CH624799A5

CH624799A5 - Tripping apparatus having a di/dt converter for detecting short-circuit currents in a DC installation

Info

Publication number: CH624799A5
Application number: CH1440877A
Authority: CH
Inventors: Karsten Kobel; Otto Wulf
Original assignee: Licentia Gmbh
Priority date: 1976-11-25
Filing date: 1977-11-24
Publication date: 1981-08-14
Also published as: DE2653574B2; IT1114676B; DE2653574A1; DE2653574C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Auslösegerät mit einem di/dt-Wandler zur Erfassung von Kurzschlussströmen in einer 10 Gleichstromanlage, insbesondere für eine Bahnanlage, mit einem dem Wandler in einem ersten Kanal nachgeschalteten Integrator, der die Sekundärspannungsimpulse des Wandlers während einer vorgebenen Zeit integriert, und mit einem Komparator im gleichen Kanal, welcher Komparator die Intégrais tor-Ausgangsspannung mit einer einstellbaren Referenzspannung vergleicht und bei Überschreitung einen Auslösebefehl für einen Auslöser abgibt. Dieses bekannte Auslösegerät enthält ferner noch einen Eingangsverstärker und einen Ausgangsverstärker. Am Ausgang des Komparators bzw. des Ausgangs-20 Verstärkers entsteht dabei im Betrieb ein Ausgangssignal für einen elektromagnetischen Auslöser, wenn die Integrator-Ausgangsspannung grösser ist als die eingestellte Referenzspannung. Das bekannte Auslösegerät besitzt überdies noch als zeitunabhängiges Messglied einen weiteren Komparator, der 25 dem ersten Kanal mit dem Integrator und dem Komparator parallel geschaltet ist. Dieses zeitunabhängige Messglied dient dazu, die hohen naheliegenden Kurzschlussströme mit einer hohen Stromsteilheit unabhängig von einer Integrationszeit direkt abzuschalten. Diese Ströme werden zwar auch bereits 30 durch den ersten Kanal abgeschaltet, jedoch mit einer der Integrationszeit entsprechenden Verzögerung. Diese Integrationszeit ist bei den sehr hohen und sehr steilen naheliegenden Kurzschlussströmen zwar schon an sich sehr kurz, wird jedoch noch als zu lang angesehen. Deshalb kann man für derartige Kurzes schlussströme zusätzlich den direkten Weg über die zeitunabhängige Auslösung wählen.

Ein Auslösegerät der eingangs genannten Art soll dazu dienen, Kurzschlussströme von den Betriebsströmen eindeutig zu unterscheiden und bei Vorliegen eines Kurzschlussstromes to die Anlage abzuschalten. Es hat sich in der Praxis gezeigt, dass bei einer Bahnanlage auch entfernte Kurzschlussströme mit einer relativ niedrigen Stromhöhe und mit einer relativ niedrigen Stromsteilheit auftreten können, deren Erfassung schwierig ist. Um auch diese Ströme sicher erfassen zu können, müsste 45 die Referenzspannung des Komparators entsprechend klein, d.h. empfindlich, eingestellt werden. Dies könnte jedoch in einigen Fällen bereits zu einer unerwünschten Auslösung bei Betriebsströmen mit einer höheren Stromsteilheit, z. B. bei Anfahrströmen, führen. Es hat sich ferner in der Praxis gezeigt, 50 dass beim Zuschalten von sogenannten Hilfsbetrieben einer Bahnanlage (z.B. Licht- oder Beheizungsanlagen) Stromänderungen auftreten können, deren Steilheit im Bereich der nahen Kurzschlussströme liegt. Auch diese Betriebsströme könnten somit bei einer relativ niedrig eingestellten Referenzspannung 55 bereits zu einer unerwünschten Auslösung der Anlage führen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, das bekannte Auslösegerät derart zu verbessern, dass für alle vorkommenden Fälle eine eindeutige und zuverlässige Unterscheidung zwischen den auszuschaltenden Kurzschlussströmen und bo den nicht auszuschaltenden Betriebsströmen möglich ist. Diese Aufgabe wird bei einem Auslösegerät der eingangs genannten Art gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass dem ersten Kanal mit seinem Integrator und Komparator mindestens ein weiterer, gleichartig aufgebauter Kanal parallel geschaltet ist, 65 dessen Auslösegrenze jeweils auf einen anderen Wert einstellbar ist. Damit ist es möglich, je nach den vorkommenden Betriebsfällen genau den Kanal zu wählen, der eine eindeutige Unterscheidung zwischen einem Kurzschlussstrom und einem

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Betriebsstrom ermöglicht. Bei den Kurzschlussströmen kann dabei ferner unterschieden werden zwischen den entfernten Kurzschlussströmen mit einer relativ geringen Stromsteilheit und Stromhöhe und den entfernten Kurzschlussstrom mit einer hohen Stromsteilheit und einer hohen Stromhöhe. Dabei können z.B. zwei Kanäle vorgesehen sein, wobei im ersten Kanal nur solche Ströme zur Auslösung führen, deren Stromsteilheit im Bereich der Stromsteilheit von entfernten Kurzschlussströmen liegt und deren Höhe einen eingestellten Wert überschreitet, während im zweiten Kanal nur die Ströme zur Auslösung führen, deren Stromsteilheit im Bereich der nahen Kurzschlussströme liegt und deren Stromhöhe oberhalb der Höhe eines eingestellten Wertes liegt.

Das Auslösegerät gemäss der Erfindung kann derart weiterausgeschaltet werden, dass die Auswahl eines bestimmten Kanals automatisch durch das an den Kanaleingängen anstehende Signal erfolgt, wobei eine Umschaltung von einem Kanal auf einen anderen Kanal an bestimmten Umschaltpunkten stattfindet, die durch die Grösse des Stromanstiegs des Wandler-Eingangssignales bestimmt werden. Die Umschaltung selbst geschieht vorzugsweise mindestens über einen elektronischen Umschalter, der z.B. jeweils von dem Integrator eines Kanales angeordnet sein kann, und mit dem der bisher arbeitende Kanal gesperrt wird. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die von dem Stromanstieg des Wandler-Eingangssignales abhängigen Umschaltpunkte der einzelnen Kanäle derart gewählt, dass diese Kanäle mit steigender Stromsteilheit des Wandler-Eingangssignales in Funktion treten.

Die Empfindlichkeit eines Kanals wird vorzugsweise jeweils durch die Einflussgrössen der Integrationsdauer, der Referenzspannung des Komparators und der Eingangsempfindlichkeit des Integrators bestimmt. Nach einer Weiterausbildung der Erfindung kann das zur Einstellung der Integrationszeit der Integratoren dienende Zeitglied durch eine Steuer-grösse derart beeinflusst werden, dass eine Löschung des integrierten Signales bereits dann erfolgt, wenn der Stromanstieg di/dt des Wandler-Eingangssignales zu Null wird. Diese Einrichtung dient vor allem dazu, entfernte Kurzschlussströme besser erfassen zu können. Da bei derartigen Kurzschlussströmen die Stromsteilheit und Stromhöhe relativ gering sein kann, muss über eine längere Zeit integriert werden, um ein auswertbares Signal zu bekommen. Da jedoch bei einer Integration über eine längere Zeit auf unerwünschte Weise zwei Anfahrtsstromsprünge integriert werden könnten, ergäbe dies einen falschen Messwert. Um das zu vermeiden, soll eine Löschung bereits dann erfolgen, wenn die Stromänderung des ersten Anfahrtsstromsprunges zu Null wird.

In der Zeichnung ist in den Figuren 1-2 ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes gemäss der Erfindung schematisch dargestellt. Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Auslösegerätes. Fig. 2 zeigt ein Diagramm mit den verschiedenen Kanälen.

Gemäss Fig. 1 ist das Auslösegerät an einen di/dt-Wandler 10 mit einer Bürde 11 angeschlossen. Das Auslösegerät enthält einen Eingangsverstärker 12 und einen Ausgangsverstärker 13 und besitzt drei Kanäle 14,15,16. Jeder Kanal besitzt einen Integrator 17 und einen Komparator 18, an dem die jeweilige Referenzspannung eingestellt werden kann. Mit 19 ist ein auf alle Integratoren wirkendes Zeitglied bezeichnet, das durch eine Steuergrösse 20 derart beeinflusst werden kann, dass eine Löschung des integrierten Signales bereits dann erfolgt, wenn der Stromanstieg des Wandler-Eingangssignales zu Null wird. Die Kanäle 14,15 und 16 besitzen je einen elektronischen Umschalter 21. Mit 22 ist, gestrichelt gezeichnet, ein unvergrös-sert wirkendes Messglied vorgesehen, mit dem bei Bedarf eine direkte Auslösung ohne den Weg über die Kanäle 14 bis 16 erfolgen kann.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm, bei dem auf der Ordinate die Stromänderung AI und auf der Abszisse die Stromsteilheit di/dt aufgetragen ist. Wie zu erkennen ist, sind dabei verschiedenen Stromsteilheiten verschiedene Kanäle zugeordnet.

Für das von Wandler 10 ankommende und verstärkte Signal ul = f (di/dt) stehen 3 Kanäle 14,15 und 16 zur Verfügung, deren Integratoren 17 dieses ankommende Signal gleichzeitig integrieren. Das Zeitglied 19 wird gleichzeitig mit dem Eintreffen des Eingangssignales angeregt und gibt alle Integratoren für eine vorausbestimmte Zeit zur Integration frei. Die Kanäle 14,15 und 16 sind jeweils auf eine voneinander verschiedene Empfindlichkeit eingestellt. Der Ansprechwert innerhalb eines Kanals ist durch die Linien 23,24 und 25 in Fig. 2 dargestellt. Dieser Ansprechwert kann in Pfeilrichtung 26 in der Höhe verstellt werden. Mit xi, X2 sind Umschaltpunkte der Kanäle bezeichnet, die von der Grösse des Stromanstieges des Wandler-Eingangssignales abhängig sind. Somit gelangen alle Eingangssignale unterhalb einer Stromsteilheit von xi in den Kanal 14 und alle Eingangssignale, deren Stromsteilheit grösser als xi und kleiner als X2 ist, gelangen automatisch nur in den Kanal 15. Ferner ist der Kanal 16 für alle Wandler-Eingangssignale vorgesehen, deren Steilheit grösser als xi ist.

Somit gelangt ein Eingangssignal eines entfernten Kurzschlussstromes mit einer relativ niedrigen Steilheit kleiner als xi automatisch in den Kanal 14 und führt dann zur Auslösung, wenn die Ansprechschwelle 23 überschritten wird. Wenn dagegen ein naher Kurzschlussstrom mit einer hohen Stromsteilheit und mit einem hohen Stromwert eintrifft, so wird Kanal 14 automatisch durch den elektronischen Umschalter 21 des Kanals 14 gesperrt und gelangt in Kanal 15. Hier überschreitet der Kurzschlussstrom die Ansprechschwelle 24 in Fig. 2 und führt somit zur Auslösung. Wenn jedoch ein Wandler-Eingangssignal eines Anfahrstromes einer Anfahrstufe vorliegt, dessen Steilheit im Bereich des nahen Kurzschlussstromes liegt, so wird auch dieses Signal vom Kanal 15 erfasst und Kanal 14 wird gesperrt. Jedoch wird hier wegen der relativ kleinen Stromhöhe die Ansprechschwelle 24 in Fig. 2 nicht erreicht, so dass keine Auslösung erfolgt. Die gleichen Überlegungen gelten für das Zuschalten von Hilfsbetrieben, bei denen Stromsteilheiten auftreten, die ebenfalls im Bereich der nahen Kurzschlussströme liegen. Auch hier erfolgt somit keine Auslösung, da die Ansprechschwelle 24 in Kanal 2 gemäss Fig. 2 nicht erreicht wird.

Mit Kanal 14 und Kanal 15 können alle vorkommenden Kurzschlussströme von den Betriebsströmen eindeutig und zuverlässig unterschieden werden. Dabei spricht das Auslösegerät immer dann an, wenn ein Kurzschlussstrom vorliegt. Er spricht jedoch nicht bei Betriebsströmen an, auch dann nicht, wenn deren Stromsteilheit im Bereich der nahen Kurzschlussströme liegt. Zusätzlich zum 1. und 2. Kanal 14,15 kann noch ein 3. Kanal 16 vorgesehen sein, der erst dann anspricht, wenn Stromsteilheiten oberhalb des Umschaltpunktes X2 vorliegen. Dieser Kanal kann so empfindlich eingestellt werden, dass damit sehr hohe Kurzschlussströme praktisch unverzögert ausgeschaltet werden können. Will man jedoch derartig hohe Kurzschlussströme nicht über einen Integrator laufen lassen, so kann auch eine unverzögerte direkte Auslösung mittels des parallel geschalteten unverzögerten Messgliedes 22 erfolgen.

Wie aus Fig. 2 erkennbar ist, können die Umschaltpunkte xi und X2 in Richtung einer höheren oder einer niedrigeren Stromsteilheit hin verschoben werden (s. die gestrichelten Linien in Fig. 2). Die Verstellung der Umschaltpunkte x>, X2 und die Einstellung der Ansprechwerte 23,24,25 erfolgt durch Potentiometer am Auslösegerät.

Die Funktionstüchtigkeit der Stromanstiegsauslösung kann in üblicher Weise durch eine nicht dargestellte Prüfeinrichtung überprüft werden.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

624 799 PATENTANSPRÜCHE

1. Auslösegerät mit einem di/dt-Wandler zur Erfassung von Kurzschlussströmen in einer Gleichstromanlage, insbesondere für eine Bahnanlage, mit einem dem Wandler in einem ersten Kanal nachgeschalteten Integrator, der die Sekundärspan-nungsimpulse des Wandlers während einer vorgegebenen Zeit integriert, und mit einem Komparator im gleichen Kanal, welcher Komparator die Integrator-Ausgangsspannung mit einer einstellbaren Referenzspannung vergleicht und bei Überschreitung einen Auslösebefehl für einen Auslöser abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Kanal (14) mit seinem Integrator (17) und Komparator (18) mindestens ein weiterer, gleichartig aufgebauter Kanal (15,16) parallel geschaltet ist, dessen Auslösegrenze jeweils auf einen anderen Wert einstell-

" bar ist.

2. Auslösegerät nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl eines bestimmten Kanals (14,15,16) automatisch durch das an den Kanaleingängen anstehende Signal erfolgt.

3. Auslösegerät nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umschaltung von einem Kanal (14) auf einen anderen Kanal (15) an bestimmten Umschaltgrenzen (xi) erfolgt, die von der Grösse des Stromanstieges des Wandler-Eingangssignales abhängig sind.

4. Auslösegerät nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die den verschiedenen Stromsteilheiten des Wandler-Eingangssignales zugeordneten Umschaltgrenzen (xi, X2) der Kanäle ( 14,15,16) einstellbar sind.

5. Auslösegerät nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Stromanstieg des Wandler-Eingangssignales abhängigen Umschaltgrenzen (xi, X2) der einzelnen Kanäle ( 14,15,16) derart gewählt sind, dass die einzelnen Kanäle mit steigender Stromsteilheit des Wand-Ier-Eingangssignales in Funktion treten.

6. Auslösegerät nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung von einem Kanal ( 14) auf einen anderen Kanal ( 15) jeweils über mindestens einen Umschalter (21) erfolgt, mittels dem der bisher arbeitende Kanal (14) gesperrt wird.

7. Auslösegerät nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschalter (21 ) ein elektronischer Umschalter ist, der jeweils vor dem Integrator (17) eines Kanals (14) angeordnet ist.

8. Auslösegerät nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslösegrenze (23,24,25) eines Kanals jeweils durch die Einflussgrössen der Integrationsdauer, der Referenzspannung des Komparators ( 18) und der Eingangsempfindlichkeit des Integrators ( 17) bestimmt ist.

9. Auslösegerät nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ein zur Einstellung der Integrationszeit der Integratoren ( 17) dienendes Zeitglied ( 19) durch eine Steuer-grösse (20) derart beeinflusst werden kann, dass eine Löschung des integrierten Signals bereits dann erfolgt, wenn der Stromanstieg di/dt des Wandler-Eingangssignales zu Null wird oder einen vorgegebenen Wert für eine bestimmte Zeit unterschreitet.

10. Auslösegerät nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch zwei Kanäle (14,15) mit einer einstellbaren Umschaltgrenze (xi) zwischen den Kanälen (14,15) und mit einstellbarer Auslösegrenze (23,24) innerhalb eines Kanals (14, 15).

11. Auslösegerät nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch drei Kanäle (14,15,16) mit einstellbaren Umschaltgrenzen (xi.xz) zwischen den Kanälen (14,15,16) und mit einstellbarer Auslösegrenze (23,24,25) innerhalb eines Kanals (14,15,16).

12. Auslösegerät nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch ein den Kanälen ( 14,15,16) parallelgeschaltetes, zeitun-

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abhängiges Messglied (22) für eine unverzögerte Auslösung bei sehr hohen Wandlerausgangsimpulsen.