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Anordnung zur Überwachung von Stufenschaltwerken
Elektrische Wechselstromtriebfahrzeuge werden gewöhnlich mit Stufenschaltwerken gesteuert, die die Fahrmotoren wahlweise mit einer die gewünschte Speisespannung liefernden Stufe des Speisetransformators verbinden, u. zw. so, dass während des Umschaltvorganges der Motorstromkreis geschlossen bleibt. Dadurch sollen Leistung :- und damit Zugkraftunterbrechungen oder -sprünge vermieden werden. Es ist bekannt, mindestens zwei untereinander mit Stromteilungsanordnungen, beispielsweise Stromteilerdrosseln, verbundene Sammelschienen vorzusehen, an die aufeinanderfolgende Stufen des Transformators abwechselnd mittels Stufenwähler angeschlossen werden können.
In irgendeinem stationären Betriebszustand sind jeweils zwei benachbarte Stufen über beide Sammelschienen eingeschaltet, so dass während eines Umschaltvorganges an der einen Sammelschiene der Motorkreis überdie andere Sammelschiene stetsgeschlos- sen ist.
Stufenwähler, die aus mechanisch getrennten, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch steuerbaren Schaltern aufgebaut sind, müssen mit Überwachungs- und Verriegelungsanordnungen ausgerüstet sein, die beim Umschalten einerseits dafür sorgen, dass stets der eine Stufenschälter voll geöffnet ist, bevor der nächste, an derselben Sammelschiene liegende, eingeschaltet wird, anderseits, dass dieser bereits geschlossen ist, bevor der der benachbarten Stufe, an der andern Sammelschiene liegende, geöffnet wird.
Würden diese Forderungen nicht erfüllt, entständen im ersten Falle Stufenkurzschlüsse, da vorübergehend zwei Transformatorstufen an derselben Sammelschiene lägen, im zweiten Falle Leistungsunterbrechungen im Motorstromkreis. Ebenso muss durch eine geeignete Verriegelung verhindert werden, dass beide Schienen gleichzeitig an andern als zwei direkt benachbarten Stufen liegen, da sonst die allgemein nur für einen Stufensprung ausgelegten Stromteileranordnungen überlastet würden. Um diese Überwachung und Verriegelung durchzuführen, die, wenn nicht eine selbsttätige Verriegelungsschaltung vorgesehen ist, auch noch Rückmeldungen umfasst, benötigt man gewöhnlich pro Stufenschalter mindestens zwei Hilfskontakt mit entsprechend komplizierter Leitungsführung, einen, der das Öffnen und einen, der das Schliessen überwacht.
Dass neuerdings vorgeschlagene verbesserte Verriegelungsschaltungen sehr kompliziert aufgebaut sind, geht daraus hervor, dass z. B. in einer Anordnung aus 18 Stufenschützen bei vollständiger Verriegelung bis zu 14 Verriegelungskontakte in Reihe geschaltet sind.
Es ist auch schon eine Verriegelungsvorrichtung bekanntgeworden (s. Schweizer Patentschrift Nr. 71640), in der ein Spannungsrelais unmittelbar an der Sammelschiene. : spannung einer Fahrmotorsteuerung liegt, welches die Fernausschaltung des Hauptschalters der Steuerung betätigt, wenn durch eine falsche Schaltung, die beispielsweise durch das Hängenbleiben eines Einzelschalters entstehen kann, die Überlastung einer Drosselspule, die vom Motorstrom durchflossen wird, auftritt. Auch diese bekannte Verriegelungsvorrichtung weist den Nachteil auf, dass die Schaltung kompliziert ist und besondere Verriegelungskontakte notwendig sind. Es ist ferner die Anordnung eines Spannungskonstanthalters bekannt (brit. Patentschrift Nr. 835, 509), bei dem Stromwandler an den Sammelschienen den Ist-Wert abnehmen, der mit einem festen Sollwert verglichen wird.
Eine Spannungsdifferenz wird einer Regelanordnung zugeführt, die einen Stellmotor zur Umstellung auf eine andere Transformatoranzapfung steuert. Hier handelt es sich um eine reine Spannungsvergleichsschaltung.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Vermeidung von Fehlschaltungen von Stufenschaltern bei Anzapftransformatoren zur Steuerung von Bahnmotoren für Einphasenwechselstrom, wobei ausgangsseitig
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vom Transformator mindestens zwei Sammelschienen vorgesehen sind, die über Stromteilungsanordnun- gen, z. B. Drosseln, miteinander verbunden sind. Erfindungsgemäss wird durch an sich bekannte Messan- ordnungen die Strom- und Spannungsführung der Sammelschienen überwacht, wobei in Abhängigkeit da- von ein Weiterschalten der Stufen und/oder ein Umschalten der Sammelschienen nur dann erfolgen kann, wenn der zum ordnungsgemässen Schalten erforderliche Zustand, Spannung Null bzw. Spannungsgleichheit oder Stromlosigkeit bzw.
Stromgleichheit, an den Schaltstellen gegeben ist.
Erfindungsgemäss wird weiter vorgeschlagen, an Stelle eines Schalters pro Stufe zwei parallelliegende
Schalter pro Stufe anzuwenden, die an einem parallelgeschalteten Sammelschienenpaar angeschlossen sind.
Jede Laststromstrecke zwischen einer Trafoanzapfung und einem der beiden Stromteilerdrosselenden ist in zwei analoge parallele Phasen aufgeteilt. Durch die Überwachung der symmetrischen Strombelastung die- ser beiden Phasen bei eingeschalteter Stufe einerseits und durch die Überwachung des am Sammelschie- nensystem liegenden Potentials bei abgeschalteter Stufe anderseits, werden die vorschriftsmässige Schalt- folge und das fehlerfreie Funktionieren aller Stufenschalter durch je nur eine Messanordnung für jedes
Sammelschienensystem kontrolliert.
Die Überwachungsvorrichtung kann nach einem weiteren Erfindungsgedanken so ausgebildet sein, dass die Ströme in den Sammelschienen mit Stromwandler bzw. die Strö- me in den beiden Phasen jedes der Sammelschienensysteme mit in Differentialschaltung geschalteten Stromwandlern und das Potential jedes der Sammelschienensysteme mit Spannungswandlern gemessen wer- den.
Die erwähnte Aufspaltung der einzelnen Stufenkontakte bzw. Sammelschienensysteme in zwei Schalter bzw. Phasen bringt ausserdem noch eine Reihe weiterer Vorteile. So brauchen jedes Kontaktpaar und jedes Sammelschienenpaar nur für den halben Nennstrom ausgelegt zu werden. Gleichzeitig wird durch diese Anordnung die Betriebssicherheit erhöht. Bei Ausfall eines der Schalter kann die betreffende Stufe noch über den andern, eine gewisse Zeit doppelt belastbaren Schalter betrieben werden. Dabei können gegebenenfalls die beiden Schalter jedes Stufenwählers parallel derart angeordnet werden, dass eine Zusammenpressung der Kontakte unter der Kraftwirkung von Kurzschlussströmen erfolgt.
Der Erfindungsgedanke soll an der Fig. 1 weiter näher erläutert werden, die schematisch ein nach dem vorstehend geschilderten Überwachungsprinzip arbeitendes Stufenschaltwerk, zunächst mit nur einer Sammelschiene pro System, zeigt. Die Sekundärseite 10 eines Speisetransformators - es kann auch ein Transformator in Sparschaltung sein-besitzt eine Reihe von Anzapfungen, von denen in Fig. 1 beispielsweise 4 Stück, beziffert von 1 bis 4, dargestellt sind. Diese Anzapfungen sind an die Sammelschienen 5 und 6 geführt, u. zw. die Anzapfungen 1 und 3 usw. über die stromlos zu schaltenden Stufenwähler 7,8 an die Schiene 6 und die Anzapfungen 2 und 4 usw. über die stromlos zu schaltenden Stufenwähler 11 und 12 an die Schiene 5.
Die Sammelschienen 5 und 6 sind, wie üblich, über die Lastschalter 13 und 14 mit den Enden einer Stromteilerdrossel 9 verbunden, zwischen deren Mittelanzapfungen 17 und dem Transformatorende 18 der Verbraucher 19, z. B. ein Fahrmotor, liegt. Um messen zu können, ob die Sammelschienen 5 und 6 stromlos sind, sind die Stromwandler 20 und 21 vorhanden. Zur Feststellung der Spannungslosigkeit der Sammelschienen 5 bzw. 6 dienen die Spannungswandler 15 bzw. 16.'Nachteilig bei dieser Schaltung ist allerdings, dass die Spannungswandler mit dem Heraufschalten der Transformatorspannung die steigende Transformatorspannung übernehmen müssen. In der Schaltung, die in Fig. 2 gezeichnet ist, besteht dieser Nachteil nicht mehr. Hier ist nur noch ein Spannungswandler (22), an die Sammelschienen 5 und 6 angeschlossen, vorhanden.
Dabei wird allerdings vorausgesetzt, dass immer wenigstens eine Sammelschiene an dem Transformator angeschaltet bleibt und die Spannung zwischen den beiden Sammelschienen nicht grösser ist als die Stufendifferenzspannung des Transformators.
In der Fig. 3 wird die Aufspaltung der Laststromstrecken zwischen Anzapfung und einer der Klemmen der Stromteilerdrossel 9 in zwei parallele Phasen gezeigt. Die Sekundärseite 10 eines Speisetransformators-es kann auch ein Transformator in Sparschaltung sein - hat eine Reihe von Anzapfungen, von denen z, B. wieder 4 (1, 2,3, 4) gezeichnet sind, die in den Punkten 24,25, 26, 27 in zwei parallele Phasen 28, 29 und 30,31 aufgeteilt sind, die über je zwei stromlos zu schaltende Stufenwähler 32 und 33-38 und 39 mit den beiden Sammelschienensystemen 5 und 6 derart verbunden werden können, dass die Stufen l, 3 usw. am System 6 und die Stufen 2,. 4 usw. am System 5 liegen.
Jedes der Sammelschienensysteme 5, 6. ist ebenfalls in zwei parallele Phasen 28,29 und 30,31 aufgespalten, die in den Punkten 66 und 67 untereinander verbunden sind. Die Sammelschienensysteme 5,6 sind, wie üblich, über Lastschalter 13 bzw.
14 mit den Enden einer Stromteilerdrossel 9 verbunden, zwischen deren Mittelanzapfung 17 und dem Transformatorende 18 der Verbraucher 19, z. B. ein Fahrmotor, liegt.
In einem beliebigen Betriebszustand sind zwei benachbarte Stufen, z. B. die Stufen 1 und 2, eingeschaltet. Die Stufenwähler 32, 33, 34,35 sowie die Lastschalter 13 und 14 sind geschlossen. Zur Um-
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schaltung auf die nächst höhere Stufe werden zunächst der Lastschalter 14 und nach Verlöschen des Licht- bogens die dann stromlosen Stufenschalter 32 und 33 des Stufenwählers 1 geöffnet. Jetzt können die Stu- fenschalter 36 und 37 des Stufenwählers 3 eingelegt und danach der Lastschalter 14 wieder geschlossen werden. Während der Dauer dieses Schaltvorganges bleibt der Laststromkreis über die Schalter 34, 35 des
Stufenwählers 2, die Sammelschiene 5 und den Lastschalter 13 geschlossen.
Durch die Aufspaltung zwischen den Punkten 24, 25,26, 27 einerseits und den Punkten 66,67 an- derseits in zwei analoge, parallele Zweige wird erfindungsgemäss erreicht, dass beide Phasen 28 und 29 bzw. 30 und 31 die gleichen Ströme führen, wenn die beiden Schalter eines der Stufenwähler vorschrifts- mässig geschlossen sind. Die in Differentialschaltung angeordneten Stromwandler 40 und 41 am Sammel- schienensystem 5 bzw. Stromwandler 42 und 43 am Sammelschienensystem 6 liefern in diesem Falle an den Klemmen 44 bzw. 45 kein Signal. Jede durch einen fehlerhaften Kontaktschluss verursachte Stromun- symmetrie in einem Phasenpaar 28. 29 und 30,31 wird jedoch als Fehlersignal an den Klemmen 44 bzw.
45 gemeldet. Zur Überwachung des Öffnens eines Stufenschaltpaares, z.
B. 32,33, dienen die an den
Sammelschienen liegenden Spannungswandler 46 bzw. 47, die die Spannung der betreffenden Sammel- schiene, z. B. gegen Erde, messen. Bei geöffnetem Stufenwähler müssen die betreffenden Sammelschie- nen spannungsfrei sein. Die Schaltfolge wird durch die Wandler 40,41, 42,43 und 46,47 derart über- wacht und durch ein (nicht gezeichnetes) Steuersystem gesteuert, dass die jeweils übernächste Stufe an den
Sammelschienen 5 bzw. 6 erst eingeschaltet wird, wenn an den Klemmen 44 bzw. 45 der Strom Null ge- meldet ist und die vorhergehende Stufe erst geöffnet wird, wenn sowohl ein Spannungssignal an den Klem- men 48 bzw. 49 die Einschaltung und das Fehlen eines Stromdifferenz-Signals an den Klemmen 44 bzw.
45 auch den fehlerfreien Kontaktschluss beider Stufenschalter der folgenden Stufe anzeigen. Durch diese erfindungsgemässe Anordnung entfallen alle sonst erforderlichen Hilfsschalter an den einzelnen Stufenwählern mit den Rückmeldeleitungen. Allerdings ist hier derselbe Nachteil vorhanden, der auch bei der Schaltung in Fig. 1 vorliegt. Die Spannung an den Wandlern steigt mit dem Heraufschalten der Trafoanzapfungen an, so dass die Wandlerwicklungen für die dort mögliche maximale Spannung ausgelegt sein müssen. Eine der Anwendung nach Fig. 2 analoge alternative Schaltung, die diesen Nachteil vermeidet, ist in Fig. 4 als Ausführungsbeispiel gezeigt. Hier erhalten die beiden Spannungswandler nur noch die Stufendifferenzspannung des Transformators.
Als Erweiterung der Beispiele ist eine bereits vorgeschlagene leistungslose Umschaltung mit spannungssteuernden Magnetverstärkern an Stelle der Stromteilerdrossel vorgesehen. Ausserdem kann bei geeigneter Auslegung der Magnetverstärker auf die Lastschalter 50-53 verzichtet werden, wenn der Magnetisierungsstrom in jeweils einer der beiden Laststromstrecken so klein gemacht wird, dass er von den Stufenwählern geschaltet werden kann.
Die Sekundärseite 10 des Speisetransformators hat eine Reihe von Anzapfungen. von denen wieder vier (1, 2,3, 4) dargestellt sind. Jede dieser Anzapfungen ist in den Punkten 24, 25, 26, 27 in zwei parallele Phasen aufgeteilt, die über je zwei stromlos zu schaltende Stufenwähler32 und 33-38 und 39 mit den beiden Sammelschienensystemen 5 und 6 so verbunden werden können, dass wieder die Stufen l, 3 usw. am System 6 und die Stufen 2,4 usw. am System 5 liegen. Jedes der Sammelschienensysteme 5 und 6 ist in zwei parallele Phasen 28,29 und 30,31 aufgetrennt, die mit den Stufenschaltern 39,35, 38,34 bzw. 37, 33, 36,32 und in den Punkten 68 bzw. 69 jetzt über die Lastschalter 50, 51 bzw. 52,53 (die bei geeigneter Auslegung der Magnetverstärker überflüssig werden) untereinander verbunden sind.
Die Sammelschienensysteme 5 und 6 sind in den Punkten 68 und 69 über zwei steuerbare Transduktoren 54 und 55, die leistungslos umschalten, miteinander verbunden.
Erfindungsgemäss ist die Aufspaltung der Stromkreise zwischen den Punkten 24, 25,26, 27 einerseits und den Punkten 68 und 69 jetzt über die Lastschalter 50,51 und 52,53 anderseits in zwei analoge parallele, jeweils der halben Belastung unterworfene Kreise durchgeführt. Sind die beiden Schalter, z. B. 32, 33, des Stufenwählers 1 ordnungsgemäss geschlossen, so führen die Phasen 28,29 und 30, 31 dieselben Ströme, wenn die Lastschalter 50,51 bzw. 52, 53 ebenfalls geschlossen sind. Die beiden Stromwand- ler 56 und 57 am Sammelschienensystem 5 bzw. Stromwandler 58 und 59 am Sammelschienensystem 6 liefern dann für ihre Relais kein Signal. Jede durch einen fehlerhaften Kontaktschluss verursachte Stromunsymmetrie in einem Phasenpaar 28, 29 bzw. 30, 31 wird aber als Fehler von den Relais gemeldet.
Zur Überwachung des Öffnens der Stufenschalterpaare 32,33-38, 39 dienen der zwischen den Punkten 60, 61 liegende Spannungswandler 62 und der zwischen den Punkten 63,64 liegende Spannungswandler 65, die die Spannung zwischen der Phase 29 des Sammelschienensystems 5 und der Phase 30 des Sammelschienensystems 6 bzw. die Spannung zwischen der Phase 28 des Sammelschienensystems 5 und der Phase 31 des Sammelschienensystems 6 messen. Die Spannungswandler erhalten hier die Stufendifferenzspannung des Transformators. Es ist nur noch notwendig, die Auslegung der Wandler für diese Spannung vorzunehmen.
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Bei geöffnetem Stufenwähler müssen die betreffenden Sammelschienen spannungslos sein.
Die Schaltfolge wird durch die Wandler 56. 57, 58, 59 und 62,65 derart überwacht und durch ein (nicht gezeichnetes) Steuersystem gesteuert, dass die übernächste Stufe an den Sammelschienen 5 bzw. 6 erst eingeschaltet wird, wenn keine Stromdifferenz an den Relais der Stromwandler 56 bis 59 entsteht und die vorhergehende Stufe erst geöffnet wird, wenn sowohl ein Spannungssignal an den Relais der Spannungswandler 62 und 65 die Einschaltung und das Fehlen eines Stromdifferenzsignals an den Relais 56-59 auch die einwandfreie Kontaktgabe der beiden Stufenschalter der nachfolgenden Stufe anzeigen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Vermeidung von Fehlschaltungen von Stufenschaltern bei Anzapftransformatoren zur Steuerung von Bahnmotoren für Einphasenwechselstrom,'wobei ausgangsseitig vom Transformator min-
EMI4.1
Sammelschienen vorgesehen sind, die über Stromteilungsanordnungen, z. B.Strom- und Spannungsführung der Sammelschienen überwacht wird, wobei in Abhängigkeit davon ein Weiterschalten der Stufen und/oder ein Umschalten der Sammelschienen nur dann erfolgen kann, wenn der zum ordnungsgemässen Schalten erforderliche Zustand, Spannung Null bzw. Spannungsgleichheit oder Stromlosigkeit bzw. Stromgleichheit, an den Schaltstellen gegeben ist.