EP0131738A1 - Messanordnung zur Bestimmung der Eigenteilkapazität bzw.deren Änderung an einem kapazitiven Schutzzaun - Google Patents

Messanordnung zur Bestimmung der Eigenteilkapazität bzw.deren Änderung an einem kapazitiven Schutzzaun Download PDF

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EP0131738A1
EP0131738A1 EP84106528A EP84106528A EP0131738A1 EP 0131738 A1 EP0131738 A1 EP 0131738A1 EP 84106528 A EP84106528 A EP 84106528A EP 84106528 A EP84106528 A EP 84106528A EP 0131738 A1 EP0131738 A1 EP 0131738A1
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EP
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capacitance
transmitter
shield
cable
rln
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Uwe Metzner
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING SYSTEMS, e.g. PERSONAL CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B13/00—Burglar, theft or intruder alarms
    • G08B13/22—Electrical actuation
    • G08B13/26—Electrical actuation by proximity of an intruder causing variation in capacitance or inductance of a circuit

Definitions

  • the invention relates to a measuring arrangement for determining the own part capacity or its change in a capacitive protective fence, which has long connecting lines between a center and the electrode wires, which are formed by coaxial cables.
  • an electronically monitored protective fence to secure the property.
  • capacitive protective fences in which the partial capacities between the transmitting and receiving electrodes and / or the intrinsic partial capacitance between the transmitting electrodes and earth are measured. An intruder approaching the protective fence changes the capacity situation, so that an alarm criterion can be derived from the change in capacity and its course over time.
  • the intrinsic part capacitance i.e. the capacitance between one transmitter electrode and earth or the change in earth capacitance is measured
  • the capacity Change is very small compared to the earth or own part capacity.
  • the earth capacitance can be 50pF, for example.
  • the change in capacitance is, for example, of the order of 5fF.
  • shielded coaxial cables are used for the feed line, which have a cable capacitance of 10 nF, for example.
  • the inconsistency of the cable must be less than + 5 x 10 -6 in order to measure a change in earth capacitance of 3fF.
  • Commercial coaxial cables have a higher inconsistency.
  • an outgoing line is provided with which the respective electrode wires are supplied with transmission energy from a transmitter arranged in the control center via the primary winding of a respective transmitter, and in that the number of electrode wires provides a large number of return lines are, which connect the respective secondary windings of the transformers to the respective oscillating circuits arranged in the control center, at which the voltage proportional to the respective own part capacitance is measured, the shield of the forward and return lines being at ground potential and a capacitor arranged in the respective oscillating circuit having a capacitance having, which is much larger than the cable capacity of the respective return line.
  • the measured in the center at the tuned circuit voltage is the current through the primary Wick - lung flows of Ubertragers proportional. This current is in turn proportional to the capacity of the capacitive protective fence.
  • the measuring arrangement according to the invention has the advantage that the cable capacitance of the outgoing line has no influence on the measurement result, because only the current is measured which flows from the electrode of the capacitive protective fence to earth. Currents flowing from the transmitter via the cable capacitance of the outgoing line do not influence the measurement result with this measuring arrangement. Since no double-shielded coaxial cable is required for the outgoing line, no high transmission power is required. Interference from neighboring cables cannot affect the forward line either because the shield of the forward line is at ground potential.
  • the cable capacitance of the return line does not advantageously influence the measurement result if the capacitance of the capacitor of the resonant circuit is sufficiently large compared to the cable capacitance of the return line, because the cable capacitance of the return line is transformed into the tuned resonant circuit.
  • the respective windings of the individual transmitters are each provided with a screen to prevent the winding capacitances from interfering with the measurement result.
  • the shield of the primary winding is connected to the transmitter potential and the shield of the secondary winding to earth potential.
  • a suitable circuit arrangement for the respective tuned resonant circuits which are set up in the same way can be built, consists of the parallel connection of the capacitor with an inductance and a resistor, the resistance determines the circuit quality.
  • the resonant circuit is connected in parallel to the return line, so that with a sufficiently large capacitance of the resonant circuit capacitor compared to the cable capacitance of the return line, the cable capacity, regardless of the length of the return line, remains almost without influence on the measurement result.
  • a measuring circuit for a short connecting line between the transmitter and the electrode of the capacitive protective fence is shown.
  • the coaxial connection line VL is connected with its inner conductor (wire) on the one hand to the transmitter SEN, and on the other hand to the electrode E of the protective fence.
  • the second connection of the SEN transmitter is at ground potential, as is the shield of the connecting line.
  • the intrinsic part capacitance CE ie the earth capacitance or the intrinsic part capacity change CE.
  • the cable capacity between the inner conductor and the shield of the connecting cable is designated CK.
  • FIG. 2 shows a measuring circuit for long supply lines.
  • a transmitter U with its primary winding, through which the current I flows, is arranged between the transmitter SEN and the inner conductor (wire) of the coaxial connecting line VL.
  • the connecting line VL leads to the electrode E of the capacitive protective fence, into which the current I flows to the earth and thus back to the transmitter SEN via the own part capacitance CE or change in own part capacitance ⁇ CE.
  • the connecting line VL has a cable capacity CK.
  • the shield of the connecting line VL is connected to the transmitter potential. This has the advantage that no current can flow between the shield and the inner conductor, so that the cable capacitance CK cannot influence the measurement.
  • the current I flowing through the primary winding of the transformer U is proportional to the internal component capacitance CE.
  • the voltage U tapped at the secondary winding of the Ubertgrager U is proportional to the current I flowing through the primary winding and thus to the component capacity CE. Since in this measuring arrangement there is a capacitance CKE between the shield of the connecting line VL and the earth, a current flows to the earth when the shield is at the transmitter potential and requires a high transmission power.
  • This measuring circuit has the disadvantage that interference from other cables and lines in the same cable duct or short circuit of the transmitter with a defective outer jacket can occur with the screen lying at ground potential, and that, as already mentioned, a high transmission power is required.
  • Another disadvantage is that the screen earth capacitance CKE can be greatly influenced by the environment. The first two disadvantages can be avoided by using a double-shielded coaxial cable, as shown in FIG. 3.
  • Fig. 3 shows in section a double shielded coaxial cable.
  • the vein i.e. the inner conductor IL is surrounded by a first screen, the inner screen IS.
  • the cable capacitance CK exists between the inner conductor IL and the inner shield IS.
  • the outer screen AS surrounds the inner screen -IS.
  • the double-shielded coaxial cable has a capacitance CKS between the outer shield AS and the inner shield 15, which is larger by a factor of 7 than the cable capacity CK in the case of commercially available, double-shielded cables.
  • the use of a double-shielded cable in the measuring circuit according to FIG. 2 would probably prevent the disadvantage of interference from adjacent cables and short-circuit of the outer jacket, but then requires a much more powerful transmitter.
  • FIG. 4 shows a measuring arrangement according to the invention for the capacitive protective fence using the example of an electrode.
  • the Transmitter SEN and in an evaluation device, not shown here, the tuned resonant circuit SK, on which the measuring voltage U is tapped.
  • a coaxial connection line, an outgoing line HL leads from the SEN transmitter to the capacitive protective fence.
  • the SEN transmitter is connected on the one hand to the inner conductor of the coaxial outgoing line HL and on the other hand is connected to earth potential.
  • the shield of the outgoing line HL is also grounded.
  • the simply shielded, commercially available coaxial line HL has a cable capacity CKH.
  • a transformer U is provided on the capacitive protective fence for each electrode - only one electrode E is shown in this example.
  • the primary winding PW of the transformer U is connected between the inner conductor of the outgoing line HL and the electrode E.
  • the return line RL which leads to the central Z, is connected to the secondary winding SW of the transformer
  • the tuned resonant circuit SK which consists of the parallel connection of a capacitor C, an inductor L and a resistor R, is connected in parallel to the return line RL.
  • the shield of the return line RL is also at ground potential.
  • the simply shielded, commercially available coaxial return line RL has a cable capacity CKR.
  • the measuring voltage U indicated by the measuring instrument, is tapped at the resonant circuit SK.
  • the own part capacity CE (earth capacity) or the change in the own part capacity ⁇ CE is determined at the electrode E of the capacitive protective fence.
  • the primary winding PW of the transformer U has a screen SchP which is at the transmission potential.
  • the secondary winding SW of the transformer U also has a screen SchS, which is at ground potential.
  • the own part capacitance CE and its change ⁇ CE are measured by means of the transformer U at the location at which it is present, namely at the electrode E of the capacitive protective fence.
  • the transmitter SEN supplies the electrode E with transmission energy and still has to feed the losses via the cable capacity CKH because the shield of the outgoing line HL is connected to earth.
  • the current I and thus the voltage U is proportional to the intrinsic capacitance CE.
  • the cable capacitance CKH of the outgoing line HL has no influence whatsoever on the measurement result, because the current I which flows from the electrode E to the earth via the intrinsic capacitance CE is measured.
  • Leakage currents that flow through the cable capacitance CKH do not influence the actual measuring current I that flows through the primary winding PW of the transformer U.
  • the current I flowing through the primary winding PW is proportional to the component capacity CE.
  • the current induced in the secondary winding of the transformer U is also proportional to the self-capacitance CE, so that the voltage U tapped at the resonant circuit SK is proportional to the self-capacitance CE.
  • the capacitor C of the resonant circuit SK has a sufficiently large capacity compared to the cable capacitance CKR of the return line RL, the relatively small cable capacitance CKR has no influence on the measuring voltage U tapped at the tuned resonant circuit SK, the measuring voltage U also being independent of the length of the return line RL is.
  • the resistance R of the resonant circuit SK determines the quality of the circuit.
  • the screens SchP and SchS on the transformer U prevent the winding capacitances from influencing the measurement result.
  • the measuring arrangement according to the invention requires two commercially available coaxial cables for one electrode. For the An In the case of capacitive protective fences, however, there are always several electrodes whose own part capacities are to be measured. This is shown in FIG. 5.
  • FIG. 5 shows a measuring arrangement according to the invention on a capacitive protective fence using the example of three electrodes E1 to E3.
  • the outgoing line HL leading from the transmitter SEN to the protective fence must be provided only once regardless of the number (n) of electrodes (E) and leads to one electrode, in the example shown here to the electrode E1 to E3.
  • the primary winding PW1 to PW3 is arranged between the inner conductor of the outgoing line HL and the electrodes E1 to E3.
  • the primary windings PW1 to PW3 are each provided with a screen SchPl to SchP3, which is connected to the transmitter potential.
  • Each electrode E1 to E3 has an intrinsic capacitance CE1 to CE3 with respect to the earth, which is to be measured in each case.
  • the respective secondary windings SW1 to SW3 of the transmitters U1 to U3 are each connected via a return line RL1 to RL3 to an oscillating circuit SK1 to SK3.
  • the resonant circuits SK1 to SK3 are constructed in the same way and correspond to the resonant circuit SK as shown and described in FIG. 4.
  • a capacitive protective fence with three electrodes therefore requires four coaxial connecting lines, one forward line and three return lines.
  • the expense of several lines is quite justifiable compared to complicated, double-shielded, expensive coaxial lines, which, as explained above, have various disadvantages, especially since the influences of the cable capacities are largely eliminated from the measurement result with the measuring arrangement according to the invention.

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Abstract

Messanordnung zur Bestimmung der Eigenteilkapazität (CE) bzw. deren Änderung (ΔCE) an einem kapazitiven Schutzzaun, der zwischen einer Zentrale (Z) und den Elektrodendrähten (E) lange Verbindungsleitungen (VL) aufweist, die von Koaxialkabeln gebildet sind. Es ist eine Hinleitung (HL) vorgesehen, mit der die jeweiligen Elektrodendrähte (El bis En) über die Primärwicklung (PWl bis PWn) eines jeweiligen Übertragers (Ül bis Ün) mit Sendeenergie eines in der Zentrale (Z) angeordneten Senders (SEN) versorgt werden. Entsprechend der Anzahl (n) der Elektrodendrähte (El bis En) sind Rückleitungen (RLl bis RLn) vorgesehen, die die jeweiligen Sekundärwicklungen (SWl bis SWn) der Übertrager (Ül bis Ün) mit in der Zentrale (Z) angeordneten, jeweiligen Schwingkreise (SKl bis SKn) verbinden. Die der jeweiligen Eigenteilkapazität (CEl bis CEn) proportionale Spannung (U1 bis U2) wird jeweils am Schwingkreis (SKl bis SKn) gemessen, wobei ein im jeweiligen Schwingkreis (SK) angeordneter Kondensator (C) eine Kapazität aufweist, die größer als die Kabelkapazität (CKR) der jeweiligen Rückleitung (RLl bis RLn) ist. Der Schirm der Hin-und Rückleitungen (HL und RLl, RLn) liegt auf Erdpotential.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Messanordnung zur Bestimmung der Eigenteilkapazität bzw. deren Änderung an einem kapazitiven Schutzzaun, der zwischen einer Zentrale und den Elektrodendrähten lange Verbindungsleitungen aufweist, die von Koaxialkabeln gebildet sind.
  • Zur Objektsicherung wird häufig zusätzlich zum Gebäudeschutz die Umgebung beispielsweise mit einem elektronisch überwachten Schutzzaun abgesichert. Bekannt sind u.a. kapazitive Schutzzäune, bei denen die Teilkapazitäten zwischen Sende- und Empfangselektroden und/ oder die Eigenteilkapazität zwischen Sendeelektroden und Erde gemessen werden. Ein sich dem Schutzzaun nähernder Eindringling verändert die Kapazitätsverhältnisse, so daß aus der Kapazitätsänderung und deren zeitlichem Verlauf ein Alarmkriterium abgleitet werden kann.
  • Wird beispielsweise die Eigenteilkapazität (Erdkapazität), d.h. die Kapazität zwischen jeweils einer Sendeelektrode und Erde bzw die Erdkapazitätsänderung gemessen, so ergeben sich insbesondere bei langen Zuleitungen von der Zentrale mit einem Sender und einer Auswerteeinrichtung zu den einzenlnen Elektroden des kapazitiven Schutzzaunes besondere Probleme. Die Kapazitätsänderung ist gegenüber der Erd- bzw. der Eigenteilskapazität sehr klein. Die Erdkapazität kann beispielsweise 50pF betragen. Die Kapazitätsänderung liegt beispielsweise in Größenordnung von 5fF. Im allgemeinen werden für die Zuleitung geschirmte Koaxialkabel verwendet, die beispielsweise eine Kabelkapazität von 10 nF aufweisen. Bei einem handelsüblichen Koaxialkabel von 10 Meter Länge mit beisielsweise etwa 600 pF Kabelkapazität muß die Inkonstanz des Kabels kleiner als + 5 x 10-6 sein, um eine Erdkapazitätsänderung von 3fF zu messen. Handelsübliche Koaxialkabel weisen jedoch eine höhere Inkonstanz auf.
  • Es wurde daher schon vorgeschlagen, zwischen dem Sender und der Verbindungsleitung zur Elektrode einen Übertrager mit seiner Primärwicklung anzuordnen und die der Erdkapazität proportionale Spannung an der Sekundärwicklung des Übertragers zu messen und daraus die Erdkapazitätsänderung abzuleiten. Dabei ist der Schirm der koaxialen Verbindungsleitung auf Sendepotential gelegt, so daß keine störenden Kabelkapazitäten die Messung beeinflussen können.
  • Eine derartige Meßanordnung hat jedoch verschiedene Nachteile. Zum einen können Störungen von anderen Kabeln und Leitungen, die im selben Kabelkanal liegen, auftreten und die Messung beeinflussen. Zum anderen wird ein defekter Außenmantel der Koaxialverbindung den Sender über den Schirm der Koaxialleitung und Erde kurzschließen. Ferner muß der Sender bei dieser Schaltungsanordnung eine etwa vierfach größere Sendeleistung aufweisen als bei einem geerdeten Schirm der Koaxialleitung, um bei der vorhandenen großen Schirm Erd- kap.zität, die zudem von der Umwelt beeinflußt werden kann, die Elektroden des kapazitiven Schutzzaunes mit der notwendigen Sendeenergie zu speisen. Die ersten beiden genannten Nachteile ließen sich mit einem zweifach geschirmten Kabel beseitigen, bei dem der Außenschirm auf Erdpotential und der Innenschirm auf Senderpotential liegt. Bei einem handelsüblichem zweifach geschirmten Koaxialkabel beträgt jedoch die Kapazität zwischen Innen- und Außenschirm das siebenfache von der Kabelkapazität zwischen Innenschirm und Innenleiter, so daß eine noch höhere Sendeleistung erforderlich ist.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, unter Vermeidung der obengenannten Nachteile eine Meßanordnung zur Bestimmung der Eigenteilkapazität bzw. deren Änderung bei langen Verbindungsleitungen zwischen einer Zentrale und den Elektroden eines kapazitiven Schutzzaunes anzugeben, bei der Kabelkapazitäten keinen störenden Einfluß auf das Meßergebnis haben. Dabei sollen anstatt sehr teure Spezialkabel handelsübliche, preisgünstige, geschirmte Koaxialkabel verwendet werden können.
  • Diese Aufgabe wird bei einem eingangs beschriebenen kapazitiven Schutzzaun dadurch gelöst, daß eine Hinleitung vorgesehen ist, mit der die jeweiligen Elektrodendrähte über die Primärwicklung eines jeweiligen Übertragers mit Sendeenergie eines in der Zentrale angeordneten Senders versorgt werden, und daß der Anzahl der Elektrodendrähte entsprechend viele Rückleitungen vorgesehen sind, die die jeweiligen Sekundärwicklungen der Übertrager mit in der Zentrale angeordneten, jeweiligen Schwingkreise verbinden, an denen jeweils die der jeweiligen Eigenteilkapazität proportionale Spannung gemessen wird, wobei der Schirm der Hin- und Rückleitungen auf Erdpotential liegt und ein im jeweiligen Schwingkreis angeordneter Kondensator eine Kapazität aufweist, die wesentlich größer als die Kabelkapazität der jeweiligen Rückleitung ist.
  • Die in der Zentrale am abgestimmten Schwingkreis gemessene Spannung ist dem Strom, der durch die Primärwick- lung des Ubertragers fließt, proportional. Dieser Strom wiederum ist der Eigenteilkapazität des kapazitiven Schutzzaunes proportional. Die erfindungsgemäße Meßanordnung hat den Vorteil, daß die Kabelkapazität der Hinleitung keinen Einfluß auf das Meßergebnis hat, weil nur der Strom gemessen wird, der von der Elektrode des kapazitiven Schutzzaunes zur Erde fließt. Ströme, die vom Sender über die Kabelkapazität der Hinleitung abfließen, beeinflussen bei dieser Meßanordnung das Meßergebnis nicht. Da kein zweifach geschirmtes Koaxialkabel für die Hinleitung erforderlich ist, ist auch keine hohe Sendeleistung erforderlich. Störungen von benachbarten Kabeln können auf die Hinleitung auch nicht einwirken, weil der Schirm der Hinleitung auf Erdpotential liegt. Ebenso beeinflußt in vorteilhafter Weise die Kabelkapazität der Rückleitung nicht das Meßergebnis , wenn die Kapazität des Kondensators des Schwingkreises hinreichend groß gegenüber der Kabelkapazität der Rückleitung ist, denn die Kabelkapazität der Rückleitung wird in den abgestimmten Schwingkreis transförmiert.
  • In vorteilhafter Weise sind die jeweiligen Wicklungen der einzelnen Übertrager mit jeweils einem Schirm versehen, um zu verhindern, daß die Wickelkapazitäten das Meßergebnis störend beeinflussen. Dabei ist der Schirm der Primärwicklung auf Senderpotential und der Schirm der Sekundärwicklung auf Erdpotential gelegt.
  • Eine zweckmäßige Schaltungsanordnung für die jeweiligen abgestimmten Schwingkreise, die gleichartig aufgebaut sein können, besteht aus der Parallelschaltung von dem Kondensator mit einer Induktivität und einem Widerstand, wobei der Widerstand die Kreisgüte bestimmt. Der Schwingkreis ist parallel an die Rückleitung angeschlossen, so daß bei hinreichend großer Kapazität des Schwingkreiskondensators gegenüber der Kabelkapazität der Rückleitung die Kabelkapazität, unabhängig von der Länge der Rückleitung, annähernd ohne Einfluß auf das Meßergebnis bleibt.
  • Anhand der Zeichnung wird ausgehend von bereits vorgeschlagenen Meßschaltungen, die erfindungsgemäße Meßanordnung näher beschrieben. Dabei zeigt die
    • Fig. 1 eine Meßschaltung für eine kurze Verbindungsleitung,
    • Fig. 2 eine Meßschaltung für eine lange Verbindungsleitung,
    • Fig. 3 ein Koaxialkabel mit zwei Schirmen,
    • Fig. 4 eine erfindungsgemäße Meßanordnung an einer Elektrode und
    • Fig. 5 eine erfindungsgemäße Meßanordnung an drei Elektroden eines kapazitiven Schutzzaunes.
  • In Fig. 1 ist eine Meßschaltung für eine kurze Verbindungsleitung zwischen dem Sender und der Elektrode des kapazitiven Schutzzaunes dargestellt. Die koaxiale Verbindungsleitung VL ist mit ihrem Innenleiter (Ader) einerseits an den Sender SEN angeschlossen, andererseits an der Elektrode E des Schutzzaunes. Der zweite Anschluß des Senders SEN liegt auf Erdpotential, ebenso wie der Schirm der Verbindungsleitung. Zwischen der Elektrode E und der Erde besteht die Eigenteilkapazität CE, d.h. die Erdkapazität, bzw. die Eigenteilkapazitätsänderung CE. Die Kabelkapazität zwischen Innenleiter und Schirm der Verbindungsleitung ist mit CK bezeichnet. In der Zuleitung vom Sender SEN zum Innenleiter der Verbindungsleitung VL ist ein Meßinstrument M eingezeichnet, mit dem der Strom I gemessen werden kann, der der Eigenteilkapazität proportional ist. Da die Änderung der Eigenteilkapazität Δ CE sehr klein gegenüber der Eigenteilkapazität CE ist, darf die Kabelkapazität CK nicht sehr groß sein, weil, wie eingangs schon dargelegt, sonst keine Eigenteilkapazitätsänderungen Δ CE mehr gemessen werden können. Die Schaltungsanordnung ist also nur für sehr kurze Zuleitungen (VL) möglich, was im allgemeinen jedoch nicht der Fall ist, denn der Sender (SEN) und die Auswerteeinrichtung (M) befindet sich im allgemeinen in einer Zentrale (Z) von der die Verbindungsleitungen (VL) zu den einzelnen Elektroden (E) des kapazitiven Schutzzaunes geführt sind.
  • In Fig. 2 ist eine Meßschaltung für lange Zuleitungen dargestellt. Zwischen dem Sender SEN und dem Innenleiter (Ader) der koaxialen Verbindungsleitung VL ist ein Übertrager U mit seiner Primärwicklung angeordnet, durch die der Strom I fließt. Die Verbindungsleitung VL führt zur Elektrode E des kapazitiven Schutzzaunes, in die über die Eigenteilkapazität CE bzw. Eigenteilkapazitätsänderung Δ CE der Strom I zur Erde und damit zurück zum Sender SEN fließt. Die Verbindungsleitung VL weist eine Kabelkapazität CK auf. Bei dieser Meßschaltung ist der Schirm der Verbindungsleitung VL auf Senderpotential gelegt. Dies hat den Vorteil, daß zwischen dem Schirm und dem Innenleiter kein Strom fließen kann, so daß die Kabelkapazität CK die Messung nicht beeinflussen kann. Der durch die Primärwicklung des Übertragers U fließende Strom I ist der Eigenteilkapazität CE proportional. Die an der Sekundärwicklung des Ubertgragers U abgegriffene Spannung U ist dem durch die Primärwicklung fließenden Strom I und damit der Eigenteilkapazität CE proportional. Da bei dieser Meßanordnung eine Kapazität CKE zwischen dem Schirm der Verbindungsleitung VL und der Erde liegt, fließt bei auf Senderpotential liegendem Schirm ein Strom zur Erde, der eine hohe Sendeleistung erfordert. An dieser Meßschaltung ist nachteilig, daß bei dem auf Erdpotential liegenden Schirm Störungen von anderen Kabeln und Leitungen im gleichen Kabelkanal oder Kurzschluß des Senders bei defekten Außenmantel auftreten können und daß, wie schon gesagt, eine hohe Sendeleistung erforderlich ist. Ferner ist von Nachteil, daß die Schirmerdkapazität CKE von der Umwelt stark beeinflußt werden kann. Die ersten beiden Nachteile können durch Verwendung eines zweifach geschirmten Koaxialkabels, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, vermeiden werden.
  • Fig. 3 zeigt im Schnitt ein zweifach geschirmtes Koaxialkabel. Die Ader, d.h. der Innenleiter IL ist von einem ersten Schirm, dem Innenschirm IS umgeben. Zwischen dem Innenleiter IL und dem Innenschirm IS besteht die Kabelkapazität CK. Der Außenschirm AS umgibt den Innenschirm -IS. Das zweifach geschirmte Koaxialkabel weist zwischen dem Außenschirm AS und dem Innenschirm 15 eine Kapazität CKS auf, die bei handelsüblichen, zweifach geschirmten Kabeln um den Faktor 7 größer ist als die Kabelkapazität CK. Der Verwendung eines zweifach geschirmten Kabels in der Meßschaltung nach Fig. 2 würde wohl den Nachteil von Störungen durch benachbarte Kabel und Kurzschluß des Außenmantels verhindern, erfordert aber dann andererseits einen wesentlich leistungsstärkeren Sender.
  • In Fig. 4 ist eine erfindungsgemäße Meßanordnung für den kapazitiven Schutzzaun am Beispiel einer Elektrode dargestellt. In der Zentrale Z befindet sich u.a. der Sender SEN und in einer hier nicht näher dargestellten Auswerteeinrichtung der abgestimmten Schwingkreis SK, an dem die Meßspannung U abgegriffen wird. Vom Sender SEN führt eine koaxiale Verbindungsleitung, eine Hinleitung HL, zum kapazitiven Schutzzaun. Der Sender SEN ist einerseits am Innenleiter der koaxialen Hinleitung HL angeschlossen und andererseits auf Erdpotential gelegt. Der Schirm der Hinleitung HL ist ebenfalls geerdet. Die einfach geschirmte, handelsübliche Koaxialleitung HL weist eine Kabelkapazität CKH auf. Am kapazitiven Schutzzaun ist für jede Elektrode - an diesem Beispiel ist nur eine Elektrode E dargestellt - ein Übertrager U vorgesehen. Die Primärwicklung PW des Übertragers U ist zwischen dem Innenleiter der Hinleitung HL und der Elektrode E geschaltet. An die Sekundärwicklung SW des Übertragers U ist die Rückleitung RL angeschlossen, die zur Zentrale Z führt.
  • In der Zentrale Z ist der abgestimmte Schwingkreis SK, der aus der Parallelschaltung von einem Kondensator C, eine Induktivität L und einem Widerstand R besteht, parallel an die Rückleitung RL angeschlossen. Der Schirm der Rückleitung RL liegt ebenfalls auf Erdpotential. Die einfach geschirmte, handelsübliche koaxiale Rückleitung RL weist eine Kabelkapazität CKR auf. Am Schwingkreis SK wird die Meßspannung U, durch das Meßinstrument angedeutet, abgegriffen. An der Elektrode E des kapazitiven Schutzzaunes wird die Eigenteilkapazität CE (Erdkapazität) bzw. die Änderung der Eigenteilkapazität ΔCE ermittelt. Die Primärwicklung PW des Übertragers U weist einen Schirm SchP auf, der auf Sendepotential liegt. Die Sekundärwicklung SW des Übertragers U weist ebenfalls einen Schirm SchS auf, der auf Erdpotential liegt.
  • Mit der erfindungsgemäßen Meßanordnung wird mittels des Übertragers U die Eigenteilkapazität CE und deren Änderung äCE an dem Ort gemessen, an dem sie vorhanden ist, nämlich an der Elektrode E des kapazitiven Schutzzaunes. Der Sender SEN versorgt die Elektrode E mit Sendeenergie und muß dabei noch die Verluste über die Kabelkapazität CKH mitspeisen, weil der Schirm der Hinleitung HL an Erde liegt. Bei hinreichend kleinem Senderinnenwiderstand und hinreichend niederohmigen Übertrager ist der Strom I und damit die Spannung U der Eigenteilkapazität CE proportional. Die Kabelkapazität CKH der Hinleitung HL hat keinerlei Einfluß auf das Meßergebnis, weil der Strom I, der aus der Elektrode E über die Eigenteilkapazität CE zur Erde fließt, gemessen wird. Verlustströme, die über die Kabelkapazität CKH fließen, beeinflussen den eigentlichen Meßstrom I, der durch die Primärwicklung PW des Übertragers U fließt, nicht. Der durch die Primärwicklung PW fließende Strom I ist der Eigenteilkapäzität CE proportional. Der in der Sekundärwicklung des Übertragers U induzierte Strom ist ebenfalls der Eigenteilkapazität CE proportional, so daß die am Schwingkreis SK abgegriffene Spannung U der Eigenteilkapazität CE proportional ist. Wenn der Kondensator C des Schwingkreises SK eine hinreichend große Kapazität gegenüber der Kabelkapazität CKR der Rückleitung RL aufweist, so hat die verhältnismäßig kleine Kabelkapazität CKR keinen Einfluß auf die am abgestimmten Schwingkreis SK abgegriffene Meßspannung U, wobei die Meßspannung U auch unabhängig von der Länge der Rückleitung RL ist. Der Widerstand R des Schwingkreises SK bestimmt die Kreisgüte. Die Schirme SchP und SchS am Übertrager U verhindern, daß die Wicklungskapazitäten das Meßergebnis beeinflussen. Die erfindungsgemäße Meßanordnung benötigt bei einer Elektrode zwei handelsübliche Koaxialkabel. Für die Anwendung an kapazitiven Schutzzäunen sind jedoch immer mehrere Elektroden angeordnet, deren Eigenteilkapazitäten zu messen sind. Dies ist in Fig. 5 dargestellt.
  • Fig. 5 zeigt eine erfindungsggemäße Meßanordnung an einen kapazitiven Schutzzaun am Beispiel dreier Elektroden El bis E3. Die vom Sender SEN zum Schutzzaun führende Hinleitung HL ist unabhängig von der Anzahl (n) der Elektroden (E) nur einmal vorzusehen und führt jeweils an eine Elektrode,im hier dargestellten Beispiel an die Elektrode El bis E3. Zwischen dem Innenleiter der Hinleitung HL und dem Elektroden El bis E3 ist jeweils die Primärwicklung PW1 bis PW3 angeordnet. Die Primärwicklungen PW1 bis PW3 sind jeweils mit einen Schirm SchPl bis SchP3 versehen, der an Senderpotential liegt. Jede Elektrode El bis E3 hat gegenüber der Erde eine Eigenteilkapazität CE1 bis CE3, die jeweils zu messen ist. Die jeweiligen Sekundärwicklungen SW1 bis SW3 der Übertrager Ul bis Ü3 sind über jeweils eine Rückleitung RL1 bis RL3 mit jeweils einen Schwingkreis SK1 bis SK3 verbunden. Die Schwingkreise SK1 bis SK3 sind gleichartig aufgebaut und entsprechen dem Schwingkreis SK, wie er in Fig. 4 dargestellt und beschrieben ist. Ein kapazitiver Schutzzaun mit drei Elektroden benötigt also vier koaxiale Verbindungsleitungen, eine Hinleitung und drei Rückleitungen. Der Aufwand von mehreren Leitungen ist gegenüber komplizierten, zweifach geschirmten teueren Koaxialleitungen, die wie oben dargelegt, verschiedene Nachteile haben, durchaus vertretbar, zumal mit der erfindungsgemäßen Meßanordnung die Einflüsse der Kabelkapazitäten weitgehend aus dem Meßergebnis eleminiert sind.

Claims (3)

1. Messanordnung zur Bestimmung der Eigenteilkapazität bzw. deren Änderung an einem kapazitiven Schutzzaun, der zwischen einer Zentrale und den Elektrodendrähten lange Verbindungsleitungen aufweist, die von Koaxialkabeln gebildet sind,
dadurch gekennzeichnet , daß eine Hinleitung (HL) vorgesehen ist, mit der die jeweiligen Elektrodendrähte (El bis En) über die Primärwicklung (PW1 bis PWn) eines jeweiligen Ubertragers (Ul bis Un) mit Sendeenergie eines in der Zentrale (Z) angeordneten Senders (SEN) versorgt werden, und daß der Anzahl (n) der Elektrodendrähte (El bis En) entsprechend viele Rückleitungen (RL1 bis RLn) vorgesehen sind, die die jeweiligen Sekundärwicklungen (SW1 bis SWn) der Übertrager (Ul bis Un) mit in der Zentrale (Z) angeordneten, jeweiligen Schwingkreise (SK1 bis SKn) verbinden, an denen jeweils die der jeweiligen Eigenteilkapazität (CE1 bis CEn) proportionale Spannung (Ul bis Un) gemessen wird, wobei der Schirm der Hin- und Rückleitungen (HL und RL1 bis RLn) auf Erdpotential liegt und ein im jeweiligen Schwingkreis (SK) angeordneter Kondensator (C) eine Kapazität aufweist, die wesentlich größer als die Kabelkapazität (CKR) der jeweiligen Rückleitung (RL1 bis RLn) ist.
2. Messanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet , daß jeder Ubertrager (Ul bis Un) für die Primärwicklung (PW) und für die Sekundärwicklung (SW) jeweils einen Schirm (SchP und SchS) aufweist, wobei der Schirm der Primärwicklung (SchP) auf Senderpoential und der Schirm der Sekundärwicklung (SchS) auf Erdpotential liegt.
3. Messanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet , daß die jeweiligen Schwingkreise (SK1 bis SKn) gleichartig aufgebaut sind und aus der Parallelschaltung von einem Kondensator (C), einer Induktivität (L) und einem Widerstand (R) bestehen, wobei der Schwingkreis (SK) parallel an der Rückleitung (RL) angeschlossen ist.
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