. Such insulators have proven themselves for measuring and evaluating partial capacitance. For measuring and evaluating the earth capacitance, i.e. the capacitance between the respective electrode and Earth, they have been found to be detrimental. Especially under extreme environmental conditions, as described above, Interfering conductive surfaces occur on the surface of the insulation leakage current path via air humidity and pollution which lead to false alarms due to the resulting changes in capacity. The hike

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der Kriechstromstrecke durch leitende Flächen (z.B. Feuchte), führt zu einem ohm¹sehen Kurzschluß der kapazitiv wirksamen Rippen. Ebenso bewirkt das Uberwandern der Isolierstoffläche des Isolators Kapazitätsänderungen, wenn die Isolierstoffflächen keine Ä'qui-Potentialflächen sind. Ebenso ändert sich die zu messende Erdkapazität am kapazitiven Schutzzaun durch die sich auf der Isolatoroberfläche der Kriechstromstrecke ausbildenden Störflächen, weil der Abstand zwischen den jeweiligen Rippen verringert wird. Diese drei Störeffekte wirken sich auf die zu messende Erdkapazität unterschiedlich aus. Die Störeffekte verändern bei hinreichend vielen Isolatoren die Kapazität einer Elektrode gegenüber Erde so stark, daß eine Auswertung nur noch sehr schwer und mit erheblichem Aus-the leakage current path through conductive surfaces (e.g. moisture) leads to an ohm ¹ short circuit of the capacitively effective ribs. Likewise, migrating over the insulating surface of the insulator causes changes in capacitance if the insulating surfaces are not equi-potential surfaces. The earth capacitance to be measured on the capacitive protective fence also changes due to the interference surfaces forming on the insulator surface of the leakage current path, because the distance between the respective ribs is reduced. These three interference effects have different effects on the earth capacitance to be measured. With a sufficient number of insulators, the interference effects change the capacitance of an electrode to earth so much that an evaluation is very difficult and with considerable impact.

Evaluation effort or no longer possible at all.

Aufgabe der Neuerung ist es daher, die oben geschilderten Nachteile zu vermeiden und einen Isolator der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auf der Oberfläehe der Isolations-Kriechstromstrecke sich ausbildende Störflächen eine hinreichend kleine Kapazitätsänderung bewirken und dadurch auch die Auswertung der Erdkapazität möglich ist.The task of the innovation is therefore to avoid the disadvantages outlined above and an isolator of the initially to train said type so that on the surface of the insulation leakage current path is formed Interfering surfaces a sufficiently small change in capacitance effect and thus the evaluation of the earth's capacity is also possible.

Diese Aufgabe wird bei einem eingangs beschriebenen Isolator neuerungsgemäß dadurch gelöst, daß die Innenseite des Metallmantels und der Elektrodenhalter zumindest im Innenbereich des Metallmantels eine dünne Isolierschicht aufweist und daß der Isolierkörper als Isolierabstandsstück für den Elektrodenhalter ausgebildet ist.In the case of an insulator described at the beginning, this object is achieved according to the invention in that the inside of the metal jacket and the electrode holder, at least in the inner region of the metal jacket, a thin insulating layer and that the insulating body is designed as an insulating spacer for the electrode holder.

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Der Isolator 1st also als Metallbecher ausgebildet, In dem in der Mitte über ein Abstandsisölierstück, das ein Keramikabstandshalter sein kann, der metallische Elektrodenhalter angeordnet ist. Die Oberfläche der Innenseite des Metallbechers uhd die Oberfläche des Elektrodenhalters ist mit einer dünnen Isolierschicht versehen. Dies bewirkt in vorteilhafter Weise, daß eine sich ausbildende leitende störende Fläche keinen Kurzschluß der Kapazität zwischen dem Metallbecher und dem Elektrodenhalter verursachen kann. Eine Kapazitätsänderung über die Abstandsverringerung bei Anwachsen der störenden Flächen zwischen dem Metallbecher und dem Elektrodenhalter ist noch möglich* Diese ist den anderen Effekten gegenüber vernachlässigbar klein.The insulator is thus designed as a metal cup, In the one in the middle via a spacer insulating piece, which can be a ceramic spacer, the metallic electrode holder is arranged. The surface of the inside of the metal cup and the surface of the electrode holder is provided with a thin insulating layer. This advantageously has the effect that a conductive interfering surface do not cause a short circuit of the capacitance between the metal cup and the electrode holder can. A change in capacitance via the reduction in the distance when the interfering areas between the metal cup and the electrode holder is still possible * This is negligible compared to the other effects small.

Zweckmäßigerweise kann das Isolierabstandsstuck in der Form dem Elektrodenhalter angepaßt sein. Es kann das Isolierabstandsstuck denselben Durchmesser wie der Elektrodenhalter aufweisen.
20The shape of the insulating spacer can expediently be adapted to the electrode holder. The insulating spacer can have the same diameter as the electrode holder.
20th

In einer zweckmäßigen Weiterbildung der Neuerung sind um das Isolierabstandsstuck und den Elektrodenhalter mehrere zylindermantelförmige metallische Lamellen konzentrisch angeordnet, die mit dem Metallmantel leitend verbunden sind. Die Oberflächen der jeweiligen Lamellen weisen eine dünne Isolationsschicht auf. Die neuerungsgemäßen metallischen Isolatorlamellen mit einer hinreichend dünnen Isolationsschicht bilden alle Oberflächen mit dem gleichem Potential wie der Metallmantel. Das hat den Vorteil, daß diese Flächen Äquipotentialflächen sind und bei Ausbildung leitender Störflächen auf ihren Oberflächen keine Kapazitätsänderungen mehr bewirken.In an expedient development of the innovation, there are several around the insulating spacer and the electrode holder Cylinder jacket-shaped metallic lamellae arranged concentrically, which are conductively connected to the metal jacket are. The surfaces of the respective slats have a thin insulation layer. The according to the innovation metallic insulator lamellas with a sufficiently thin insulation layer form all surfaces with the same potential as the metal jacket. This has the advantage that these areas are equipotential areas and at The formation of conductive interfering surfaces on their surfaces no longer causes any changes in capacitance.

Der Isolator kann z.B. einen Metallmantel mit der Form eines nach unten offenen Quaders aufweisen, wobei anThe insulator can, for example, have a metal jacket with the shape of a cuboid open at the bottom, where an

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einer Außenseite des Metallmantels eine Befestigungsvorrichtung angeformt ist.a fastening device is formed on an outer side of the metal jacket.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Erläuterung eines Ausführungsbeispiels, das ifc folgenden anhand der Zeichnung beschrieben wird. Dabei zeigen dieFurther advantages result from the explanation of an exemplary embodiment, the ifc following with reference to the drawing is described. They show

Fig. 1 einen neuerungsgemäßen Isolator mit metallischen Lamellen,
101 shows an insulator according to the invention with metallic lamellae,
10

FIG. 2 shows a detailed view according to FIG. 1 in section and 3 shows a corresponding equivalent circuit diagram.

Da nur Äquipotentialflächen durch leitende Flächen ersetzt werden können, ohne das Feldbild und damit die Gesamtkapazität zu ändern, wird neuerungsgemäß der Isolator, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ausgebildet. Die Fig. 1 zeigt den Isolator im Schnitt. Der quaderförmige, nach unten offene Metallbecher 14 weist in der Mitte angeordnet ein Isolationsabstandsstuck 3 mit dem daran angebrachten Elektrodenhalter 4 auf. Um den Elektrodenhalter 4 sind konzentrisch mehrere zylinderwandförmige metallische Lamellen 2 angeordnet, die mit dem Metallbecher 14 leitend verbunden sind. Im Innenbereich des Metallbechers 14 ist der Metallbecher 14 und der Elektrodenhalter 4 und sind die Außen- und Innenseiten der Lamellen 2 mit einer dünnen Isolationsschicht 2a von z.B. weniger als 0,1mm überzogen. Since only equipotential surfaces can be replaced by conductive surfaces, without the field image and thus the total capacitance to change, according to the invention, the isolator, as shown in Figs. 1 and 2 is formed. The fig. 1 shows the isolator in section. The cuboid, downwardly open metal cup 14 is arranged in the middle an insulation spacer 3 with the electrode holder 4 attached to it. Around the electrode holder 4 A plurality of metal lamellae 2 in the form of a cylinder wall are arranged concentrically and are conductive with the metal cup 14 are connected. In the interior of the metal cup 14 is the metal cup 14 and the electrode holder 4 and are the outer and inner sides of the slats 2 are covered with a thin insulation layer 2a of e.g. less than 0.1mm.

3030th

Ein Ausschnitt des in Fig. 1 gezeigten Isolators ist in Fig. 2 im Schnitt dargestellt. Der Metallbecher 14 bildet mit drei gezeigten Lamellen 2 und dem Abstandsstuck 3 und dem Elektrodenhalter 4 drei Kammern 2b, die mit I bis III bezeichnet sind. Auf den Oberflächen der Lamellen 2, der Innenseite des Metallbechers 14 und des ElektrodenhaltersA section of the isolator shown in FIG. 1 is shown in section in FIG. The metal cup 14 forms with three lamellas 2 shown and the spacer 3 and the electrode holder 4, three chambers 2b, denoted by I to III are designated. On the surfaces of the lamellae 2, the inside of the metal cup 14 and the electrode holder

··. t f··. t f

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4 ist eine dünne Isolierschicht 2a aufgebracht. Sich darauf ausbildende Störflächen, die nicht dargestellt sind, haben keinen merklichen und damit störenden Einfluß auf die Einzelkapazitäten Cl, C2, CJ usw. und damit auf die Gesamtkapazität des Isolators. Die Kondensatoren Cl,4 a thin insulating layer 2a is applied. Themselves Interfering surfaces forming thereon, which are not shown, have no noticeable and therefore disruptive influence on the individual capacities Cl, C2, CJ etc. and thus on the total capacitance of the isolator. The capacitors Cl,

C2, are the capacities between the respective

Lamellen 2 bzw. in der Kammer I zwischen der Lamelle 2 und dem Elektrodenhalter 4. Besonders vorteilhaft ist dabei, daß die Kammer I bereits Kammer II und III kapazitiv abschirmt, so daß kapazitive Änderungen in Kammer II und III annähernd wirkungslos sind.Lamellae 2 or in the chamber I between the lamellae 2 and the electrode holder 4. Is particularly advantageous while chamber I already capacitively shields chamber II and III, so that capacitive changes in chamber II and III are almost ineffective.

Bei der Uberwanderung der Lamellen 2 und des Elektrodenhalters 4 durch leitende Störflächen ergibt sich ein Ersatzschaltbild gemäß Fig. 3. Dabei sind die ohmschen Widerstände Rl bis R3 nicht mehr jeweils dem jeweiligen Kondensator Cl bis C3 parallelgeschaltet. Sie bilden vielmehr in vorteilhafter Weise eine Reihenschaltung (R1+R2+R3), die der Reihenschaltung der Kondensatoren (C1+C2+C3) parallel liegt. Da die Oberflächen der Lamellen annähernd Äquipotentialflächen sind, entfallen die leitenden Verbindungen zwischen den jeweiligen Kondensatoren und Widerständen (Punkte gleichen Potential). Die Gesamtkapazität wird also durch die Reihenschaltung derWhen the lamellae 2 and the electrode holder 4 pass through conductive interference surfaces, a Equivalent circuit diagram according to FIG. 3. The ohmic resistors Rl to R3 are no longer in each case the respective one Capacitors Cl to C3 connected in parallel. Rather, they advantageously form a series circuit (R1 + R2 + R3), which is parallel to the series connection of the capacitors (C1 + C2 + C3). As the surfaces of the slats are approximately equipotential surfaces, the conductive connections between the respective capacitors are omitted and resistances (points of equal potential). The total capacity is thus obtained by connecting the

Resistances not significantly affected.

4 Schutzansprüche
3 Figuren4 claims for protection
3 figures

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Claims

1. Insulator for a capacitive protective fence with a cup-shaped metal jacket and a metal electrode holder, which is arranged in the middle with an insulating body in the metal jacket and protrudes downwards, characterized in that the inside of the metal shell (14) and the electrode holder (4) have a thin insulating layer (2a) at least in the inner region of the metal jacket (14), and that the Insulating body as an insulating spacer (3) for the electrode holder (4) is formed.

2. Isolator according to claim 1,

characterized by the fact that the insulating spacer (3) conforms to the shape of the electrode holder (4) is attached.

3. Isolator according to claim 1 or 2,

characterized in that around the electrode holder (4) one or more cylinder jacket-shaped metallic lamellae (2) are arranged concentrically, each of which has a thin insulating layer on its surface (2a), the lamellae (2) being connected to the metal jacket (14) in an electrically conductive manner.

4. Isolator according to one of the preceding claims, characterized in that the Metal jacket has the shape of a cuboid open towards the bottom.

• *
• ι

• ·