DE19909632A1

DE19909632A1 - Vorrichtung zur Spannungsmessung eines Hochspannungsimpulses

Info

Publication number: DE19909632A1
Application number: DE1999109632
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Fehse
Original assignee: Ako Agrartech & Co KG GmbH
Current assignee: AKO-AGRARTECHNIK GMBH & CO. KG, 88239 WANGEN, DE
Priority date: 1999-03-05
Filing date: 1999-03-05
Publication date: 2000-09-07

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (1) zur Spannungsmessung eines Hochspannungsimpulses am Ausgang eines Elektrozaungerätes vorgeschlagen, die mit geringem Aufwand zu realisieren ist, ohne die Isolation von Eingangs- und Ausgangsseite des Gerätes zu beeinträchtigen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein berührungslos arbeitender Sensor (17) zur Erfassung der elektrischen Feldstärke in der Nähe der Hochspannungsleitung (14) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Spannungsmessung eines Hochspannungsimpulses am Ausgang eines Weidezaungeräts nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Elektrozaungeräte werden zur Hütung von Tieren eingesetzt, indem ein die Weide umspannender Leiter mit Hochspannungsimpulsen beaufschlagt wird. Die Spannungshöhe dieser Impulse ist ausschlaggebend für deren Abschreckungswirkung auf die Tiere. Unterhalb einer Spannung von ca. 2000 V ist keine ausreichende Hütesicherung mehr gewährleistet. Ein Ausbrechen der Tiere aus dem Gehege ist dann leicht möglich. Die Spannungshöhe kann durch vielerlei Einflüsse, beispielsweise durch zu hohen Bewuchs, Zaunbeschädigungen oder dergleichen verringert werden. Daher ist die Überwachung der Spannungshöhe eine wichtige Funktion von Elektrozaungeräten.

Aus Sicherheitsgründen ist bei Elektrozaungeräten mit Anschluß an die Netzspannung die Forderung zu stellen, daß der netzseitige Anschluß und der Zaunausgang galvanisch getrennt und hochspannungsmäßig gegeneinander isoliert sind. Die ausgangsseitige Impulsspannung ist daher ohne Beeinträchtigung der Isolation von Ein- und Ausgangsseite des Gerätes zu messen und anzuzeigen.

Im Stand der Technik gemäß handelsüblichen Geräten wird dieses Problem mit Hilfe einer Glimmlampe mit Vorwiderstand als Anzeigeelement gelöst. Eine solche Glimmlampe kommt ohne eigene Stromversorgung aus und kann damit ausgangsseitig isoliert untergebracht werden. Eine weitere Möglichkeit gemäß dem Stand der Technik ist die Verwendung einer weiteren Wicklung ausgangsseitig auf dem Hochspannungstransformator, welche die Energie zur Versorgung einer elektronischen Anzeige aus dem Impulsen des Gerätes entnimmt.

Beide oben angeführten Anzeigearten haben spezifische Nachteile. Glimmlampen sind in ihrer Lebensdauer begrenzt und haben stark schwankende Zündspannungen, die in beträchtlichem Umfang von unkontrollierbaren Parametern (Temperatur, Höhenstrahlung etc.) sowie Herstellungstoleranzen abhängen. Damit ist die Anzeige ungenau und bedarf vielfach zusätzlich eines Abgleichs. Zudem sind Glimmlampen relativ lichtschwach.

Elektronische Anzeigen, welche aus den Weidezaunimpulsen gespeist werden, haben zum einen den Nachteil, daß sie einen Teil der Nutzenergie verbraucht. Zum anderen sind sie relativ kostspielig, da hochspannungsfeste Platinen und Bauelemente gebraucht werden.

Vorteile der Erfindung

Die vorliegende Erfindung hat daher die Aufgabe, eine Spannungsmessung der ausgangsseitigen Hochspannungsimpulse mit wenig Aufwand zu ermöglichen, ohne die Isolation von Ein- und Ausgangsseite des Gerätes zu beeinträchtigen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß ein berührungslos arbeitender Sensor zur Erfassung der elektrischen Feldstärke in der Nähe der Hochspannungsleitung auf der Ausgangsseite des Hochspannungstransformators verwendet wird. Ein derartiger berührungslos arbeitender Sensor, der beispielsweise kapazitiv oder induktiv arbeiten kann, liefert ein elektronisch auf einfache und damit wenig aufwendige Weise auszuwertendes Signal und bietet dabei eine vollständige Isolation gegenüber der Ausgangseite des Hochspannungstransformators.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der Sensor zur Erfassung der elektrischen Feldstärke gegenüber Störsignalen der Umgebung abgeschirmt. In einer besonderen Weiterbildung dieser Ausführungsform wird diese Abschirmung mit einem vorgegebenen, definierten Referenzpotential verbunden, gegenüber dem die Hochspannung gemessen werden soll.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird der Sensor einem Spannungsteiler vorgeschaltet. Dies ermöglicht den Abgriff eines Niederspannungssignals an geeigneter Stelle im Spannungsteiler, so daß eine preiswerte Nachfolgeelektronik zur Auswertung und Anzeige der Spannungshöhe des Hochspannungsimpulses verwendet werden kann.

Vorzugsweise wird der Spannungsteiler mit wenigstens einem Kondensator ausgebildet. Auch ein ohmscher Widerstand kann für den Spannungsteiler verwendet werden.

In einer besonders einfachen Ausbildung der Erfindung umfaßt der Sensor eine leiterkaschierte Platine. Eine derartige Platine, die beispielsweise in herkömmlicher Weise mit Kupfer als Leiter kaschiert sein kann, kann problemlos als kapazitiver Sensor verwendet werden, indem sie beispielsweise an dem Gehäuse des Ausgangstransformators befestigt, beispielsweise verklebt oder verschraubt wird.

In einer besonderen Weiterbildung dieser Ausführungsform wird als Sensor eine zweifach-leiterkaschierte Platine verwendet. Durch eine derart doppelt kaschierte Platine ist der Sensor sowie der anschließende Spannungsteiler in einem Bauelement zusammengefaßt. Die dem Hochspannungsausgang zugewandte Seite der Platine dient als kapazitiver Sensor, an der das Meßsignal abgegriffen wird. Die auf der anderen Seite der Platine angeordnete Leiterschicht wird mit einem Referenzpotential verbunden, gegen das die Messung durchgeführt wird. Dadurch ist gewährleistet, daß die dem spannungsführenden Leiter gegenüberstehende Seite des Sensors bei entsprechend gewähltem Abstand gegen Störsignale sicher abgeschirmt und eine zuverlässige Messung ermöglicht ist.

Ausführungsbeispiel

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figur nachfolgend näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt einen schematischen Schaltplan für einen Hochspannungsgenerator für ein Weidezaungerät mit erfindungsgemäßer Anzeigeeinheit.

Im einzelnen zeigt die Figur eine Vorrichtung 1 mit einem Netzeingang 2, der eine Phase 3 und einen Nulleiter 4 umfaßt, deren Polung für die Funktion des Gerätes unerheblich ist. Ein aus zwei Dioden 5, 6, einem Kondensator 7 und einem Widerstand 8 bestehender Spannungsverdoppler dient zum Aufladen eines Kondensators 9, der in Reihe mit der Primärwicklung 10 eines Hochspannungstransformators 11 geschaltet ist.

Ein über einen Taktgenerator 12 getriggertes Schaltelement 13, z. B. ein Thyristor steuert die impulsförmige Entladung des Kondensators 9 über die Primärwicklung 10, wodurch entsprechend dem Wicklungsverhältnis zwischen der Primärentwicklung 10 und der Sekundärwicklung 14 des Hochspannungstransformators 11 entsprechende Hochspannungsimpulse generiert werden.

Die Sekundärwicklung 14 weist einen Erdungskontakt 15 sowie einen Zaunkontakt 16 auf. Durch die Erdung des Erdkontakts 15 wird sichergestellt, daß das Hochspannungspotential am Zaunkontakt 16 stets gegenüber Erde zu messen ist.

Gegenüber der Sekundärwicklung 14 ist ein kapazitiver Sensor in Form einer doppelt kaschierten Platine 18 angebracht. Das Platinenmaterial bildet hierbei ein Dielektrikum 19 zwischen den beiden Kaschierungen 20, 21. Die von der Hochspannungsseite wegweisende Kaschierung 21 ist mit einem Referenzpotential, z. B. dem Erdpotential verbunden, während von der zur Hochspannungsseite hinweisenden Kaschierung 20 über die Meßleitung 22 das Meßsignal einer Auswerte- und Anzeigeeinheit 33 zugeführt wird. Über die Verbindung der Kaschierung 21 mit dem Erdpotential stellt die doppelt kaschierte Platine 18 nicht nur den Sensor als solches, sondern zugleich einen Spannungsteiler dar, so daß das auf der Signalleitung 22 ankommende Meßsignal sich im Niedervoltbereich befindet. Die Kapazitäten der beiden Kaschierungen sind durch entsprechende Dimensionierung einzustellen. Es können bei Bedarf auch ein oder mehrere weitere Kondensatoren oder Widerstände in Reihe zu der Platine geschaltet und das Sensorsignal gegebenenfalls an anderer Stelle abgegriffen werden.

Der Sensor 17 ist galvanisch vollständig entkoppelt vom Hochspannungstransformator 11, insbesondere von der Sekundärwicklung 14, die die Hochspannungsseite darstellt. Dennoch wird über die Feldstärke des in der Sekundärwicklung 14 erzeugten Hochspannungsimpulses ein Meßsignal abgegriffen, das nach entsprechender Signalverarbeitung und Eichung der Spannungshöhe und der Form des Hochspannungsimpulses entspricht und entsprechend angezeigt werden kann.

Die Auswerte- und Anzeigeeinheit 23 kann mit üblichen elektronischen Mitteln als Niederspannungseinheit mit wenig Aufwand realisiert werden.

Durch die Trennung der Erdung des Weidezauns von der Erdung des Sensors 17 bzw. der Auswerte- und Anzeigeeinheit 23 ist es möglich, die tatsächliche gegenüber dem Erdpotential vorliegende Spannung des Hochspannungsimpulses zu messen. Der Hochspannungsimpuls wird bereits bei kleinen Widerständen der Erdung gegenüber dem tatsächlichen Massepotential gestört. Dies kann beispielsweise aufgrund einer trockenen Umgebung eines Erdungsnagels für den Erdungskontakt 15 der Fall sein. Die Störung des Hochspannungsimpulses ergibt sich durch die vergleichsweise hohen Ströme, die in diesem Moment durch den unerwünschten Widerstand gegenüber Erde fließen und eine dementsprechende Spannungsdifferenz erzeugen. Die Erdung der Auswerte- und Anzeigeeinheit 23 bzw. des Sensors 17 ist auch bei einer netzunabhängigen Erdung unter gleichen Umgebungsbedingungen hiervon nicht beeinträchtigt, da keine derartigen Ströme über die Meß- und Anzeigeanordnung fließen, so daß nach wie vor eine tatsächliche Messung der Hochspannung erfolgt.

Dies ist insbesondere deshalb erwähnenswert, weil die erfindungsgemäße Meß- und Anzeigevorrichtung auch bei batterie- oder akkubetriebenen Elektrozaungeräten eingesetzt werden kann. In diesem Fall kann das Referenzpotential nicht auf das Netz bezogen werden, sondern das Referenzpotential des Sensors 17 bzw. der Auswerte- und Anzeigeeinheit 23 muß dann vor Ort durch entsprechende Maßnahmen, beispielsweise einen Erdnagel festgelegt werden. Durch eine getrennte Erdung der Sekundärwicklung 14 bzw. der Auswerte- und Anzeigeeinheit 23 oder des Sensors 17 läßt sich ein zuverlässiger Meßwert, unabhängig von den Umgebungsparametern der Erdung messen und darstellen.

Gegebenenfalls kann auch ein akustisches Signal bei einem zu niedrigen Hochspannungsimpuls erzeugt werden, so daß der Betreiber des entsprechenden Elektrozauns auf die verringerte Hütesicherheit aufmerksam gemacht wird und die entsprechende Fehlerquelle, beispielsweise eine Erdung im Zaunbereich durch zu hohen Bewuchs, mangelhafte Erdung des Geräts oder dergleichen ausfindig machen und ausschalten kann.

Bezugszeichenliste

1

Vorrichtung

2

Netzeingang

3

Phase

4

Nulleiter

5

Diode

6

Diode

7

Kondensator

8

Widerstand

9

Kondensator

10

Primärwicklung

11

Hochspannungstransformator

12

Taktgenerator

13

Schaltelement

14

Sekundärwicklung

15

Erdkontakt

16

Zaunkontakt

17

Sensor

18

Platine

19

Dielektrikum

20

Kaschierung

21

Kaschierung

22

Meßleitung

23

Auswerte- und Anzeigeeinheit

Claims

1. Vorrichtung zur Spannungsmessung eines Hochspannungsimpulses am Ausgang eines Elektrozaungerätes, dadurch gekennzeichnet, daß ein berührungslos arbeitender Sensor (17) zur Erfassung der elektrischen Feldstärke in der Nähe der Hochspannungsleitung (14) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (17) ein kapazitiver Sensor ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein induktiver Sensor ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abschirmung (21) des Sensors (17) zur Erfassung der elektrischen Feldstärke gegenüber Störsignalen aus der Umgebung vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (21) mit einem vorgegebenen, definierten Referenzpotential verbunden ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (20) einem Spannungsteiler (14, 20, 21) vorgeschaltet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler wenigstens einen Kondensator (20, 21) und/oder Widerstand umfaßt.

8. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor eine leiterkaschierte Platine (18) umfaßt.

9. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (17) eine zweifach leiterkaschierte Platine (18) umfaßt.

10. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Seite (20) einer zweifach leiterkaschierten Platine (18) dem Hochspannungsleiter (14) gegenüberliegend angeordnet und die andere Seite (21) der zweifach kaschierten Platine (18) auf ein Referenzpotential gelegt ist.