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Schaltungsanordnung zur Überwachung des
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Leitungsstromes einer Meldelinie Die Uberwachung einer zweiadrigen
fleldelinie erfolgt in der Regel durch zumeist in beide Leitungszweige eingelegte
Kontrollglieder. Wird eine solche Linie durch eine nicht konstant gehaltene Betriebsspannungsquelle
eingespeist oder wird bei einer Stromregelung oder Stromstellung des Linienstromes
die Funktionswirksamkeit der Kontrollglieder zumindest zum Teil vom augenblicklichen
Wert der Betriebsspannung beeinflußt, dann ist eine genaue, einen oder mehrere vorgegebene
Stromwerte übersteigende oder unterschreitende Ausweisung des durch irgendwelche
äußere Einwirkungen geänderten Linienstromes schlecht möglich.
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Eine äußere Einwirkung kann sowohl von Seiten eines an die Leitung
angeschalteten Melders, als auch durch Isolationsfehler und Fremdspannungseinfliisse
erbracht, erfolgen.
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Je nach Ausbildung der Melder, Vorhandensein von Betriebs- und/oder
überwachungserdungen mit reellen oder ggf. komplexen Anschaltwegen können durch
die Fehlereinwirkung anhaltende oder vorübergehende Verschiebungen der in beiden
Leitungszweigen fließenden Kontrollatröme eintreten.
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Eine gleichzeitige Berücksichtigung einerseits gerade noch zu vernachlässigender
Fehler und andererseits
ti <Iurcll Spannungsschwankungen sich
verschiebenden Auswertung wird, vor allem dann, wenn bereits geringe Stromkreisänderungen
zur Anzeige zu bringen sind, nun noch schwieriger.
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Aufgabe der Erfindung soll deshalb die Schaffung einer gegen innere
und äußere Störgrößen weniger empfindlicheren Überwachungsschaltung sein.
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Als elimierbare innere Störgröße wird dabei die Schwankung der Versorgungsbatterie
betrachtet und als eliminierbare äußere Störgröße jeder den Ruhestrom einer Meldelinie
auf Grund einer Ferneinwirkung beide Adern richtungsgleich überlagernde Stromfluß.
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Die Lösung der Aufgabe bezieht sich auf an iiihlwiderständen in beiden
Adern zu erbringende Potentialmessungen mit einer beide Teilmessungen zusammenfassenden
Auswertung, so wie sie in der Merkmalaufführung des Patentanspruchs 1 festgelegt
ist.
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Kerngedanke der dort verankerten Erfindung ist es, das Bezugspotential
für einen die Fiihlmessungen über den invertierenden und nicht invertierenden Eingang
vornehmenden Operationsverstärker über die auf Potentialgleichheit abgeglichene
Diagonale einer Widerstandsbrücke zuzuführen und die Fiihlwiderstände an diametralen
Stellen auf die beiden von der Betriebsbntterie mit örtlichem Ruhestrom versorgten
Zweige so zu verteilen und zu bemessen, daß nur die an diesen Fühlwiderständen hervorgerufenen
Spannungsabfälle, deren wesentliche Ursache wiederum nur eine von der zu kontrollierenden
Leitung erbrachte, als Quellenspannungseinfügung auftretende Beeinflussung der Brückenzweige
ist, zur Verstimmung der Brücke führen können.
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Durch die auf die entgegengesetzten Zweige der Briicke vorgenommene
und an die Eckpunkte der Brückeneinspeisung herangeführte Aufteilung der Fühlwiderstände
erbringen diese - vom Bezugspotential des Operationsverstärkers aus gerechnet -
für letzteren entegengesetzte und weil einerseits auf den invertierenden und andererseits
auf den nicht invertierenden Eingang wirkend, für das am Ausgang des Operationsverstärkers
erhältliche Ergebnis addierbare Aussteuerungspotentiale.
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Auf durch von Störquellen auf der Leitung erbrachte Längsspannungen
mit auf beiden Adern richtungsgleich auftretende Störstromüberlagerungen bezogen,
ergibt das durch die Stromerhöhung auf der einen Ader und durch die Stromverminderung
auf der anderen Ader eine Kompensation für die Aussteuerung des Operationsverstärkers.
Anders ausgedrückt und mit einer Ergänzung versehen, läßt sich auch sagen, Spannungsabfälle
an den Fühlwiderständen, die von symmetrisch über die Leitungsadern verteilten und
richtungsgleich verlaufenden Störströmen hervorgerufen werden, addieren sich bei
an das Operationsverstärkernetzwerk angepaßter Dimensionierung der Fühlwiderstände
zum Wert Null.
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Ein mit einer Zeichnung belegtes Ausführungsbeispiel mag die durch
die erfindungsgemäße Anordnung erzielte Funktion und die dabei erreichten Vorteile
verdeutlichen.
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An die Betriebsspannungsquelle UO ist eine über die Fühlwiderstände
A und B sowie Begrenzungswiderstände für Kurzschlüsse verlaufende Meldeleitung La,
Lb angeschlossen. Den Leitungsabschluß bildet eine als Melder fungierende und daher
unterschiedliche Werte erstellende Stromquelle JQ.
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Diese Stromquelle sorgt, wenn sie nicht durch die Signalstellen M1
bis Mn beeinflußt wird, für den Konstantfluß eines Ruhestromes mit dem Kontrollwert
ira=irb.
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Die Ausbildung des Leitungsabschlusses als einstellbare Stromquelle
hat gegenüber der Ausbildung als veränderlicher Widerstand den Vorteil, daß im fehlerfreien
Fall keine Zweiglast für die aus den Widerständen A, C1, D1 mit dem einen Zweig
und den Widerständen B, C2, D2 mit dem anderen Zweig gebildete Brücke auftritt.
Die zwischen den Widerständen A und D2 mit al sowie zwischen den Widerständen B
und D7 mit bl bezeichneten Stellen sind die diagonalen Einspeisepunkte f;ir die
Betriebsspannung UO und die zwischen den Widerständen C1 und D1 mit pl sowie C2
und D2 mit p2 bezeichneten Stellen die Eckpunkte der Meßdiagonale. Das Verhältnis
der Widerstandswerte der einzelnen Zweigteile ist so gewählt, daß bei zunächst funktionslos
zu betrachtendem Operationsverstärker V und nicht angeschlossener Leitung le, Lb
keine Potentialdifferenz zwischen den Eckpunkten der Meßdiagonale pl/p2 besteht.
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Außerdem soll der Wertanteil der Fühlwiderstände A, B in den entsprechenden
Zweigteilen der Brücke als so gering veranschlagt sein, daß er selbst bei einer
reinen Widerstandslast an den Leitungsabgangspunkten a2, b2 als noch in die Einspeisepunkte
al, bl hineinverlegt zu denken und der vom reinen Zweigstrom an diesem Wertanteil
verursachte Spannungsabfall als unbedeutend gegenüber dem vom Leitungsstrom ira,
irb verursachten Spannungsabfall UA, UB anzusehen ist.
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Diese vom Leitungsstrom aufgebrachten Spannungsabfälle bilden nun
die Quellenspannungen UA, UB für die beiden Eingänge +pl und -p2 des über den Widerstand
G gegengekoppelten Operationsverstärkers V.
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Als Btromkreiswiderstand für den invertierenden Eingang -p2 wirkt
dabei, unter Vernachlässigung des Fuhlanteiles B,die Parallelschaltung der Zweigwiderstände
C2/D2 und als Innenwiderstand für die den nicht invertierenden Eingang +p1 versorgende
Quelle UA, wiederum unter Vernachlässigung des Fühlanteiles A, die Parallelschaltung
der Zweigwiderstände C1/D1.
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Da die am Ausgang des Operationsverstärkers V auftretende Regeispannung
Ug, die gleichzeitig zur Abbildung des Stromflußzustandes auf der Leitung La, Lb
herangezogen wird, bekannterweise unterschiedliche Beziehungen zu den an den zueinander
inversen Eingängen +pl, -p2 liegenden Quellenspannungen UA, UB aufweist, wird, damit
die Fühlwiderstände A und B gleiche Größe haben. können, für den nicht invertierenden
Eingang +p1 eine den über den Gegenkopplungsweg eingestellten Verstärkungswert entsprechende
und im Sinne der echten Differenzverstärkerbildung als bekannt vorauszusetzende
&bschwächung der Spannungswirks amk eit UA durch Hinzufügung des gegen den Bezugspunkt
p0 geschalteten Widerstandes H vorgenommen.
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Die auf einfachste Form zurückgeführte Ersatzschaltung der Anordnung
zeigt folglich das Bild eines Differenzverstärkernetzwerkes, bei dem die beide Eingänge
des Verstärkers versorgenden Spannungen, zum Bezugspunkt gerichtet, entgegengesetzte
Potentiallage haben.
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Geht man hiervon aus, dann wird das Bezugspotential durch das für
beide Zweige der Widerstandsbrücke bzw.
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durch das für beide somit entstandenen Spannungsteiler gemeinsame
Leerlaufpotential gebildet und die Parallelschaltung der Teilerwiderstände zur Bildung
der Vor-bzw. Innenwiderstände der Quellenspannungn UA, UB verwendet.
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In der vorgenannten Anordnung ist das über Teilerwiderstände geschaffene
Bezugspotential dem aus einem Abgriff pO an der Betriebsspannungsquelle erhaltenen
Potential gleichgesetzt. Das ist jedoch keine zwingende Notwendigkeit, denn hier
könnte ebensogut eine zur Verlagerung des Meßwertes UK dienende Abweichung entweder
durch eine andere Anzapfung der Betriebsspannungsquelle oder huber einen die Abweichung
gebenden, entsprechend dimensionierten Spannungsteiler erbracht werden.
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Ebenso ist man nicht gehalten, den Angleich der quelle spannungseinflüsse
durch die Bildung eines Differenzverstärker-Netzwerke zu erzielen, der gleiche Effekt
läßt sich, wie in einem der Unteransprüche aufgeführt, auch durch eine an den Verstärkungsgrad
angepaßte unterschiedliche Wertzumessung fiir die beiden Fühlwiderstände A undB
erreichen.
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Zum Abschluß soll noch kurz auf die zum Vorherigen gegensinnige Quellenspannungsänderungen
bei einer Fernbeeinflussung der Leitung La, Lb durch eine Längsspannungen erzeugende
Störquelle eingegangen werden.
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Hierzu ist neben die Leitung La, Lb ein sich irgendwo
auf
einer benachbarten Strombahn vorhandener und in seinem Wert sich ändernder Störstromfluß
isO eingetragen. Diese Stromstörung könnte in die Leitung La, Lb einen für beide
Leitungsadern gleichsinnigen Fremdstrom isa, isb einkoppeln. Ein hierfür notwendiger
Stromkreisrückfluß wäre z.B. über die auf Seiten der Betriebsspannungsquelle UO
und auf Seiten des Melderanschlusse JQ vorhandenen gewollten oder ungewollten, zumindest
jedoch für die 8tromänderung wirksamen Erdungen möglich. Tritt also eine solche
Störstromeinkoppelung auf, dann wird, wenn man die Einzeichnungsrichtung isa/isb
zugrunde legt, der den einen Teil des Kontrollwertes UK bestimmende Spannungsabfall
UA vergrößert und der den anderen Teil des Kontrollwertes UK bestimmende Spannungsabfall
UB verkleinert. Da sich nun beide Spannungsabfälle entsprechend der Netzwerkausbildung
für den Operationsverstärker V aufheben, werden auf diese Art hereinkommende Einflüsse
voll ausgeschaltet.
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L e e r s e i t e