AT526991A2

AT526991A2 - Überwachte Stromversorgungseinheit, insbesondere zur Speisung von Komponenten eines Brand- oder Gefahrenmeldesystems

Info

Publication number: AT526991A2
Application number: ATA50161/2024A
Authority: AT
Original assignee: Siemens Schweiz Ag
Priority date: 2023-02-28
Filing date: 2024-02-27
Publication date: 2024-09-15
Also published as: CH720557A2; DE102023201838A1; AT526991A3; CH720557B1; AT526991B1; DE102023201838B4

Abstract

Überwachte Stromversorgungseinheit, insbesondere zur Speisung von Komponenten eines Brand- oder Gefahrenmeldesystems 5 Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungseinheit (SV) mit einem Stromversorgungsanschluss (OUT) zum Anschliessen von Stromversorgungsleitungen (SL) und mit einer Überwachungsein- richtung (UE) für den Betriebszustand der angeschlossenen 10 Stromversorgungsleitungen, wobei letztere an einem entfernten Leitungsende an einer Abschlusseinheit (EOL) anschliessbar sind. Die Überwachungseinrichtung weist eine Messeinrichtung (ST; RM, DV, ADC) zur Erfassung eines aktuellen Stromwerts eines Ausgangsstroms (IOUT) sowie eines aktuellen Spannungs- 15 werts einer Ausgangsspannung (UOUT) auf. Sie umfasst weiter einen Pulsdetektor (PD) zur Detektion eines zyklischen Stromerhöhungspulses (P) im Ausgangsstrom, eine Zeitsynchro- nisiereinrichtung (AE, TI) zur zeitlichen Anpassung des Start- und Endzeitpunktes eines Messfensters (MF) und eine 20 damit verbundene Steuereinheit (MC) dazu eingerichtet, einen mittleren minimalen (IMIN) sowie mittleren maximalen Ausgangs- stromwert (IMAX) aus erfassten Ausgangsstromwerten ausserhalb bzw. innerhalb eines jeweiligen Messfensters zu ermitteln und eine Fehlermeldung (FM) für einen schleichenden Unterbruch 25 auszugeben, falls ein Differenzstromwert (I) aus dem mitt- leren maximalen und mittleren minimalen Ausgangsstromwert ei- nen Vergleichsstromwert (SU) unterschreitet.

Description

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Beschreibung

Überwachte Stromversorgungseinheit, insbesondere zur Speisung

von Komponenten eines Brand- oder Gefahrenmeldesystems

Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungseinheit zur Bereitstellung eines Ausgangsstroms mit einer vorgebbaren Ausgangsspannung an einem Stromversorgungsanschluss. Der Stromversorgungsanschluss ist zum Anschliessen von Stromversorgungsleitungen und ggf. von Signalleitungen vorgesehen. Die Stromversorgungseinheit weist eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung des Betriebszustands der angeschlossenen Stromversorgungsleitungen auf. Letztere sind an einem entfernten Leitungsende, also an einem dem Stromversorgungsanschluss gegenüberliegenden Leitungsende, an einer Abschlusseinheit (EOL) anschliessbar und zum Anschliessen sowie zur Speisung von daran anschliessbaren Komponenten insbesondere eines Brand- oder Gefahrenmeldesystems vorgesehen. Weiterhin umfasst die Überwachungseinrichtung eine Messeinrichtung zur Erfassung eines aktuellen Stromwerts des Ausgangsstroms sowie

eines aktuellen Spannungswerts der Ausgangsspannung.

Die Komponenten des Brand- oder Gefahrenmeldesystems können z.B. Rauchmelder, Einbruchsmelder oder akustische und/oder optische Alarmierungsgeräte sein. Die Rauchmelder sind insbesondere Ansaugrauchmelder. Die Stromversorgungsleitungen können auch zur Signal- oder Datenübertragung mitbenutzt werden, insbesondere zwischen den an den Stromversorgungsleitungen angeschlossenen Komponenten. In diesem Fall können die Stromversorgungsleitungen auch als Stromversorgung-/Übertragungsleitungen bezeichnet werden. Die zu übertragenden Signale bzw. Daten können dann auf den Stromversorgungsleitungen auf-

moduliert sein.

Die Stromversorgungsleitungen sind typischerweise ummantelt und bilden somit ein Kabel. Die betrachteten Stromversorgungseinheiten können auch mehrere Stromversorgungsanschlüsse

aufweisen, an denen jeweils Stromversorgungsleitungen mit

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gg£. Signalleitungen zur Versorgung von jeweils daran angeschlossenen Komponenten anschliessbar sind. Vorzugsweise sind nur zwei Stromversorgungsleitungen zwischen einem jeweiligen Stromversorgungsanschluss der Stromversorgungseinheit und einem diesem gegenüberliegenden jeweiligen Anschluss einer

Abschlusseinheit anschliessbar bzw. zum Anschluss vorgesehen.

Die einzelnen Stromversorgungsleitungen weisen zwischen dem jeweiligen Stromversorgungsanschluss und dem jeweiligen Anschluss an der Abschlusseinheit einen als Serienwiderstand wirkenden (ohmschen) Leitungswiderstand. Dieser beträgt typischerweise weniger als 1 Q, typischerweise weniger als 0.1 ©. Der als Parallelwiderstand zwischen den einzelnen Stromversorgungsleitungen wirkende (ohmsche) Isolationswiderstand liegt aufgrund der dazwischen vorhandenen Leiterisolation bei

mehr als 1 MQ, typischerweise bei mehr als 10 MQ.

Die vorgebbare oder fest eingestellte Ausgangsspannung liegt vorzugsweise in einem Bereich von 12 bis 30 V. Die Stromversorgungseinheit kann leistungstechnisch für eine Bereitstellung eines Dauerstroms im Bereich von 1 bis 5 A ausgelegt sein. Die Ausgangsspannung ist vorzugsweise eine Gleichspannung, insbesondere mit vernachlässigbarem Oberwellenanteil. Sie kann alternativ auch eine Wechselspannung sein, wie z.B. mit einer Frequenz von 50 Hz oder 60 Hz. In entsprechender Weise ist dann der Ausgangsstrom ein Wechselstrom. Die Messeinrichtung ist typischerweise auch für die bestimmungsgemässe Regelung und Überwachung der Ausgangsspannung und des Ausgangsstroms an der Stromversorgungseinheit erforderlich. Die Stromversorgungseinheit weist typischerweise ein Netzteil zum Anschluss der Stromversorgungseinheit an ein Öffentliches Stromversorgungsnetz, wie z.B. einem 230 V-/50 Hz- oder 120 V/60 Hz-Stromversorgungsnetz, auf. Die Stromversorgungseinheit kann zudem eine unterbrechungsfreie Stromversorgung mit

einer Pufferbatterie bzw. einem Pufferakkumulator umfassen.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Stromversorgungsanlage,

insbesondere zur elektrischen Speisung von Komponenten eines

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Brand- oder Gefahrenmeldesystems. Die Stromversorgungsanlage umfasst eine erfindungsgemässe Stromversorgungseinheit, eine Abschlusseinheit sowie Stromversorgungsleitungen und ggf. Signalleitungen. Die Stromversorgungsleitungen können, wie zuvor beschrieben, wieder zur Signal- oder Datenübertragung mitbenutzt werden. Die Stromversorgungsleitungen sind zwischen einem Stromversorgungsanschluss der Stromversorgungseinheit und einem Anschluss der Abschlusseinheit angeschlossen. Die Abschlusseinheit ist dazu eingerichtet, einen wiederkehrenden, insbesondere zyklischen Prüfstrom zur Erzeugung entsprechender Stromerhöhungspulse mittels einer ansteuerba-

ren Prüfstromquelle in die Versorgungsleitungen einzukoppeln.

Gemäss den VdS-Richtlinien für Brandmeldeanlagen VdS 2541 2022-05 (02) mit dem Titel „Energieversorgungseinrichtungen, Anforderungen und Prüfmethoden“ ist gefordert, dass Energieversorgungseinrichtungen mit daran angeschlossenen Stromversorgungsleitungen insbesondere von mehr als 10 m Leitungslänge auf ihre Funktion hin zu überwachen sind. Im Einzelnen ist gefordert, dass die Stromversorgungsleitungen zur Sicherstellung der elektrischen Versorgung der angeschlossenen Komponenten auf Kurzschluss, Unterbruch (Leitungsbruch), auf einen schleichenden Kurzschluss sowie auf einen schleichenden Unterbruch hin zu überwachen sind. In einem Fehlerfall ist dies

Z.B. an der Energieversorgungseinrichtung zu signalisieren.

Während es sich bei einem Kurzschluss oder Unterbruch zumeist um kurzzeitige und dann dauerhaft anstehende Leitungsfehler handelt, so entstehen schleichende Kurzschlüsse oder Unterbrüche erst im Laufe der Betriebszeit der Stromversorgungseinheit. Unter schleichenden Unterbruch ist somit eine langsam fortschreitende Vergrösserung des Leitungswiderstands von einer, zweier oder mehr Adern der Stromversorgungsleitungen zu verstehen. Ursache für diese langsamen Veränderungen sind zumeist Umwelteinflüsse, vorwiegend Feuchtigkeit sowie Gase, die zur Oxidation von Kontaktstellen der Kupferdrähte oder zur Verringerung der isolierenden Eigenschaften zwischen den

Kupferleitungen (schleichender Kurzschluss) führen.

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Davon ausgehend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stromversorgungseinheit anzugeben, die besonders

einfach zu überwachen ist.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Stromversorgungsanlage mit einer derartigen Stromversorgungseinheit, mit daran angeschlossenen Stromversorgungsleitungen und mit einer Abschlusseinheit an dem der Stromversorgungseinheit gegenüberliegenden Leitungsende der Stromversorgungs-

leitungen anzugeben.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung, die einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbar sind,

sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Erfindungsgemäss weist die Überwachungseinrichtung einen Pulsdetektor zur Detektion eines wiederkehrenden, insbesondere zyklischen Stromerhöhungspulses im Ausgangsstrom der Stromversorgungseinheit auf. Die Überwachungseinrichtung umfasst zudem eine (Zeit-)synchronisiereinrichtung zur fortlaufenden zeitlichen Anpassung des Start- und Endzeitpunktes eines Messfensters für die Erfassung einer Stromerhöhung in aufeinanderfolgenden Stromerhöhungspulsen. Es ist eine mit der Messeinrichtung der Stromversorgungseinheit verbundene Steuereinheit dazu eingerichtet, einen mittleren minimalen Ausgangsstromwert aus erfassten Ausgangsstromwerten zeitlich ausserhalb eines jeweiligen Messfensters zu ermitteln, einen mittleren maximalen Ausgangsstromwert aus erfassten Ausgangsstromwerten zeitlich innerhalb eines jeweiligen Messfensters zu ermitteln und eine (erste) Fehlermeldung für einen schleichenden Unterbruch auszugeben, falls ein Differenzstromwert aus dem mittleren maximalen und dem mittleren minimalen Aus-

gangsstromwert einen Vergleichsstromwert unterschreitet. Durch die Erfassung und Auswertung eines wiederholten, insbe-

sondere zyklischen Differenzstromwerts mit dem Vergleich-

stromwert ist vorteilhaft eine zuverlässige Erkennung eines

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schleichenden Unterbruchs möglich, die von einer Vergrösserung des Leitungswiderstands mit der Zeit in zumindest einer der Stromversorgungsleitungen herrührt. Dabei nimmt mit der Zeit auch der Differenzstromwert, der dem Betrag des von der Abschlusseinheit eingekoppelten Prüfstroms beträgt, ab, da durch den Spannungsabfall über den vergrösserten Leitungswiderstand nun eine geringere Eingangsspannung am Anschluss der Abschlusseinheit anliegt. Für den einfachsten Fall, dass der in die Stromversorgungsleitungen eingekoppelte Prüfstrom durch ein wiederholtes, insbesondere zyklisches Anschalten eines Lastwiderstands parallel zum Anschluss der Abschlusseinheit erfolgt, nimmt der Betrag des Prüfstroms mit Verringerung der zur Verfügung stehenden Eingangsspannung am An-

schluss der Abschlusseinheit gleichfalls ab.

Die messtechnische Ermittlung der mittleren minimalen und maximalen Ausgangsstromwerte aus den erfassten Ausgangsstromwerten kann z.B. mittels eines Tiefpassfilters mit einer auf die Periodendauer der Stromerhöhungspulse ausgerichteten Zeitkonstante erfolgen. Vorzugsweise erfolgt dies „per Software“, wenn die messtechnische Erfassung und Auswertung mittels A/D-Umsetzer und einem Mikrocontroller als Steuereinheit erfolgt. Hierzu kann auf dem Mikrocontroller ein geeignetes Erfassungs- und Auswerteprogramm samt einem digitalen Mittel-

wertfilter ausgeführt sein.

Ein weiterer besonderer Vorteil ist, dass keine weiteren Messdaten von der Abschlusseinheit über ggf. weitere Signalleitungen an die Stromversorgungseinheit übertragen werden

müssen.

Nach einer Ausführungsform ist die Zeitsynchronisiereinrichtung dazu eingerichtet, den Start- und Endzeitpunkt eines Messfensters sowie eine Messfensterperiode auf eine vorgegebene Pulslänge eines Stromerhöhungspulses in einem Bereich von 10 ms bis 200 ms, vorzugsweise von 50 ms bis 100 ms, und auf eine vorgegebene Periodendauer der Stromerhöhungspulse in

einem Bereich von 1 8s bis 60 s, vorzugsweise in einem Bereich

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von 10 s bis 30 s, anzupassen. Durch die vergleichsweise langen Pausen zwischen jeweils zwei Stromerhöhungspulsen ist eine fortlaufende Kalibrierung der Start- und Endzeitpunkte eines Messfensters möglich, um Veränderungen der Pulslänge sowie der Periodendauer der Stromerhöhungspulse z.B. aufgrund

von Temperaturerhöhungen oder Alterungseffekten an Komponen-

ten der Abschlusseinheit zu kompensieren.

Einer weiteren Ausführungsform zufolge ist das Tastverhältnis zwischen der Pulslänge und der Periodendauer eines Stromerhö-

hungspulses kleiner als 1:50, insbesondere kleiner als 1:100.

Nach einer Ausführungsform ist der maximale Ausgangsstrom der Stromversorgungseinheit auf einen Nennausgangsstromwert Iyx bemessen. Es ist der im ordnungsgemässen Betriebszustand der angeschlossenen Stromversorgungsleitungen zu erwartende Differenzstromwert auf das 0.05- bis 0.50-fache, insbesondere auf das 0.01- bis 0.10-fache des Nennausgangsstromwerts Iyx festgelegt. Zudem ist der Vergleichstromwert auf das 0.5 bis 0.95-fache, insbesondere auf 0.8-fache des vorgegebenen Dif-

ferenzstromwerts festgelegt.

Dadurch ist ein betragsmässig vergleichsweise sehr hoher

Prüfstrom in die Stromversorgungsleitungen einkoppelbar, der dann auch an den typischerweise sehr niederohmigen Leitungswiderständen der jeweiligen Stromversorgungsleitungen zu nennenswerten Spannungsabfällen führt. Letztere führen dann wiederum ihrerseits zu einer nennenswerten Verringerung des Be-

trags des Prüfstroms.

Einer weiteren Ausführungsform zufolge ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, eine (zweite) Fehlermeldung für einen schleichenden Kurzschluss auszugeben, falls der mittlere minimale Ausgangsstromwert einen Stromgrenzwert für schleichenden Kurzschluss überschreitet. Eine Ursache der Erhöhung des mittleren minimalen Ausgangsstromwerts kann die Abnahme des Isolationswiderstands zwischen zwei Stromversorgungsleitungen

sein.

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Nach einer Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, eine (dritte) Fehlermeldung für einen Unterbruch auszugeben, falls nach dem Einschalten der Stromversorgungseinheit oder falls während des Betriebs der Stromversorgungseinheit die Detektion eines Stromerhöhungspulses mittels des Pulsdetektors ausbleibt. In diesem Fall wird die Abschlusseinheit nicht mehr elektrisch gespeist. Die Abschlusseinheit ist somit nicht mehr in der Lage, den wiederkehrenden, vorzugsweise zyklischen Prüfstrom in die Stromversorgungsleitun-

gen einzukoppeln.

Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, eine (vierte) Fehlermeldung für einen Kurz-

schluss auszugeben, falls ein aktuell erfasster Stromwert für den Ausgangsstrom einen Auslösestromgrenzwert für einen Kurz-

schluss, insbesondere mehrmals hintereinander, überschreitet.

Die Aufgabe der Erfindung wird weiter mit einer Stromversorgungsanlage, insbesondere zur elektrischen Speisung von Komponenten eines Brand- oder Gefahrenmeldesystems, mit einer erfindungsgemässen Stromversorgungseinheit, mit einer Abschlusseinheit und mit Stromversorgungsleitungen und ggf. Signalleitungen gelöst. Die Stromversorgungsleitungen sind zwischen einem Stromversorgungsanschluss der Stromversorgungseinheit und einem Anschluss der Abschlusseinheit angeschlossen. Die Abschlusseinheit ist dazu eingerichtet, einen wiederkehrenden, insbesondere zyklischen Prüfstrom zur Erzeugung entsprechender Stromerhöhungspulse mittels einer ansteuerbaren Prüfstromquelle in die Versorgungsleitungen einzukop-

peln.

Nach einer Ausführungsform der Stromversorgungsanlage umfasst die ansteuerbare Prüfstromquelle eine Serienschaltung aus einem Lastwiderstand und einem ansteuerbaren Schaltelement. Die Serienschaltung ist parallel zum Anschluss der Abschlusseinheit geschaltet. Das Schaltelement ist mittels eines Pulsge-

nerators zur Erzeugung der Stromerhöhungspulse ansteuerbar.

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Alternativ zur vorhergehenden Ausführungsform ist die ansteuerbare Prüfstromquelle eine ein- oder aussschaltbare Konstantstromquelle oder ein ein- oder aussschaltbares Konstant-

leistungselement.

Konstantstromquellen, die auch als Stromregler bezeichnet werden, sind z.B. als zweipolige elektronische Bauelemente erhältlich.

Konstantleistungselemente können z.B. durch Spannungsregler mit entsprechenden Rückkopplungspfaden, wie z.B. mittels ohmscher Widerstände, für eine an dem Spannungsregler anliegende Spannung sowie für einen durch den Spannungsregel hindurchfliessenden Strom realisiert sein. Spannungsregler weisen als typischerweise dreipoliges Bauelement einen Spannungseingang, einen Spannungsausgang sowie einen für die Rückkopplung vor-

gesehenen Referenzspannungseingang zur Spannungsregelung auf.

Die betrachteten Konstantstromquellen und Konstantleistungselemente wirken jeweils wie ein passives Bauelement und somit als ohmscher Widerstand. Sie speisen folglich auch keinen Speisestrom aktiv in die Stromversorgungsleitungen ein, sondern belasten den Eingang der Abschlusseinheit elektrisch. Vorzugsweise weisen derartige Konstantstromquellen und Konstantleistungselemente eine Mindesteingangsspannung als technisches Kenndatum auf, sodass bei Unterschreitung einer an der Konstantstromquelle bzw. dem Konstantleistungselement anliegenden Spannung, hier der Eingangsspannung am Anschluss der Abschlusseinheit, der eingestellte konstante Strom bzw. die eingestellte konstante elektrische Verlustleistung abnimmt. Der Mindesteingangsspannung kann z.B. auf das 0.9fache, insbesondere das 0.8-fache eines Nennspannungswerts Ux für die vorgebbare Ausgangsspannung am Stromversorgungsan-

schluss der Stromversorgungseinheit abgestimmt sein. Der Pulsgenerator ist dabei ein Signalgenerator, der wieder-

holt rechteckförmige Pulse erzeugt, wie z.B. mittels eines

Multivibrators. Weist dagegen die Abschlusseinheit einen Mik-

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rocontroller auf, so können die Ansteuersignale für das Schaltelement auch mittels eines Timers im Mikrocontroller erzeugt werden. Die wiederholt zu erzeugenden Ansteuersignale sind vorzugsweise zyklisch. Das ansteuerbare Schaltelement

ist vorzugsweise ein Schalttransistor, insbesondere ein FET.

Einer Ausführungsform zufolge ist der Pulsgenerator dazu ausgebildet, Ansteuerimpulse für das Schaltelement mit einer Pulslänge im Bereich von 10 ms bis 200 ms, vorzugsweise im Bereich von 50 ms bis 100 ms, und mit einer Periodendauer im Bereich von 1 8s bis 60 s, vorzugsweise im Bereich von 10 s

bis 30 s, auszugeben.

Insbesondere ist der Pulsgenerator dazu ausgebildet, Ansteuerimpulse für das Schaltelement mit einem Tastverhältnis

kleiner als 1:50, insbesondere kleiner als 1:100, auszugeben.

Nach einer weiteren Ausführungsform ist der maximale Ausgangsstrom der Stromversorgungseinheit auf einen Nennausgangsstromwert Ivy bemessen. Der von der Abschlusseinheit in die Stromversorgungsleitungen einzukoppelnde Prüfstrom umfasst einen maximalen Stromwert in einem Bereich des 0.05bis 0.50-fachen, insbesondere in einem Bereich des 0.01- bis

0.10-fachen des Nennausgangsstromwerts Ivxv.

Dadurch ist ein betragsmässig vergleichsweise sehr hoher

trags des Prüfstroms.

Insbesondere weist der von der Abschlusseinheit in die Stromversorgungsleitungen einzukoppelnde Prüfstrom einen maximalen Stromwert in einem Bereich von 0.05 bis 1 A, insbesondere in

einem Bereich von 0.1 bis 0.5 A, auf.

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Nach einer Ausführungsform sind der Lastwiderstand, die Konstantstromquelle sowie das Konstantleistungselement hinsichtlich deren maximal zulässiger Verlustleistung derart bemessen, dass die Differenz zwischen einem mittleren Temperaturwert des Lastwiderstands, der Stromquelle sowie des Konstantleistungselements und einem Umgebungstemperaturwert kleiner

als 20°C, insbesondere kleiner als 10°C.

Dadurch kann insbesondere in Verbindung mit dem eingestellten sehr kleinen Tastverhältnis von kleiner als 1:50, insbesondere von kleiner als 1:100, die Bauteildimensionierung für den Lastwiderstand, für die Konstantstromquelle sowie für das

Konstantleistungselement äussert kompakt ausfallen. Zusätzli-

che Kühlmassnahmen sind hierfür nicht erforderlich.

Schliesslich ist nach einer weiteren Ausführungsform die Abschlusseinheit dazu eingerichtet, die Einkopplung des Prüfstroms in die Versorgungsleitungen zu unterbinden, falls eine am Anschluss der Abschlusseinheit anliegende Eingangsspannung das 0.9-fache, insbesondere das 0.8-fache eines Nennspannungswerts U für die vorgebbare Ausgangsspannung am Stromversorgungsanschluss der Stromversorgungseinheit unterschreitet.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale Jjeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfin-

dungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:

FIG 1 ein Funktionsschema einer beispielhaften Stromversorgungsanlage mit Stromversorgungseinheit, Abschlusseinheit und dazwischen angeschlossenen

Stromversorgungsleitungen gemäss der Erfindung, und

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FIG 2 beispielhaft den Verlauf eines von einer Stromversorgungseinheit stammenden Ausgangsstroms mit

Stromerhöhungspulsen gemäss der Erfindung.

FIG 1 zeigt ein Funktionsschema einer beispielhaften Stromversorgungsanlage SVA mit Stromversorgungseinheit SV, Abschlusseinheit EOL und dazwischen angeschlossenen Stromver-

sorgungsleitungen SL gemäss der Erfindung.

Die im linken Teil der FIG 1 dargestellte erfindungsgemässe Stromversorgungseinheit SV weist einen netzseitigen Eingang IN für eine Netzeingangsspannung Uy, wie z.B. von 230V/50 Hz, auf. Ein nachgeschaltetes Netzteil NT setzt die Netzeingangsspannung Uvy in eine potenzialfreie Ausgangsgleichspannung Uour um, wobei die über die sehr niederohmige Sicherung SI als Kurzschlussschutz und den sehr niederohmigen Messwiderstand RM abfallende Spannungen vernachlässigbar sind. Ein Batteriesymbol im Block für das Netzteil NT symbolisiert, dass das Netzteil NT auch als unterbrechungsfreie Stromversorgung realisiert sein kann. Mit dem Bezugszeichen GND ist ein Bezugspotenzial bzw. die Masse der Stromversorgungseinheit SV bezeichnet. An einem ausgangsseitigen Stromversorgunganschluss OUT liegen somit dieses Bezugspotential GND und die dazu positive Ausgangsspannung Uocur an. Der hier zweipolige Stromver-

sorgungsanschluss OUT kann z.B. eine Klemme sein.

Mit Iocuvr ist ein Ausgangsstrom bzw. hier Ausgangsgleichstrom bezeichnet, den die Stromversorgungseinheit SV bereitstellt. Dieser fliesst auf umgekehrten Wege auch durch den Messwiderstand RM, der zur messtechnischen Erfassung eines aktuellen Ausgangsstromwerts vorgesehen ist. Hierzu ist beispielhaft ein Differenzverstärker DV mit hoher Verstärkung an den Messwiderstand RM geschaltet. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers DV wird mittels eines Filters Fl tiefpassgefiltert und dann einem A/D-Umsetzer ADC zur Umsetzung des analogen Messignals in digitale Ausgangsstromwert zugeführt. Ein ausgangsseitiger Spannungsteiler ST setzt die anliegende Aus-

gangsspannung in eine proportional niedrige Teilerspannung

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um, die nach Filterung mittels eines zweiten Tiefpassfilters F2 einem weiteren A/D-Umsetzer ADC zugeführt wird. Die beiden A/D-Umsetzer ADC sind bereits integrierter Bestandteil einer

als Mikrocontroller realisierten Steuereinheit MC.

Somit weist eine Überwachungseinrichtung UE der Stromversorgungseinheit SV, wie zuvor beschrieben, eine Messeinrichtung ST; RM, DV, ADC zur Erfassung eines aktuellen Stromwerts des Ausgangsstroms Icuvr sowie eines aktuellen Spannungswerts der

Ausgangsspannung Uour auf. Die erfassten Strom- und Spannungswerte werden üblicherweise auch für die Spannungs- und Strom-

regelung der Stromversorgungseinheit SV benötigt.

Im rechten Teil der FIG 1 ist die Abschlusseinheit EOL im Detail dargestellt, die in der Fachsprache auch als End-OfLine-Device bezeichnet wird. Diese weist einen Eingang INE zum Anschluss der Abschlusseinheit EOL an zwei Stromversorgungsleitungen SL auf. Der Eingang INE kann z.B. als Klemme oder Buchse ausgebildet sein. Am Eingang INE liegt eine mit Uzos. bezeichnete Eingangsspannung an. Dies Eingangsspannung Usou ist dabei auf eine Bezugsmasse M der Abschlusseinheit EOL bezogen und nicht identisch mit dem Bezugspotenzial GND der Stromversorgungseinheit SV. Die Abschlusseinheit EOL umfasst ferner eine Prüfstromquelle REF, realisiert als ohmscher Widerstand, der über ein Schaltelement S an den Eingang INE der Abschlusseinheit EOL zyklisch angeschaltet werden kann. Mit dem parallen Anschalten wird ein Prüfstrom Irsr in die Stromversorgungsleitungen SL zyklisch eingekoppelt. Sind an den Stromversorgungsleitungen SL, wie im mittleren Teil der FIG 1 gezeigt, elektrische Verbraucher L1l1, L2, Ln angeschaltet, so erhöht sich bei angenommener gleichbleibender elektrischer Last durch die Verbraucher L1l1, L2, Ln der von der Stromversorgungseinheit SV bereitgestellte Stromwert des Ausgangsstroms Icor um den zyklisch eingekoppelten Prüfstrom Igpzr. Mit anderen Worten erhöht sich der gesamte Ausgangsstrom Iour der Stromversorgungseinheit SV durch die zusätzliche, zyklische zugeschaltete weitere Last in Form des Lastwiderstands REF.

Der Lastwiderstand REF wird im vorliegenden Beispiel mittels

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eines ansteuerbaren Schaltelements S zugeschaltet, welches durch einen mit TI bezeichneten Pulsgenerator über ein ODERGatter OD angesteuert wird. Auf parallelem Wege kann mittels eines Spannungsdetektors SD der Lastwiderstand REF zugeschaltet werden, um der Stromversorgungseinheit SV mittels einer Stromerhöhung zu signalisieren, dass eine ausreichend hohe

Eingangsspannung Use, an der Abschlusseinheit EOL anliegt.

Die beiden im mittleren Teil der FIG 1 gezeigten Stromversorgungsleitungen SL können mit einer Ummantelung zu einem Stromversorgungskabel zusammengefasst sein. Mit RL sind symbolisch abschnittsweise vorhandene bzw. wirkende Leitungswiderstände der beiden Stromversorgungsleitungen SL bezeichnet, die in Summe einen Gesamtleitungswiderstand bilden. Die ohmschen Beträge der einzelnen Leitungswiderstände sind typischerweise voneinander verschieden und abhängig von der 7Jjeweiligen Leitungslänge zwischen den Anschlüssen OUT, INE sowie den Anschaltungen der Verbraucher L1, L2, Ln an die beiden Stromversorgungsleitungen SL. Die über den Gesamtleitungswiderstand abfallende Spannung entspricht dabei dem Produkt aus dem Ausgangsstrom Iocvr und der Spannungsdifferenz aus der Ausgangsspannung Uour und der an der Abschlusseinheit EOL anliegenden Eingangsspannung Ugo.. Eine signifikante Abnahme der Eingangsspannung Use, an der Abschlusseinheit EOL ist somit ein Indiz auf eine ggf. unzulässige Erhöhung des Gesamtleitungswiderstands. Eine niedrigere Eingangsspannung Uro. an der Abschlusseinheit EOL bewirkt aber auch, dass der Betrag des Prüfstroms Igsr bei konstantem Lastwiderstand REF abnimmt und gemäss der Erfindung mittels der Stromversorgungseinheit SV detektiert werden kann. Bei einer unzulässigen Verringerung der zyklisch eingeprägten Erhöhung des Prüfstroms Iger kann dann mittels der Stromversorgungseinheit SV eine Fehler-

meldung hier auf schleichenden Unterbruch ausgegeben werden.

Gemäss der Erfindung weist die Überwachungseinrichtung UE nun einen bereits als Software im Mikrocontroller MC realisierten Pulsdetektor PD zur Detektion eines wiederkehrenden, insbe-

sondere zyklischen Stromerhöhungspulses im Ausgangsstrom Iour

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der Stromversorgungseinheit SV auf (siehe dazu auch FIG 2). Die Überwachungseinrichtung UE umfasst zudem eine als Software im Mikrocontroller MC realisierte Zeitsynchronisiereinrichtung AE, TI zur fortlaufenden zeitlichen Anpassung des Start- und Endzeitpunktes eines Messfensters MF für die Erfassung einer Stromerhöhung in aufeinanderfolgenden Stromerhöhungspulsen P. Die Zeitsynchronisiereinrichtung AE, TI ist durch einen Timer TI als integrierte Hardwarekomponente des Mikrocontrollers MC sowie durch einen Software-Auswertefunktionsblock AE im Mikrocontroller MC realisiert. Die geeignet programmierte Software auf dem Mikrocontroller MC stellt dabei sicher, dass ein jeweiliges Messfenster für die Erfassung einer Stromerhöhung in aufeinanderfolgenden Stromerhöhungspulse zeitlich nachgeführt wird und somit immer synchron zu einer virtuellen Zeitbasis VZ der rechts dargestellten Ab-

schlusseinheit EOL ist.

Weiter gemäss der Erfindung ist die mit der Messeinrichtung ST; RM, DV, ADC verbundene Steuereinheit MC bzw. der Mikrocontroller nun dazu eingerichtet, einen mittleren minimalen Ausgangsstromwert aus erfassten Ausgangsstromwerten zeitlich ausserhalb eines jeweiligen Messfensters zu ermitteln und einen mittleren maximalen Ausgangsstromwert aus erfassten Ausgangsstromwerten zeitlich innerhalb eines jeweiligen Messfensters zu ermitteln. Schliesslich ist der Mikrocontroller MC dazu eingerichtet, eine Fehlermeldung FM für einen schleichenden Unterbruch auszugeben, falls ein Differenzstromwert aus dem mittleren maximalen und dem mittleren minimalen Ausgangsstromwert einen Vergleichsstromwert SU unterschreitet. Der Vergleichsstromwert SU ist im vorliegenden Beispiel als Digitalwert in einem nichtflüchtigen Speicher des Mikrocontrollers MC abgelegt. Die Ausgabe der Fehlermeldung FM erfolgt hier beispielhaft über einen potenzialfreien Schaltkontakt 5S.

FIG 2 zeigt beispielhaft den zeitlichen Verlauf Vıovur eines

von einer Stromversorgungseinheit SV stammenden Ausgangs-

stroms Icur Mit Stromerhöhungspulsen P gemäss der Erfindung.

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Aufgetragen über die Zeitachse t sind beispielhaft zwei Stromerhöhungspulse P zu sehen, welche einen mittleren minimalen Stromwert Immn jeweils um einen Differenzstromwert AI auf einen mittleren maximalen Stromwert Immn des Ausgangsstroms Icvr anheben. Mit MF ist ein gemäss der Erfindung zeitlich nachgeführtes Messfenster bezeichnet, innerhalb dessen die zugehörigen Messwerte des Ausgangsstroms Iovr erfasst werden und nach rechnerischen Mittelung mittels Software auf dem Mikrocontroller MC den mittleren maximalen Stromwert Imax bilden. Zeitlich komplementär dazu werden ausserhalb der jeweiligen Messfenster MF die zugehörigen Messwerte des Ausgangsstroms Ior erfasst. Wieder nach rechnerischen Mittelung resultiert dann der mittlere minimale Stromwert Immn des Aus-

gangsstroms Lour

Mit TP ist die Periode der zyklischen Stromerhöhungspulse P bezeichnet und mit PL die zugehörige Pulslänge eines Stromerhöhungspulses P. Mit TT ist ein zeitliches Toleranzfenster bezeichnet, innerhalb dessen sich die Periode TP von Stromerhöhungspuls P zu Stromerhöhungspuls P ändern kann. Mit BF ist beispielhaft ein Beobachtungsfenster bezeichnet, welches sozusagen als „Fangfenster“ softwaremässig auf einen zu erwartenden Stromerfassungpuls P inklusive der anschliessenden

messtechnischen Erfassung und Verarbeitung eingestellt ist.

Mit Isızy2 ist schliesslich ein im Rahmen der Inbetriebnahme einer Stromversorgungsanlage SVA eingestellter und messtechnisch ermittelter Stromgrenzwert Isı,2 für einen schleichenden Kurzschluss bezeichnet, der hier beispielhaft dem halben Auslösestromwert Is: für einen Kurzschluss entspricht. Der Stromgrenzwert Isı;,2 für einen schleichenden Kurzschluss ist dabei so bemessen, dass dieser mit einem Sicherheitsabstand

oberhalb des mittleren minimalen Stromwerts Iwmmn Liegt.

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Bezugszeichenliste

ADC AR BE DV EOL F1, FM GND IN INE

Tour IT max ImıIn Trer

Isı

Isı/2

L1, M

MC ME NT OD OUT

PD PL REF

RL

SD

SI SL

F2

L2,

Ln

Analog-/Digital-Umsetzer

Auswerteblock

Beobachtungsfenster

Differenzverstärker

Abschlusseinheit, End-Of-Line-Gerät Filter, Tiefpass

Fehlermeldung

Bezugspotenzial des Stromversorgungsgeräts Eingang, netzseitiger Eingang

Anschluss der Abschlusseinheit Ausgangsstrom, DC-Ausgangsstrom

maximaler Ausgangsstrom mit Prüfstrom minimaler Ausgangsstrom ohne Prüfstrom Prüfstrom, DC-Referenzstrom, Auslösestromgrenzwert

Stromgrenzwert für schleichenden Kurzschluss, halber Auslösestromwert

elektrische Last, Verbraucher Bezugspotenzial der Überwachungseinrichtung, Masse

Steuereinheit, Mikrocontroller Messfenster

Netzteil, Spannungsquelle ODER-Funktionsblock, Gatter ausgangsseitiger Stromversorgunganschluss Stromerhöhungspuls

Pulsdetektor

Pulslänge

Prüfstromquelle, Lastwiderstand, Stromquelle, Konstantleistungselement Leitungswiderstand

Messwiderstand, Shunt

Schaltelement, FET

Spannungsdetektor

Sicherung

Stromversorgungsleitung

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ST SU SV SVA

TB TI TP

TT UE Uour

UroL

VrıouT VZ

AI

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Spannungsteiler

Vergleichsstromwert, Stromversorgungseinheit, Stromversorgungsgerät Stromversorgungsanlage

Zeit, Zeitachse

Zeitdauer des Beobachtungsfensters Pulsgenerator, Timer

Periodendauer des Prüfstroms, Periodendauer des Stromerhöhungspulses Toleranzfenster

Überwachungseinrichtung Ausgangsspannung, DC-Ausgangsspannung Eingangsspannung an der Abschlusseinheit Eingangsspannung, Netzspannung zeitlicher Verlauf des Ausgangsstroms virtuelle Zeitbasis

Differenzstromwert

Claims

15 20 25 30 35 202303606 18 Patentansprüche

1. Stromversorgungseinheit (SV) zur Bereitstellung eines Ausgangsstroms (Iocvr) mit einer vorgebbaren Ausgangsspannung (Uour) an einem Stromversorgungsanschluss (OUT), wobei der Stromversorgungsanschluss (OUT) zum Anschliessen von Stromversorgungsleitungen (SL) und gg£f. von Signalleitungen vorgesehen ist, wobei die Stromversorgungseinheit (SV) eine Überwachungseinrichtung (UE) zur Überwachung des Betriebszustands der angeschlossenen Stromversorgungsleitungen (SL) aufweist, wobei die Stromversorgungsleitungen (SL) an einem entfernten Leitungsende an einer Abschlusseinheit (EOL) anschliessbar sind und zum Anschliessen sowie zur Speisung von daran anschliessbaren Komponenten insbesondere eines Brand- oder Gefahrenmeldesystems vorgesehen sind, wobei die Überwachungseinrichtung (UE) der Stromversorgungseinheit (SV) aufweist,

- eine Messeinrichtung (ST; RM, DV, ADC) zur Erfassung eines aktuellen Stromwerts des Ausgangsstroms (Icuvur) sowie eines aktuellen Spannungswerts der Ausgangsspannung (Uour),

- einen Pulsdetektor (PD) zur Detektion eines wiederkehrenden, insbesondere zyklischen Stromerhöhungspulses (P) im Ausgangsstrom (Iocvur) der Stromversorgungseinheit (SV),

- eine Zeitsynchronisiereinrichtung (AE, TI) zur fortlaufenden zeitlichen Anpassung des Start- und Endzeitpunktes eines Messfensters (MF) für die Erfassung einer Stromerhöhung in aufeinanderfolgenden Stromerhöhungspulsen (P), und

- eine mit der Messeinrichtung (ST; RM, DV, ADC) verbundene Steuereinheit (MC) dazu eingerichtet, einen mittleren minimalen Ausgangsstromwert (Im) aus erfassten Ausgangsstromwerten zeitlich ausserhalb eines jeweiligen Messfensters (MF) zu ermitteln, einen mittleren maximalen Ausgangsstromwert (Imax) aus erfassten Ausgangsstromwerten zeitlich innerhalb eines jeweiligen Messfensters (MF) zu ermitteln und eine Fehlermeldung (FM) für einen schleichenden Unterbruch auszugeben, falls ein Differenzstromwert (AI) aus dem mittleren maximalen und dem mittleren minimalen Ausgangsstromwert (Iwmax, Immn) einen Vergleichsstromwert (SU) unter-

schreitet.

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2. Stromversorgungseinheit (SV) nach Anspruch 1, wobei die Zeitsynchronisiereinrichtung (AE, TI) dazu eingerichtet ist, den Start- und Endzeitpunkt eines Messfensters (MF) sowie eine Messfensterperiode auf eine vorgegebene Pulslänge (PL) eines Stromerhöhungspulses (P) in einem Bereich von 10 ms bis 200 ms, vorzugsweise von 50 ms bis 100 ms, und auf eine vorgegebene Periodendauer (TP) der Stromerhöhungspulse (P) in einem Bereich von 1 8s bis 60 s, vorzugsweise in einem Bereich

von 10 s bis 30 s anzupassen.

3. Stromversorgungseinheit (SV) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Tastverhältnis zwischen der Pulslänge (PL) und der Periodendauer (TP) eines Stromerhöhungspulses (P) kleiner ist als

1:50, insbesondere kleiner als 1:100.

4. Stromversorgungseinheit (SV) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der maximale Ausgangsstrom (Iocur) der Stromversorgungseinheit (SV) auf einen Nennausgangsstromwert Iy bemessen ist, wobei der im ordnungsgemässen Betriebszustand der angeschlossenen Stromversorgungsleitungen (SL) zu erwartende Differenzstromwert (AI) auf das 0.05- bis 0.50-fache, insbesondere auf das 0.01- bis 0.10-fache des Nennausgangsstromwerts Ivy festgelegt ist und wobei der Vergleichstromwert (SU) auf das 0.5 bis 0.95-fache, insbesondere auf das 0.8-fache

des vorgegebenen Differenzstromwerts (AI) festgelegt ist.

5. Stromversorgungseinheit (SV) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Steuereinheit (MC) dazu eingerichtet ist, eine Fehlermeldung (FM) für einen schleichenden Kurzschluss auszugeben, falls der mittlere minimale Ausgangsstromwert (Imn) einen Stromgrenzwert für schleichenden Kurzschluss

(Isı/2) überschreitet.

6. Stromversorgungseinheit (SV) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Steuereinheit (MC) dazu eingerichtet ist, eine Fehlermeldung (FM) für einen Unterbruch auszugeben, falls nach dem Einschalten der Stromversorgungseinheit (SV)

oder falls während des Betriebs der Stromversorgungseinheit

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(SV) die Detektion eines Stromerhöhungspulses (P) mittels des Pulsdetektors (PD) ausbleibt.

7. Stromversorgungseinheit (SV) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Steuereinheit (MC) dazu eingerichtet ist, eine Fehlermeldung (FM) für einen Kurzschluss auszugeben, falls ein aktuell erfasster Stromwert für den Ausgangsstrom (Ior) einen Auslösestromgrenzwert für einen Kurzschluss

(Is), insbesondere mehrmals hintereinander, überschreitet.

8. Stromversorgungsanlage (SVA), insbesondere zur elektrischen Speisung von Komponenten eines Brand- oder Gefahrenmeldesystems, mit einer Stromversorgungseinheit (SV) nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einer Abschlusseinheit (EOL) und mit Stromversorgungsleitungen (SL) und ggf. Signalleitungen, wobei die Stromversorgungsleitungen (SL) zwischen einem Stromversorgungsanschluss (OUT) der Stromversorgungseinheit (SV) und einem Anschluss (INE) der Abschlusseinheit (EOL) angeschlossen sind, und wobei die Abschlusseinheit (EOL) dazu eingerichtet ist, einen wiederkehrenden, insbesondere zyklischen Prüfstrom (Ireer) zur Erzeugung entsprechender Stromerhöhungspulse (P) mittels einer ansteuerbaren Prüfstromquelle

(REF) in die Versorgungsleitungen (SL) einzukoppeln.

9. Stromversorgungsanlage (SVA) nach Anspruch 8, wobei die ansteuerbare Prüfstromquelle (REF) eine Serienschaltung aus einem Lastwiderstand (REF) und einem ansteuerbaren Schaltelement (S) umfasst, wobei die Serienschaltung parallel zum Anschluss (INE) der Abschlusseinheit (EOL) geschaltet ist, und wobei das Schaltelement (S) mittels eines Pulsgenerators (TI)

zur Erzeugung der Stromerhöhungspulse (P) ansteuerbar ist.

10. Stromversorgungsanlage (SVA) nach Anspruch 8, wobei die ansteuerbare Prüfstromquelle (REF) eine ein- oder aussschaltbare Konstantstromquelle oder ein ein- oder aussschaltbares Konstantleistungselement ist, und wobei das Schaltelement (S) mittels eines Pulsgenerators (TI) zur Erzeugung der Stromer-

höhungspulse (P) ansteuerbar ist.

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11. Stromversorgungsanlage (SVA) nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Pulsgenerator (TI) dazu ausgebildet ist, Ansteuerimpulse für das Schaltelement (S) mit einer Pulslänge (PL) im Bereich von 10 ms bis 200 ms, vorzugsweise im Bereich von 50 ms bis 100 ms, und mit einer Periodendauer (TP) im Bereich von 1 s bis 60 s, vorzugsweise im Bereich von 10 s bis 30 s,

auszugeben.

12. Stromversorgungsanlage (SVA) nach Anspruch 11, wobei der Pulsgenerator (TI) dazu ausgebildet ist, Ansteuerimpulse für das Schaltelement (S) mit einem Tastverhältnis kleiner als

1:50, insbesondere kleiner als 1:100, auszugeben.

13. Stromversorgungsanlage (SVA) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei der maximale Ausgangsstrom (Iour) der Stromversorgungseinheit (SV) auf einen Nennausgangsstromwert Iy bemessen ist und wobei der von der Abschlusseinheit (EOL) in die Stromversorgungsleitungen (SL) einzukoppelnde Prüfstrom (Ireer) einen maximalen Stromwert in einem Bereich des 0.05bis 0.50-fachen, insbesondere in einem Bereich des 0.01- bis

0.10-fachen des Nennausgangsstromwerts Iy aufweist.

14. Stromversorgungsanlage (SVA) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei der von der Abschlusseinheit (EOL) in die Stromversorgungsleitungen (SL) einzukoppelnde Prüfstrom (Irer) einen maximalen Stromwert in einem Bereich von 0.05 bis 1 A,

insbesondere in einem Bereich von 0.1 bis 0.5 A, aufweist.

15. Stromversorgungsanlage (SVA) nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei die Abschlusseinheit (EOL) dazu eingerichtet ist, die Einkopplung des Prüfstroms (Igszr) in die Versorgungsleitungen (SL) zu unterbinden, falls eine am Anschluss (INE) der Abschlusseinheit (EOL) anliegende Eingangsspannung (Uzo1) das 0.9-fache, insbesondere das 0.8-fache eines Nennspannungswerts U für die vorgebbare Ausgangsspannung (Uour) am Stromversorgungsanschluss (OUT) der Stromversorgungseinheit

(SV) unterschreitet.