REMOTE SUPPLY UNIT FOR A DC SERIES SUPPLY DEVICE

Abstract: 1. A remote feed unit for the series D.C. supply of electrical loads, with a remote, regulatable current source (11) and a device for reducing the output voltage, with the assistance of which an individual remote feed unit or a series arrangement of at least two identical remote feed units can be produced at least approximately to one and the same predetermined no-load voltage, where the actual value input of a comparator (13), provided for constant current regulation, is connected to a device which measures the remote feed current, characterized in that an input of the comparator (13) provided for constant current regulation is connected to a comparator (27) which carries out a voltage comparison, and whose actual value input leads to specific terminals (a1), (a2) of the unit and compares the input voltage (U) supplied to the terminals of the remote feed circuit (4) with a given reference voltage (UREF 3), and which is activatable by a measuring device (23) which responds when a given input impedance (RE ) of the remote feed circuit (4) is exceeded.

Description: Fernspeise-Baueinheit für Einrichtungen zur Gleichstrom Reihenspeisung Die Erfindung bezieht sich auf eine Fernspeise-Baueinheit für Einrichtungen zur Gleichstrom-Reihenspeisung von elektrischen Verbrauchern, mit einer regelbaren Fernspeise-Stromquelle und mit einer Einrichtung zur Reduktion der Ausgangsspannung, mit deren Hilfe sowohl eine einzelne Fernspeise-Baueinheit als auch eine Reihenschaltung von wenigstens zwei gleichartigen Fernspeise-Baueinheiten wenigstens annähernd auf ein und dieselbe vorgegebene Leerlaufspannung reduzierbar ist, wobei der Istwerteingang eines zur Konstantstromregelung vorgesehenen Komparators an eine Einrichtung zur Messung des Fernspeisestromes angeschlossen ist. Eine derartige Fernspeise-Baueinheit ist bereits aus der DE-AS 25 36 219 bekannt. Bei der aus der DE-AS 25 36 219 bekannten Fernspeiseeinrichtung wird eine gleiche Leerlaufspannung auch bei Reihenschaltung mehrerer Geräte dadurch erzielt, dass in jedem der Geräte ein zusätzlicher Kontakt eines eine Ersatzlast einschaltenden Relais im Zusammenwirken mit einer geeigneten Verbindung der Ausgänge der Geräte jeweils das in der Reihenschaltung vorangehende Fernspeisegerät am Ausgang kurzschliesst. Die Leerlaufspannung wird daher nur von dem in der Reihenschaltung letzten Fernspeisegerät an die Strecke abgegeben. Diese Fernspeiseeinrichttung hat allerdings die Eigenschaft, dass im Falle einer Störung der die Reduktion auslösenden Oberwachungsschal- tung in dem in der Reihenschaltung letzten, die Ausgangs Leerlaufspannung vergebenden Fernspeisegerät, d.h. im Falle einer Spannungsreduktion trotz Nennlast, die ande ren Geräte kurzgeschlossen werden. Damit ist die durch die Reihenschaltung der Geräte beabsichtigte Redundanz der Fernspeisung in diesem Störungsfall nicht'mehr ohne weiteres gewährleistet. Ferner ist bereits aus der DE-AS 1 788 007 eine Schaltungsanordnung zur Gleichstrom-Relhenspeisung bekannt, die eine Z-Diodenkette zur Spannungsbegrenzung enthält. Diese Schaltungsanordnung enthält eine zum Schutz der Z-Diodenkette vorgesehene Schaltung, die bei Erreichen der Grenzspannung den über die Z-Diodenkette fliessenden Strom durch Herabsetzen des von der geregelten Stromquelle gelieferten Speisestromes zul ssig niedrig, z.B. in der Grosse von 3 mA, hält. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Fernspeise-Baueinheit der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass sich die gewünschte Spannungsreduktion auf ein und denselben vorgegebenen Spannungswert sowohl bei Verwendung einer einzigen Baueinheit als auch bei Serienschaltung mehrerer Baueinheiten erzielen lässt. Insbesondere soll im Falle der Verwendung von mehreren Baueinheiten eine dabei erzielte Redundanz auch bei fehlerhafter Spannungsreduktion trotz Nennlast in einer der Baueinheiten erhalten bleiben. Gemäss der Erfindung wird die Fernspeise-Baueinheit zur Lösung dieser Aufgabe derart ausgebildet, dass ein Eingang des zur Konstantstromregelung vorgesehenen Komparators mit einem Komparator zum Spannungsvergleich verbunden ist, dessen Istwerteingang an eigene Anschlüsse der Baueinheit geführt ist und der die an die eigenen Anschlüsse geführt te Eingangsspannung des Fernspeisekreises mit einer vorgegebenen Referenzspannung vergleicht und der mittels einer Messeinrichtung, die bei Uberschreiten eines vorgegebenen Eingangswiderstandes des Fernspeisekreises anspricht, aktivierbar ist. Die Komparatoren können dabei Operationsverstärker oder Schwellwertschalter sein. Die Aktivierung des Komparators zum Spannungsvergleich kann durch Ein schalten seiner Versorgungsspannung oder durch Beeinflussung der Istwertspannung oder dergleichen erfolgen. Der Leerlauffall kann durch die Messeinrichtung anhand des Fernspeisestromes oder anhand des Fernspeisestromes und der Fernspeisespannung festgestellt werden. Durch diese Massnahmen ergibt sich der Vorteil, dass auch bei einer Reihenschaltung von zwei oder mehreren Fernspeisegeräten die gestellte Forderung nach gleichbleibender Leerlaufspannung unabhängig von der Zahl der in Rethe geschalteten Baueinheiten sicher erfüllt wird. Bei redundantem Betrieb mit mehreren Fernspeise-Baueinheiten ergibt sich der weitere Vorteil, dass bei fehlerhafter Reduktion in einem der Geräte oder bei Ausfall eines, insbesondere des letzten, Gerätes der Redundanzbetrieb nicht beeinträchtigt wird. Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung wird anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 den Stromlauf einer einzelnen Fernspeise-Bauein heit und Fig. 2 den Stromlauf einer Fernspeiseeinrichtung mit drei ausgangsseitig in Serie geschalteten Fernspeise Baueinheiten. Die Fernspeise-Baueinheit nach Fig. 1 enthält die geregelte Stromquelle 11, die über den Hauptstromkreis 33 einen Fernspeisestrom I an den Ausgang Al, A2 abgibt. Dabei liegt am Ausgang Al, A2 die Fernspeisespannung Ul. Der Hauptstromkreis 33 verläuft vom Anschluss A2 des Ausgangs Al, A2 über den Strommesswiderstand 26, den Strommesswiderstand 18 und die Stromquelle 11 zum anderen Anschluss Al des Ausganges Al, A2. Die Stromquelle 11 wird vom Komparator 13 über den Regelumsetzer 12 derart gesteuert, dass sie bei Normalbetrieb als Fernspeisestrom einen Konstantstrom abgibt. Zu diesem Zweck ist der eine Eingang des Komparators t3 mit einer Referenzspannung UREF1, der andere Eingang des Reglers 13 mit der am Messwiderstand 18 abfallenden Spannung beaufschlagt. Die Referenzspannung UREF1 wird mit Hilfe der Z-Diode--tE gewonnen, die über den Vorwiderstand 14 an die auch zur Versorgung des Komparators 13 dienende Hilfsspannung UH1 geführt ist. Z-Diode 15 und Messwiderstand 18 sind einpolig miteinander verbunden. Zwischen dem Messwiderstand 18 und dem Regler 13 liegt die zur Entkopplung dienende Diode 17 der aus den Dioden 16 und 17 bestehenden Entkopplungsschaltung. Parallel zur Stromquelle 11 liegt ein Spannungsbegrenzr, der aus der Reihenschaltung aus der Serienschaltung mehrerer Z-Dioden 19 und dem Widerstand 20 besteht. Der Verbindungspunkt von Z-Diodenserienschaltung und Widerstand 20 ist über die Diode 16 der Entkopplungsschaltung 16, 17 an den Istwert-Eingang des Reglers 13 geführt. Der Verbindungspunkt der Z-Dioden 19 mit dem Widerstand 20 ist ausserdem über die am Ausgang des Optokopplers 22 liegende Emitter-Kollektor-Strecke an die Hilfsspannung UH1 geführt. Die am Eingang des Optokopplers 22 liegende Diodenstrecke liegt mit dem einen Anschluss an der Hilfsspannung UH2 und ist mit dem anderen Anschluss über den Ruhekontakt k2 des Relais K an den Ausgang des Spannungsvergleichers 27 geführt. Der Spannungsvergleicher 27 wird mit der Hilfsspannung Ux2 versorgt. Der nicht invertierende Eingang des Spannungsvergleichers 27 ist über die Z-Diode 29 an ein eigenes Bezugspotential Ug und über den Widerstand 28 an die Hilfsspannung UH2 geführt. Der invertierende Eingang des Spannungsvergleichers 27 liegt am Abgriff eines aus drei Widerständen 30 bis 32 bestehenden Spannungsteilers, dessen äussere Enden an eigene äussere Anschlüsse al, a2 der Baueinheit geführt sind. Von den beiden Anschlüssen des in der Mitte des Spannungsteilers angeordneten Widerstandes 31 ist der eine an den invertierenden, bzw. Istwert Eingang des Spannungsvergleichers 27 geführt und der andere als Anschluss für das eigene Vezugspotential UO verwendet. Die Fernspeise-Baueinheit enthält ferner eine Messeinrichtung 23 für den Fernspeisestrom I, dessen GrOsse im Falle der Begrenzung der Ausgangsspannung entweder durch die Z-Diodenkette 19 oder durch Einschalten der Ersatzlast 21 nach Streckenunterbrechung als Kriterium für den Eingangswiderstand des Fernspeisekreises dient. Diese Messeinrichtung enthält den Komparator 23, dessen invertierender Eingang über die Z-Diode 25 an den Hauptstromkreis 33 und über den Widerstand 24 an die Hilfsspannung UH1 geführt ist. Im Hauptstromkreis 33 liegt zwischen dem Anschluss der Z-Diode 25 und dem Anschluss A2 der Baueinheit der Widerstand 26. Der nicht invertierende, bzw. Istwert Eingang des Komparators 23 liegt an dem mit dem Widerstand 26 verbundenen Anschluss A2. Der Ausgang des Komparators 23 ist über die Erregerwicklung des Relais K an die Hilfsspannung UH1 geführt. Der Arbeitskontakt kl des Relais K liegt auf der einen Seite am Verbindungspunkt der im Hauptstromkreis liegenden Strommesswiderstände 18 und 26 und ist auf der anderen Seite über den eine Ersatzlast bildenden Widerstand 21 an den Pluspol der Stromquelle 11 bzw. an den Anschluss Al der Fernspeise-Baueinheit geführt. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die ferngespeisten elektrischen Verbraucher Zwischenverstärker oder Regeneratoren einer Nachrichten-Ubertragungsstrecke. Die auf Weitverkehrs-Kabelstrecken eingesetzten Zwischenverstarker oder -regeneratoren können Schaltzusätze enthalten, die im Falle einer Unterbrechung der Strecke die Fernspeiseschleife vor dem unterbrochenen Feld schliessen. In diesem Fall ist es von besonderer Bedeutung, dass die Leerlaufspannung der Fernspeiseeinrichtung auch bei Rer- henschaltung mehrerer Geräte immer den gleichen Wert aufweist, da nur dann ein eindeutiges Messkriterium geschaffen ist, mit dem festgestellt werden kann, ob mindestens ein Verstärker- bzw Regeneratorfeld an die Fernspeiseeinrichtung angeschlossen ist und'somit die Fernspeisung mit dem vollen Fernspeisestrom in Betrieb genommen werden kann. Das in Fig. 1 gezeigte Fernspelsegerät ist zur Fernspeisung von Weitverkehrs-Kabelstrecken bestimmt und enthält eine überwachungsschaltung, die bei einer Unterbrechung des Fernspeisekreises seine Ausgangsspannung auf einen ungefährlichen Wert von z.B. 40 V reduziert, sobald der Ausgangsstrom unter einen bestimmten Mindestwert absinkt. Im Zustand der Spannungsreduktion ist das Relais K erregt. Die Arbeitskontakte k1 und k2 des Relais K sind dabei geschlossen. Auf diese Weise wird erreicht, dass das Anschalten des als Ersatzlast dienenden Widerstandes 21 an die Konstantstromquelle 11 und die Steuerung des Stromreglers durch den Komparator 27 zur Begrenzung der Leerlaufspannung nur während des Zustandes der Spannungsreduktion wirksam ist. Die Z-Dioden 19 begrenzen die Ausgangsspannung der Fernspeise-Baueinheit sowohl bei Reihenschaltung von zwei oder mehreren Geräten bei fehlerfreier Strecke, als auch für den Fall, dass durch Unterbrechung des Fernspeisekreises eine Entlastung des Ausganges erfolgt. Im letztgenannten Fall wirkt die Begrenzung in dem Zeitraum bis zum Schliessen des Kontaktes k1. Zum Schutz der Z-Diodenkette gegen Uberlastung ist die am Widerstand 20 abfallende Spannung über die Entkopplungsdiode 16 an den Komparator 13 geführt. Fliesst bei Erreichen der Grenzspannung über die Z-Diodenkette ein Strom, so wird dieser Strom gegebenenfalls durch Herabsetzen des von der Stromquelle 11 gelieferten Stromes zulässig niedrig gehalten. Für den Betrieb langer Fernspeisestrecken werden zweckmässigerweise zwei oder mehr Fernspeisegeräte in Reihe geschaltet. Als besonders zweckmässig kann sich eine Reihenschaltung von drei Geräten erweisen, von denen eines als sogenannte heisse Reserve dient. Ohne die nach Fig. 1 vorgesehenen Massnahmen erfolgt bei einer solchen Reihenschaltung nach einer Unterbrechung der Fernspeisestrecke die Spannungsreduktion in jedem Gerät, wobei dann zwischen den Fernspeiseleitungen der Summenwert der Leerlaufspannung, z.B. zweimal 40 V bzw. dreimal 40 V, auftritt. Im Hinblick auf die Verwendung bei Fernspeisekreisen mit Schaltzusätzen in den ferngespeisten Zwischenstellen hat das Fernspeisegerät zweckmässigerweise die Eigenschaft, dass es aus dem Zustand der Spannungsreduktion selbsttätig die normale Speisestromlieferung wieder aufnimmt bzw. wieder aufschaltet, sobald an seinem Ausgang der Widerstand mindestens eines Verstärkerfeldes anliegt. Es kann jedoch aus Gründen des Personenschutzes die Forderung gelten, dass es nicht aufschalten darf, wenn dieser Widerstand die Grösse des Berührungswiderstandes erreicht, der z.B. in VDE 0800, Teil 3, mit 20005 angegeben ist. Da die Leerlaufspannung bei der Reduktion der Fernspeisespannung unabhängig von der Anzahl der in Reihe geschalteten Fernspeisegeräte den gleichen Wert beibehält, wird die obengenannte Forderung nach einem Nichtaufschalten bei einer Reihenschaltung von zwei oder drei Fernspeisegeräten auch dann erfUllt, wenn der Eingangswiderstand eines Verstarkerfeldes in einer Grösse liegt, die z.B. die Hälfte des Wertes des Beruhrungswiderstandes über- schreitet. Fig. 2 zeigt eine Reihenschaltung von drei Fernspeisegeräten bzw. Fernspeise-Baueinheiten nach Fig. 1. Die gezeigte Anordnung sorgt fur eine gleichbleibende Leer- laufspannung bei Unterbrechung der Fernspeisestrecke. Die Fernspeise-Baueinheiten 1 bis 3 sind mit ihren Ausgangsklemmenpaaren Al , A2 mit gleicher Polung in Serie geschaltet, so dass am Ausgang der Serienschaltung bzw. am Eingang des Fernspeisekreises 4 eine Eingangsspannung U anliegt, die gleich der Summe der Ausgangsspannungen U1, U2 und U3 der Fernspeise-Baueinheiten 1 ... 3 ist. In jeder Aufnahmevorrichtung für das zugehörige Fernspeisegerät ist zwischen den Anschlusspunkten für die Ausgänge Al, A2 der Fernspeise-Baueinheit eine Diode 61 ... 63 so geschaltet, dass sie für die Ausgangsspannung der betreffenden Baueinheit in Sperrichtung gepolt ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass nach dem Entfernen eines Gerätes der Fernspeisestromkreis geschlossen bleibt. Von den Fernspeise-Baueinheiten 1 ... 3 sind jeweils nur die Stromquelle 11, die über den Relaiskontakt k2 einschaltbare Ersatzlast 21, der im Sinne einer Spannungsbegrenzung auf die geregelte Stromquelle 1 einwirkende Spannungsvergleicher 27 und die Messeinrichtung 23 dargestellt, die bei überschreiten eines vorgegebenen Eingangswiderstandes des Fernspeisekreises 4 anspricht und dabei den Komparator 27 aktiviert. Bei allen drei Fernspeise-Baueinheiten 1 ... 3 sind die äusseren Anschlüsse des dem Komparator 27 vorgeschalteten Spannungsteilers als eigene Anschlüsse Al, A2 der Baueinheit herausgeführt. Diese Anschlussklemmenpaare Al, A2 sind jeweils mit der- Elngangsspannung U des Fernspeisekreises 4, d.h. mit der Summe der Ausgangsspannungen U1, U2.und U3 beaufschlagt. Im Zustand der Spannungsreduktion wird in jedem Gerät die Stromlieferung der geregelten Konstantstromquelle von dem die Streckenspannung U messenden Spannungsvergleicher 27 solange herabgesetzt, bis die Streckenspannung U den Leerlauf-Wert von z.B. 40 V erreicht hat. Die Forderung nach einer gleichbleibenden Leerlaufspannung wird daher auch bei einer Reihenschaltung von zwei oder mehreren Geräten erfüllt. .10 Patentansprüche 2 Figuren

Claims: Patentansprüche 1. Fernspeise-Baueinheit für Einrichtungen zur Gleichstrom-Reihenspeisung von elektrischen Verbrauchern, mit einer regelbaren Fernspeise-Stromquelle (11) und mit einer Einrichtung zur Reduktion der Ausgangsspannung, mit deren Hilfe sowohl eine einzeIne Fernspeise-Baueinheit als auch eine Reihenschaltung von wenigstens zwei gleichartigen Fernspeise-Baueinheiten wenigstens annähernd auf ein und dieselbe vorgegebene Leerlaufspannung reduzierbar ist, wobei der Istwerteingang eines zur Konstantstromregelung vorgesehenen Komparators (13) an eine Einrichtung zur Messung des Fernspeisestromes angeschlossen ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Eingang des zur Konstantstromregelung vorgesehenen Komparators mit einem Komparator (27) zum Spannungsvergleich verbunden ist, dessen Istwerteingang an eigene Anschlüsse (a1, a2) der Baueinheit geführt ist und der die an die eigenen Anschlüsse geführte Eingangsspannung (U) des Fernspeisekreises (4) mit einer vorgegebenen Referenzspannung (UREF3) vergleicht und der mitteIs einer Messeinrichtung (23), die bei überschreiten eines vorgegebenen Eingangswiderstandes (RE) des Fernspeisekreises (4) anspricht, aktivierbar ist. 2. Fernspeise-Baueinhelt nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Ausgang des Komparators (27) über einen durch die Einrichtung zur Messung des Fernspeisestromes derart steuerbaren Schalter (k2) und über eine Potentialtrennstufe an den zur Konstantstromregelung vorgesehenen Kom- parator (13) geführt ist, dass der Schalter (k2) bei Fernspeiseströmen unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes geschlossen ist. 3. Fernspeise-Baueinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gek e n n z e 1 c h ne t, dass dem Istwerteingang des Komparators (13) eine Entkopplungsschaltung (16, 17) vorgeschaltet ist, bei der an den Eingängen ein im Hauptstromkreis (33) der Stromquelle (11) liegender Strommesswiderstand (18) und ein Strommesswiderstand (20) in Verbindung mit dem steuernden Ausgang der Potentialtrennstufe liegen. 4. Fernspeise-Baueinheit nach Anspruch 3, dadurch gek e n n z ei c h ne t, dass an den an die Potentialtrennstufe angeschlossenen Eingang der Entkopplungsschaltung (16, 17) eine an die Stromquelle (11) angeschlossene Z-Diodenkette liegt. 5. Fernspeise-Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gek e n n z ei c h ne t, dass mittels der Messeinrichtung (23), die bei Uberschreiten eines vorgegebenen Eingangswiderstandes (RE) des Fernspeisekreises (4) anspricht, zusätzlich zu dem Schalter (k2) zur Aktivierung des Komparators (27) zum Spannungsvergleich ein Schalter (kl) zum Anschalten einer Ersatzlast (21) an die Stromquelle (11) steuerbar ist. 6. Fernspeise-Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Komparator zum Spannungsvergleich (27) über einen an zwei Hilfsspannungen (UH1, UH2) liegenden Optokoppler (22) an die Entkopplungsschaltung (16, 17) geführt ist. 7. Fernspeise-Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a durch gek e n n z e ich ne t, dass am Ausgang der Messeinrichtung (23) für den Eingangswiderstand (40)des Fernspeisekreises (4) ein Relais (K) liegt, das ait einem Kontakt (k2) zwischen dem Ausgang des Komparators (27) zum Spannungsvergleich und dem Opto koppler (22) und mit einem weiteren Kontakt (k1) in Serie zur Ersatzlast (21) liegt. 8. Fernspeise-Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass parallel zum Ausgang der Fernspeise-Baueinheit in der zugehörigen Aufnahmevorrichtung eine bei aktiver Stromquelle ( gesperrte Diode angeordnet ist. 9. Schaltungsanordnung mit wenigstens zwei Fernspeise Baueinheiten nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t, dass die eigenen Anschlüsse (al, a2) der Baueinheiten parallel an den Fernspeisekreis (4) angeschlossen sind. 10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, g e k e n n z e i c h n e t durch die Verwendung zur Speisung von Fernspeisekreisen, die in den Zwischenstellen Schaltzusätze zum Schliessen der Fernspeiseschleife nach einer Streckenunterbrechung enthalten.

Inventors: ZIEGLER, ALFRED, DIPL.-ING.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1984
Main classification: H04B3
IPC codes: H04B3