Schaltungsanordnung zum Überwachen von Wechselstromkreisen mit veränderlicher Betriebsspannung, insbesondere Lichtsignalstromkreisen in Eisenbahnsignalanlagen Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungs anordnung zum Überwachen von Wechselstrom kreisen mit veränderlicher Betriebsspannung, ins besondere Lichtsignalstromkreisen in Eisenbahn signalanlagen, in denen im Störungsfall im Primär kreis eines Stromwandlers einer Überwachungsein richtung ein Reststrom bestehen bleibt.
Eine veränder liche Betriebsspannung wird beispielsweise für die Lampen von Eisenbahnlichtsignalen verwendet, die bei Nacht an eine niedrigere Spannung angeschaltet werden als bei Tage, um eine Blendung des Fahr personals bei Dunkelheit zu vermeiden. In derartigen Schaltungen fliesst ein Reststrom, wenn .eine über einen Transformator gespeiste Lampe durchbrennt. In diesem Falle bleibt der Leerlaufstrom dieses Trans formators bestehen. Infolge dieses Reststromes und der veränderlichen Betriebsspannung entstehen Be messungsschwierigkeiten bei den am Signal angeord neten Speisetransformatoren der Signallampen sowie bei den Stromwandlern für die Überwachungseinrich tungen und bei den Überwachungseinrichtungen sel ber.
Beispielsweise soll ein als überwachungseinrich- tung an den Stromwandler angeschlossenes Relais bei dem bei Tagspannung und durchgebrannter Signallampe auftretenden Reststrom abfallen, aber bei dem bei Nachtspannung und brennender Signal lampe fliessenden Betriebsstrom ansprechen. Da diese Ströme vielfach nur wenig verschieden sind, müssten zum Überwachen Relais mit hohem Abfallfaktor ver wendet werden, d. h. das Verhältnis von Abfallstrom zum Ansprechstrom darf nicht wesentlich kleiner als die Zahl 1 sein. Derartige Relais erfordern eine Sonderfertigung und sind daher teuer.
Es ist bekannt, die Arbeitsverhältnisse für die Relais dadurch zu verbessern, dass in Reihe und/oder parallel mit den Relais spannungsabhängige Widerstände geschaltet werden. Mit zunehmender Spannung muss der Wert der in Reihe liegenden Widerstände abnehmen und der Wert der parallel liegenden Widerstände zu nehmen. Meistens werden in Reihe liegende Wider stände, und zwar i Gleichrichter, verwendet, da sich hierdurch die Möglichkeit ergibt, zum Überwachen der Wechselstromkreise Gleichstromrelais zu be nutzen.
Aber auch die hierdurch erzielbare Ver besserung des Abfallfaktors der gesamten über- wachungseinrichtung, d. h. das kleinste zulässige Ver hältnis von primärem Reststrom des Stromwandlers bei höchster Betriebsspannung zum primären Be triebsstrom bei niedrigster Betriebsspannung, ist viel fach nicht ausreichend, um normale Relais verwen den zu können. Dies ist besonders bei grossen Ent fernungen zwischen der Einschaltstelle, z. B. dem Stellwerk, und dem Verbraucher, z. B. der Signal lampe, der Fall, da dann infolge der Kabelkapazität der Reststrom bei Tagspannung fast die Grösse des Betriebsstromes bei der üblichen Nachtspannnung erreichen kann.
Damit ein zum ordnungsgemässen Arbeiten der Überwachungseinrichtung ausreichender Unterschied zwischen den beiden zugehörigen Sekundärströmen bzw. -spannungen des Stromwandlers besteht, kann die Nachtspannung bisher nicht auf den gewünschten niedrigen Wert gesenkt werden.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass dieser Nachteil im wesentlichen durch eine andere Ausführung und Bemessung des Stromwandlers ver mieden werden kann. Die erfindungsgemässe Schal tungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Stromwandlerkern aus einem weichmagnetischen Ma terial besteht, dessen Permeabilität bis zu einem Grenzwert der Feldstärke klein ist und bei über schreiten dieses Grenzwertes innerhalb eines engen Feldstärkebereiches steil auf ihren maximalen Wert ansteigt, und durch eine derartige Bemessung des Stromwandlers und der Überwachungseinrichtung,
dass bei der niedrigsten Betriebsspannung der primäre Betriebsstrom den Kern bis in den Bereich des Steil anstieges der Permeabilität magnetisiert und die an die Sekundärseite des Stromwandlers angeschlossene Überwachungseinrichtung gerade anspricht. Ein be sonders gut geeigneter Werkstoff ist unter der Mar kenbezeichnung Permenorm 5000 Z bekannt. Bei einer derartigen Überwachungseinrichtung können wie bisher an die Sekundärseite des Stromwandlers über Gleichrichter angeschlossene Gleichstromrelais zum Überwachen der Wechselstromkreise verwendet werden. Dabei ist es zweckmässig, Relais mit geringem Leistungsbedarf zu verwenden, um den Steilanstieg der Permeabilitätskurve durch den Sekundärstrom des Stromwandlers nicht abzuflachen.
Noch günstiger ist es, an die Sekundärwicklung des Stromwandlers den Steuereingang eines Verstärkers, insbesondere Tran sistorverstärkers, anzuschliessen, der als Schalter für ein Relais üblicher Leistung arbeitet. In beiden Fällen kann durch eine Spannungs- bzw. Strombegrenzer schaltung zwischen Stromwandler und Relais bzw. Verstärker erreicht werden, dass bei dem bei der nied rigen und dem bei der hohen Speisespannung des Wechselstromkreises fliessenden Betriebsstrom etwa der gleiche Relaisstrom fliesst. Eine thermische Ober belastung des Relais wird somit verhindert.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nach stehend anhand der Zeichnung erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Schaltung für eine mit Wechsel strom gespeiste Signallampe L, die über den Trans formator T entweder an Nachtspannung oder an Tag spannung liegt. An die Speiseleitungen ist über den Stromwandler W und den Spannungsbegrenzer mit dem Widerstand R und den Sperrzellen S1 und S2, z. B. Selengleichrichter, der Steüereingang des Tran sistorverstärkers V angeschlossen. Dieser wird in Emitterschaltung als Schalter betrieben.
Bei jeweils nur einer Halbwelle der zwischen Emitter und Basis angelegten stark verzerrten Wechselspannung aus reichender Grösse kann im Emitter-Kollektor-Kreis durch den Widerstand Ru und das Gleisstromrelais L1 ein Strom fliessen und bei einem ausreichenden Strom flusswinkel, der durch die Breite der verzerrten Halb wellen gegeben ist, das Relais zum Ansprechen brin gen. In den anderen Halbwellen sperrt der Transistor. Der Kondensator Cu verhindert das Abfallen der Relais in diesen Halbwellen.
In Fig. 2 zeigt die gestrichelte Kurve Us = f (Jp) die sekundäre Leerlaufspannung Us in Abhängig keit vom Primärstrom Jp des Stromwandlers W. Der Kern dieses Stromwandlers besteht erfindungsgemäss aus einem weichmagnetischen Material mit geringer Anfangspermeabilität bis zu der durch der Primär strom J1 erzeugten Feldstärke, einem steilen Per meabilitätsanstieg bis zum Maximalwert in dem enger. Feldstärkebereich zwischen den Primärströmen J1 und J2 und allmählich abfallender Permeabilität bei weiterer Erhöhung der Feldstärke.
In der Sekundärwicklung des Stromwandlers ent stehen in beiden Halbwellen des sinusförmigen Pri märstromes nadelförmige Spannungsimpulse, die den Transistorverstärker V steuern. Die ausgezogene Linie Jzs = f (Jp) zeigt den Verlauf des arithmetischen Mittelwertes des Relaisstromes Ju in Abhängigkeit vom Primärstrom des Stromwandlers. Der Transistor und seine Emitter-Kollektor-Spannung sind so ge wählt, dass ein Emitter-Kollektor-Strom bei der zum Primärstrom J1 des Stromwandlers gehörigen Sekun därspannung U1 zu fliessen beginnt und etwa bei der zum Primärstrom Jn gehörigen Sekundärspan nung Un seinen maximalen Wert erreicht. Bei wei terer Erhöhung des Primärstromes auf die Werte J2 oder fJ kann sich dann nur noch der von der Breite der Spannungsimpulse abhängige Stromflusswinkel des Emitter-Kollektor-Stromes ändern.
Die Sperr zellen S1 und S2 verhindern, dass die Steuerspannung am Eingang des Verstärkers bei wechselndem Primär strom wesentlich über den Wert Un ansteigt. Ist das Relais U so gewählt, dass sein Ansprechstrom im oberen Teil des Steilanstieges der Kurve Ju = f (Jp) liegt, so kann die dargestellte Überwachungseinrich tung für einen Wechselstromkreis verwendet werden, in dem bei der höchsten vorhandenen Wechselspan nung, d. h. bei Tagspannung, der Reststrom J1 und bei der niedrigsten Spannung, d. h. bei Nachtspan nung, der Betriebsstrom Jn fliesst. Durch die Verwen dung des Transistorverstärkers als Schalter für das Relais U hat der Relaisstrom Ju bei dem bei der nied rigsten Nachtspannung und dem bei der höchsten Tagspannung fliessenden primären Betriebsstrom Jn bzw. Jt etwa die gleiche Grösse.
Für das Relais U ergibt sich einerseits ein sicheres Ankerabfallen, wenn der Reststrom nur wenig kleiner als der niedrigste Betriebsstrom Jn ist. Anderseits bleibt die Erregung des Relais U beim Wechseln der Betriebsspannung an nähernd konstant, auch wenn der Betriebsstrom sich wie bei dem dargestellten Beispiel etwa im Verhält nis 1 : 2 ändert. Steigt der Betriebsstrom wesentlich über den Wert Jt an, so wird die Erregung des Re lais U wieder kleiner. Dies ist darauf zurückzufüh ren, dass die Spitzen der Sekundärspannung des Stromwandlers immer steiler und schmaler werden, wodurch der Stromflusswinkel im Emitter-Kollektor- Kreis des Verstärkers kleiner wird.
Ferner hat es sich gezeigt, dass das Überwachungs relais U nicht anspricht, wenn im Primärstromkreis des Stromwandlers W beim Anschalten der Betriebs wechselspannung ein Gleichstrom von der Grössen ordnung des Betriebswechselstromes fliesst. Unabhän gig von der Stromrichtung des Gleichstromes sinkt infolge der Gleichstromvormagnetisierung die Per meabilität des Stromwandlerkernes und damit die an der Primärwicklung des Stromwandlers abfallende Wechselspannung. Die in der Sekundärwicklung erzeugte Wechselspannung ist dann zu klein, um den Verstärker auszusteuern bzw. das Relais zum An sprechen zu bringen.
Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt. Beispielsweise kann es zweckmässig sein, die Sicherheit der Schaltung gegen Störspannungseinwirkungen dadurch zu er höhen, dass der Stromwandler W mit zwei Wicklun gen ausgerüstet ist, von denen je eine in die beiden Speiseleitungen des überwachten Stromkreises ge schaltet ist.