EP0259627A2 - Anordnung von Isolatoren an einem kapazitiven Schutzzaun - Google Patents

Anordnung von Isolatoren an einem kapazitiven Schutzzaun Download PDF

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EP0259627A2
EP0259627A2 EP87111566A EP87111566A EP0259627A2 EP 0259627 A2 EP0259627 A2 EP 0259627A2 EP 87111566 A EP87111566 A EP 87111566A EP 87111566 A EP87111566 A EP 87111566A EP 0259627 A2 EP0259627 A2 EP 0259627A2
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EP
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insulator
insulators
transmitter
electrode
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EP87111566A
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Uwe Ing. Metzner
Peer Dr.-Ing. Thilo
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
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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 an arrangement of insulators on a capacitive protective fence, which has a plurality of transmitting electrodes acted upon by a transmitter and a plurality of receiving electrodes, which are fastened to the protective fence by means of insulators, and also has an evaluation device in which the flowing and measured through the electrode capacitances Currents are processed and evaluated, with a current measuring device being arranged between the transmitter and the transmitting electrode in each transmission circuit.
  • transmitting and receiving electrodes are required, which are attached to the protective fence or to the fence poles by means of insulators.
  • the currents flowing through the electrode capacitance are measured and evaluated, as described, for example, in DE-OS 33 29 554. Capacity changes caused by intruders are derived from the measured electrode currents or determined operating capacities, which lead to an alarm.
  • the electrode currents are falsified by currents flowing over the insulators.
  • the transmitter electrodes are particularly critical here, since they have a high voltage (eg 100 V) at the insulator and can therefore close relatively large insulation currents, even if the insulator has a rather large resistance.
  • each insulator for the transmitting electrodes is formed by at least two partial insulators with a common connecting part, to which the transmitter is connected directly and at least one transmitting circuit via the second partial insulator, the base point of the first Partial insulator is at ground potential.
  • the isolator is formed by two partial isolators, at the common connecting part of which the transmitter is direct, i.e. without a measuring device, and if the second partial insulator is connected to the transmitting circuit with the transmitting electrode and the measuring device, the disturbing current flowing through the first partial insulator is guided past the measuring device and can therefore not be measured.
  • the current flowing through the first partial insulator does not interfere with the evaluation and can therefore be very large.
  • only the second partial insulator has to withstand the voltage drop across the current measuring device, which, as is known, can be kept very small.
  • the arrangement with the transmission voltage applied directly to the support has the advantage that only the measuring current of one electrode is adversely affected by the insulation current, while all other measuring currents remain unaffected. For an exact measurement and evaluation with this arrangement, it is therefore only necessary to dispense with the measurement of a transmitter electrode.
  • a transmitter SEN with the transmission voltage US which is on the one hand at ground potential EP, feeds a transmission electrode SE via a measuring device MW.
  • the electrode current IE flows from this transmitting electrode SE to the earth point EP via the electrode capacitance CE.
  • the transmission electrode SE is generally attached to the grounded fence pole by a plurality of insulators J, so that an insulator current IJ flows through the respective insulator J.
  • the measuring device is formed, for example, by a measuring transducer MW, so that the primary winding PW is located in the transmitting circuit and the measuring signal proportional to the measuring current IM is tapped and further processed via the secondary winding SW.
  • This measuring current IM is composed of the electrode current IE and the insulator current IJ.
  • the measuring transformer MW therefore measures a measuring current IM as the sum of the current IE through the electrode capacitance CE and the current J through the insulator J.
  • the circuits are closed via the earth points or earth potentials symbolically represented here.
  • a capacitive protective fence usually has a plurality of transmitter electrodes SE1, SE2,. In the arrangement according to the invention, this can be done with the aid of a cheap, shielded cable of lower quality, so that this additional effort is of no greater importance than the use of very expensive special insulators.
  • FIG. 3 An advantageous embodiment of the invention is shown in Figure 3, in which the desired improvement is achieved without an additional cable.
  • the transmitter electrodes here for example four transmitter electrodes SE1 to S4, are connected to the transmitter SEN via a respective measuring device MW1 to MW4. Only the primary winding of the respective transducer MW1 to MW4 is shown here.
  • the respective measuring current IM1 to IM4 is measured.
  • the arrangement according to the invention now provides an insulator which consists of a high-quality part insulator J1h with an electrically conductive support ST and further part insulators J2 to J4 connected to it.
  • the electrically conductive support ST is arranged on the high-quality (first) partial insulator J1h as a load-bearing element.
  • the capacitance current IE1 through the electrode capacitance CE1 of the transmitting electrode SE1 is not relevant due to excessive interference.
  • the transmitting electrode SE1 which is galvanically connected to the support ST, at the bottom, that is to say near the ground.

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Abstract

Die Anordnung von Isolatoren an einem kapazitiven Schutzzaun mit mehreren von einem Sender (SEN) beaufschlagten Sendeelektroden (SE) und mehreren Empfangselektroden weist jeweilige Isolatoren (J) für die Sendeelektroden (SE) auf, die von mindestens zwei Teilisolatoren (J1 und J2) mit einem gemeinsamen Verbindungsteil (VT) gebildet sind, an dem der Sender (SEN) unmittelbar und zumindest ein Sendestromkreis über den zweiten Teilisolator (J2) angeschlossen ist, wobei der Fußpunkt des ersten Teilisolators (J1) auf Erd­potential (EP) liegt. Dabei kann am Verbindungsteil (VT) der Sender (SEN) direkt und am zweiten Teilisolator (J2) der Sendestromkreis mit der Sende­elektrode (SE) und der Meßeinrichtung (MW) angeschlossen sein. Nach Fig. 3 kann der Isolator (J) auch von einem ersten Teilisolator (J1), von einem als elektrisch leitende Stütze (ST) ausgebildeten Verbindungsteil und von weiteren Teilisolatoren (J2 bis J4) gebildet sein, welche an der Stütze (ST) angeordnet und an denen die Sendeelektroden (SE2 bis SE4) befestigt sind, wobei eine Sendeelektrode (SE1) unmittelbar an der Stütze (ST) befestigt ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung von Isola­toren an einen kapazitiven Schutzzaun, der mehrere von einem Sender beaufschlagte Sendeelektroden und mehrere Empfangselektroden aufweist, die mittels Isolatoren am Schutzzaun befestigt sind, und der ferner eine Auswerte­einrichtung aufweist, in der die durch die Elektroden­kapazitäten fließenden und gemessenen Ströme verarbeitet und ausgewertet werden, wobei in jedem Sendestromkreis eine Strommeßeinrichtung zwischen dem Sender und der Sendeelektrode angeordnet ist.
  • Bei Intrusionsschutzsystemen mit einem kapazitiven Schutzzaun werden Sende- und Empfangselektroden benötigt, die mittels Isolatoren am Schutzzaun bzw. an den Zaun­masten befestigt sind. Gemessen und bewertet werden die durch die Elektrodenkapazität fließenden Ströme, wie dies beispielsweise in der DE-OS 33 29 554 beschrieben ist. Aus den gemessenen Elektrodenströmen bzw. ermittelten Betriebskapazitäten werden durch Intruder verursachte Kapazitätsänderungen abgeleitet, die zu einer Alarmgabe führen. Die Elektrodenströme werden jedoch durch Ströme, die über die Isolatoren fließen, verfälscht. Besonders kritisch sind hier die Sendeelektroden, da bei diesen eine hohe Spannung (z.B. 100 V) am Isolator liegt und deswegen schon relativ große Isolationsströme schließen können, selbst wenn der Isolator einen recht großen Widerstand hat.
  • Es wird daher häufig auf die Messung der Sendeströme ver­zichtet und dadurch ein beträchtlicher Informationsver­lust in Kauf genommen. Außerdem wurden bereits immer bessere Isolatoren entwickelt, so z.B. spezielle Isolatoren, die für den kapazitiven Intrusionsschutz geeignet sind (deutsches Gebrauchsmuster 83 33 086) und mit deren Hilfe die Fehlereinflüsse verringert werden können. Für den kapazitiven Schutzzaun sind jedoch eine Vielzahl hochwertiger und daher kostenintensiver Spezial­isolatoren erforderlich, wobei störende Kriechströme dennoch nicht ganz zu vermeiden sind.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die oben geschilderten Nachteile zu vermeiden und bei einem eingangs geschilderten kapazitiven Schutzzaun die störenden Einflüsse an den Isolatoren zu verringern, um die Elektrodenströme präziser messen und die Kapazitäts­änderungen zuverlässiger erkennen zu können. Diese
  • Aufgabe wird bei einem oben beschriebenen kapazitiven Schutzzaun erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder Isolator für die Sendeelektroden von mindestens zwei Teilisolatoren mit einem gemeinsamen Verbindungsteil gebildet ist, an dem der Sender unmittelbar und zumindest ein Sendestromkreis über den zweiten Teilisolator ange­schlossen ist, wobei der Fußpunkt des ersten Teil­isolators auf Erdpotential liegt.
  • Die erfindungsgemäße Isolatoranordnung für Sendeelek­troden hat den Vorteil, daß nur durch den ersten Teil­isolator, der mit seinem Fußpunkt auf Erdpotential liegt, ein störender und gegenüber den übrigen Teilisolatoren ein wesentlich höherer Strom fließt, weil die Sendespannung des Senders nur am ersten Teilisolator unmittelbar anliegt.
  • Über die weiteren Teilisolatoren fließt so ein geringer Strom, der praktisch vernachläßigt werden kann und der den interessierenden Elektrodenmeßstrom kaum beeinflußt. Der störende Strom durch den ersten Teilisolator wird mit der erfindungsgemäßen Anordnung entweder gar nicht gemessen oder nicht berücksichtigt.
  • Ist in einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung der Isolator von zwei Teilisolatoren gebildet, an dessen gemeinsamen Verbindungsteil der Sender direkt, d.h. ohne Meßeinrichtung, angeschlossen ist, und ist der zweite Teilisolator am Sendestromkreis mit der Sendeelektrode und der Meßeinrichtung angeschlossen, so wird der durch den ersten Teilisolator fließende störende Strom an der Meßeinrichtung vorbeigeführt und kann daher nicht gemessen werden. Der durch den ersten Teilisolator fließende Strom stört also die Auswertung nicht und darf daher auch sehr groß sein. Bei dieser erfindungsgemäßen Anordnung muß lediglich der zweite Teilisolator den Spannungsabfall an der Strommeßeinrichtung widerstehen, der bekanntlich sehr klein gehalten werden kann.
  • In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist der Isolator von mehreren Teilisolatoren gebildet. Dabei ist auf den ersten Teilisolator eine elektrisch leitende Stütze angeordnet, die als tragendes Element für die weiteren Teilisolatoren dient. Der erste Teilisolator liegt mit seinem Fußpunkt bekanntlich auf Erdpotential. Eine Sendeelektrode ist unmittelbar an der elektrisch leitenden Stütze, die übrigen Sendeelektroden sind über die weiteren Teilisolatoren an der elektrisch leitenden Stütze angeschlossen. Dabei kann die Sendespannung an diese eine Sendeelektrode über die Meßeinrichtung oder direkt an die leitende Stütze und damit an den ersten Teilisolator, gelegt sein, während die übrigen Teilisolatoren mit nur einer sehr kleinen Spannung beaufschlagt werden, so daß vernachläßigbar kleine Störströme die jeweils zu messenden Elektrodenströme beeinflußen. Die Anordnung mit direkt an der Stütze anliegenden Sendespannung hat den Vorteil, daß lediglich der Meßstrom der einen Elektrode durch den Isolationsstrom beeinträchtigt wird, während alle übrigen Meßströme unbeeinflußt bleiben. Für eine exakte Messung und Auswertung ist bei dieser Anordnung also nur auf die Messung einer Sendeelektrode zu verzichten.
  • Anhand der Zeichnung wird an verschiedenen Ausführungs­beispielen die Erfindung näher erläutert.
  • Es zeigen
    • Fig. 1 eine bekannte Anordnung am kapazitiven Schutz­zaun,
    • Fig. 2 eine erfindungsgemäße Anordnung an einer Elektrode,
    • Fig. 3 eine erfindungsgemäße Anordnung mit mehreren Sendeelektroden und
    • Fig.4 eine gegenüber Fig.3 abgewandelte Anordnung.
  • In Fig.1 ist schematisch der für die Erfindung wesentliche Teil eines kapazitiven Schutzzaunes bekannter Art dargestellt. Ein Sender SEN mit der Sendespannung US, der einerseits auf Erdpotential EP liegt, speist über eine Meßeinrichtung MW eine Sendeelektrode SE. Von dieser Sendeelektrode SE fließt über die Elektrodenkapazität CE der Elektrodenstrom IE zum Erdpunkt EP. Die Sendeelektrode SE ist im allgemeinen über eine Vielzahl von Isolatoren J am geerdeten Zaunmast befestigt, so daß durch den jeweiligen Isolator J ein Isolatorstrom IJ fließt. Die Meßeinrichtung ist beispielsweise von einem Meßwandler MW gebildet, so daß im Sendestromkreis die Primärwicklung PW liegt und über die Sekundärwicklung SW das dem Meßstrom IM proportionale Meßsignal abgegriffen und weiter verarbeitet wird. Dieser Meßstrom IM setzt sich aus dem Elektrodenstrom IE und dem Isolatorstrom IJ zusammen. Der Meßwandler MW mißt also einen Meßstrom IM als Summe des Stromes IE durch die Elektrodenkapazität CE und des Stromes J durch den Isolator J. Die Stromkreise sind über die hier symbolisch dargestellten Erdpunkte oder Erdpotentiale geschlossen.
  • In Fig.2 ist die erfindungsgemäße Anordnung prinzipiell dargestellt. Gegenüber der Fig.1 ist der Isolator J aus zwei in Reihe geschalteten Teilisolatoren J1 und J2 aufgebaut, deren gemeinsamer Verbindungspunkt bzw. gemeinsames Verbindungsteil VT direkt mit dem Sender SEN verbunden ist. Mit dieser erfindungsgemäßen Anordnung fließt in vorteilhafter Weise nur durch den Teilisolator J1 ein störender und höherer Strom I1, da nur am Teil­isolator J1 die Sendespannung US anliegt. Der zweite Teilisolator J2 muß dagegen nur dem Spannungsabfall an der Primärwicklung PW des Meßwandlers MW wider­stehen, der bekanntlich sehr klein gehalten werden kann. Der störende Isolatorstrom I1 durch den ersten Teilisolator J1 wird mit der erfindungsgemäßen Anordnung am Meßwandler MW vorbeigeführt und daher nicht gemessen. Er stört also die Auswertung nicht und darf daher auch verhältnismäßig groß sein.
  • Bei dieser Anordnung ist es notwendig, jedem einzelnen Isolator die Sendespannung unmittelbar zum Verbindungs­teil VT von den beiden Teilisolatoren J1 und J2 zuzuführen. Üblicherweise weist ein kapazitiver Schutzzaun mehrere, im allgemeinen übereinander angeordnete Sendeelektroden SE1, SE2, ... auf, so daß nur eine zusätzliche Leitung für alle Senderisolatoren entlang des Zaunes geführt werden muß. Dies kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung mit Hilfe eines billigen geschirmten Kabels geringerer Qualität geschehen, so daß dieser Mehraufwand nicht größer ins Gewicht fällt als die Verwendung von sehr teueren Spezialisolatoren.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Fig.3 dargestellt, bei der die angestrebte Verbesserung ohne ein zusätzliches Kabel erreicht wird. Die Sende­elektroden, hier beispielsweise vier Sendeelektroden SE1 bis S4, sind über eine jeweilige Meßeinrichtung MW1 bis MW4 am Sender SEN angeschlossen. Dabei ist hier nur die Primärwicklung des jeweiligen Meßwandlers MW1 bis MW4 dargestellt. Es wird der jeweilige Meßstrom IM1 bis IM4 gemessen. Die erfindungsgemäße Anordnung sieht nun einen Isolator vor, der aus einem hochwertigen Teilisolator J1h mit einer elektrisch leitenden Stütze ST und daran ange­schlossenen weiteren Teilisolatoren J2 bis J4 besteht. Als tragendes Element ist die elektrisch leitende Stütze ST auf dem hochwertigen (ersten) Teilisolator J1h angeordnet. Der Fußpunkt dieses Teilisolators ist bekanntlich auf Erdpotential EP gelegt. Die Sende­elektroden SE2 bis SE4 sind über die weiteren Teilisolatoren J2 bis J4 angeschlossen, während hingegen die Sendeelektrode SE1 unmittelbar an der leitenden Stütze ST angeschlossen ist. Ähnlich wie in Fig.2 ist nur der hochwertige Teilisolator J1h unmittelbar, d.h. mit der im Sendestromkreis liegenden Primärwicklung des Meßwandlers MW1 am Sender SEN und damit an der Sendespannung US angeschlossen. Alle übrigen Isolatoren J2 bis J4 sind mit einer nur sehr kleinen Spannung beaufschlagt und können daher nur vernachläßigbar kleine Störströme führen. Auf diese Weise sind die Meßströme IM 2 bis IM4 praktisch unverfälscht und entsprechen den jeweiligen Kapazitätsströmen. Lediglich der Isolator­strom I1, der durch den Teilisolator J1h fließt, beeinträchtigt den Meßstrom IM1 der Elektrode SE1. Entweder verwendet man als Teilisolator hierfür einen sehr hochwertigen Isolator, daß dennoch dieser Störstrom sehr gering gehalten werden kann, oder aber man ver­zichtet auf die Auswertung des Meßstroms IM1 der Sende­elektrode SE1. Mit dieser vorteilhaften Anordnung ist nicht nur die Funktion erheblich verbessert, es sind hierbei auch 75 % der Elektroden unanfällig gegen Isolatorstörungen. Die jeweiligen Teilisolatoren für den Anschluß der Sendeelektroden können hierbei von ge­ringerer Qualität sein, so daß diese Anordnung relativ preisgünstig ist.
  • In Fig.4 ist ein gegenüber der Fig.3 abgewandeltes Ausführungsbeispiel dargestellt. Die erfindungsgemäße Anordnung weist einen Isolator ähnlich wie in Fig.3 auf, jedoch ist der erste Teilisolator J1b nicht als hoch­wertiger Isolator, vielmehr als niederwertiger und daher billig herzustellender Isolator ausgeführt. An der Stütze ST des Isolators ist die Sendeelektrode SE1 und der Sender SEN direkt angeschlossen, d.h. es ist keine Meßeinrichtung im Sendekreis angeordnet. Auf diese Weise wird auf die zusätzliche Ermittlung des Meßstromes und damit auf einen ursprünglichen Meßwandler MW1 verzichtet. Hiermit wird der Aufwand noch weiter reduziert, was besonders dann ohne Nachteil für die Funktion des kapa­zitiven Schutzzaunes ist, wenn der Kapazitätsstrom IE1 durch die Elektrodenkapazität CE1 der Sendeelektrode SE1 wegen zu großer Störbeeinflussung nicht relevant ist. Für diesen Fall ist es vorteilhaft, die mit der Stütze ST galvanisch verbundene Sendeelektrode SE1 unten, also in Bodennähe, anzuordnen.

Claims (5)

1. Anordnung von Isolatoren an einem kapazitiven Schutzzaun, der mehrere von einem Sender (SEN) beauf­schlagte Sendeelektroden (SE) und mehrere Empfangs­elektroden aufweist, die mittels Isolatoren am Schutz­zaun befestigt sind, und der ferner eine Auswerteein­richtung aufweist, in der die durch die Elektroden­kapazitäten (CE) fließenden und gemessenen Ströme (IE bzw. IM) verarbeitet und ausgewertet werden, wobei in jedem Sendestromkreis eine Strommeßeinrichtung (MW) zwischen dem Sender (SEN) und der Sendeelektrode (SE) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder Isolator (J) für die Sendeelektroden (SE) von mindestens zwei Teilisolatoren (J1 und J2) mit einem gemeinsamen Verbindungsteil (VT) gebildet ist, an dem der Sender (SEN) unmittelbar und zumindest ein Sendestromkreis über den zweiten Teilisolator (I2) angeschlossen ist, wobei der Fußpunkt des ersten Teilisolators (J1) auf Erd­potential (EP) liegt.
2. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator (J) von zwei Teilisolatoren (J1 und J2) gebildet ist, daß am Verbindungsteil (VT) der Sender (SEN) direkt angeschlossen ist, und daß am freien Ende des zweiten Teilisolators (J2) der Sendestromkreis mit der Sende­elektrode (SE) und der Meßeinrichtung (MW) angeschlossen ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator (J) von einem ersten Teilisolator (J1), von einem als elektrisch leitende Stütze (ST) ausgebildeten Verbindungsteil und von weiteren Teilisolatoren (I2 bis I4) gebildet ist, welche an der Stütze (ST) angeordnet sind und an denen die Sendeelektroden (SE2 bis SE4) befestigt sind, wobei eine Sendeelektrode (SE1) unmittel­bar an der Stütze (ST) befestigt ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teilisolator von einem hochwertigen Isolator (J1h) ge­bildet ist, daß die weiteren Teilisolatoren (J2 bis J4) einfache Isolatoren sind, und daß der Sendestromkreis einer Sendeelektrode (SE1) unmittelbar, also ohne Teilisolator, an der Stütze (ST) befestigt ist.
5. Anordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teilisolator von einem niederwertigen Isolator (J1b) gebildet ist, daß die weiteren Teilisolatoren (J2 bis J4) einfache Isolatoren sind, und daß eine Sendeelektrode (SE1) unmittelbar an der Stütze befestigt und direkt, also ohne Strommeßeinrichtung, am Sender (SEN) angeschlossen ist.
EP87111566A 1986-08-13 1987-08-10 Anordnung von Isolatoren an einem kapazitiven Schutzzaun Withdrawn EP0259627A3 (de)

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