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: DE2653574C3; DE2653574A1; IT1114676B; DE2653574B2

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. The invention relates to a tripping device with a di / dt converter for detecting short-circuit currents in a direct current system, in particular for a railway system, with an integrator which is connected downstream of the converter in a first channel and which integrates the secondary voltage pulses of the converter during a predetermined time. and with a comparator in the same channel, which comparator compares the integrator output voltage with an adjustable reference voltage and, when exceeded, issues a trigger command for a trigger. This known trigger device also contains an input amplifier and an output amplifier. During operation, an output signal for an electromagnetic release is generated at the output of the comparator or the output amplifier if the integrator output voltage is greater than the set reference voltage. The known trigger device also has, as a time-independent measuring element, a further comparator which is connected in parallel with the first channel with the integrator and the comparator. This time-independent measuring element is used to directly switch off the high obvious short-circuit currents with a high current steepness independent of an integration time. These currents are already switched off by the first channel, but with a delay corresponding to the integration time. This integration time is already very short in the very high and very steep nearby short-circuit currents, but is still considered to be too long. For this reason, short-circuit currents of this type can also be selected via the direct route via time-independent tripping.

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. A tripping device of the type mentioned at the outset is intended to clearly distinguish short-circuit currents from the operating currents and to switch off the system when a short-circuit current is present. It has been shown in practice that remote short-circuit currents with a relatively low current level and with a relatively low current steepness, which are difficult to detect, can also occur in a railway installation. In order to be able to reliably detect these currents as well, the reference voltage of the comparator would have to be correspondingly low, i.e. sensitive to be adjusted. However, in some cases this could already lead to an undesired triggering in the case of operating currents with a higher current steepness, e.g. B. with starting currents. It has also been shown in practice 50 that current changes can occur when so-called auxiliary companies of a railway system (e.g. lighting or heating systems) are switched on, the steepness of which lies in the area of the near short-circuit currents. These operating currents could therefore already lead to an undesired triggering of the system at a relatively low reference voltage 55.

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 The invention is therefore based on the object of improving the known tripping device in such a way that a clear and reliable distinction between the short-circuit currents to be switched off and the operating currents which cannot be switched off is possible for all occurring cases. This object is achieved in a tripping device of the type mentioned at the outset according to the invention in that at least one further channel of the same design is connected in parallel to the first channel with its integrator and comparator 65, the tripping limit of which can be set to a different value in each case. This makes it possible, depending on the operating cases that occur, to select exactly the channel that clearly differentiates between a short-circuit current and a

3 3rd

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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. Operating current enables. In the case of the short-circuit currents, a distinction can also be made between the removed short-circuit currents with a relatively low current steepness and current level and the removed short-circuit current with a high current steepness and a high current level. Here, e.g. Two channels can be provided, with only currents leading to tripping in the first channel whose current steepness lies in the region of current steepness of distant short-circuit currents and whose level exceeds a set value, while only currents lead to tripping in the second channel whose current steepness lies in the region of close short-circuit currents and their current level is above the level of a set value.

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. The triggering device according to the invention can be switched on further in such a way that the selection of a specific channel is carried out automatically by the signal present at the channel inputs, a switchover from one channel to another channel taking place at specific switchover points, which is caused by the magnitude of the current increase of the converter. Input signals can be determined. The switchover itself is preferably carried out at least via an electronic switch which e.g. can each be arranged by the integrator of a channel, and with which the previously working channel is blocked. According to a further feature of the invention, the switching points of the individual channels which are dependent on the current rise of the converter input signal are selected such that these channels come into operation with increasing current steepness of the converter input signal.

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. The sensitivity of a channel is preferably determined in each case by the influencing variables of the integration duration, the reference voltage of the comparator and the input sensitivity of the integrator. According to a further development of the invention, the timing element used to set the integration time of the integrators can be influenced by a control variable such that the integrated signal is deleted when the current rise di / dt of the converter input signal becomes zero. The main purpose of this device is to be able to better detect remote short-circuit currents. Since the current steepness and current level can be relatively low with such short-circuit currents, it has to be integrated over a longer period of time in order to obtain an evaluable signal. However, since an integration over a longer period of time could undesirably integrate two starting current jumps, this would result in an incorrect measured value. In order to avoid this, deletion should already take place when the current change of the first start current jump becomes zero.

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. In the drawing, an embodiment of the object according to the invention is shown schematically in Figures 1-2. Fig. 1 shows a block diagram of a trigger device. 2 shows a diagram with the different channels.

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. 1, the trigger device is connected to a di / dt converter 10 with a burden 11. The trigger device contains an input amplifier 12 and an output amplifier 13 and has three channels 14, 15, 16. Each channel has an integrator 17 and a comparator 18, on which the respective reference voltage can be set. A time element acting on all integrators is designated by 19, which can be influenced by a control variable 20 in such a way that the integrated signal is already deleted when the current rise in the converter input signal becomes zero. Channels 14, 15 and 16 each have an electronic changeover switch 21. With 22, drawn in broken lines, an un-magnified measuring element is provided, with which, if necessary, direct triggering can take place via channels 14 to 16.

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. 2 shows a diagram in which the current change AI is plotted on the ordinate and the current steepness di / dt is plotted on the abscissa. As can be seen, different current steepnesses are assigned to different channels.

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. For the signal ul = f (di / dt) arriving and amplified by converter 10, 3 channels 14, 15 and 16 are available, the integrators 17 of which simultaneously integrate this incoming signal. The timer 19 is excited simultaneously with the arrival of the input signal and releases all integrators for integration for a predetermined time. The channels 14, 15 and 16 are each set to a different sensitivity. The response value within a channel is represented by lines 23, 24 and 25 in FIG. 2. This response value can be adjusted in height in the direction of arrow 26. With xi, X2 switching points of the channels are designated, which are dependent on the size of the current increase of the converter input signal. Thus, all input signals below a current steepness of xi enter channel 14 and all input signals whose current steepness is greater than xi and less than X2 only automatically reach channel 15. Furthermore, channel 16 is provided for all converter input signals whose steepness is greater than xi.

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. Thus, an input signal of a distant short-circuit current with a relatively low slope less than xi automatically enters channel 14 and then triggers when the response threshold 23 is exceeded. If, on the other hand, a near short-circuit current arrives with a high current steepness and with a high current value, channel 14 is automatically blocked by the electronic switch 21 of channel 14 and reaches channel 15. Here the short-circuit current exceeds the response threshold 24 in FIG. 2 and thus leads for triggering. However, if there is a converter input signal of a starting current of a starting stage, the slope of which is in the region of the near short-circuit current, this signal is also detected by channel 15 and channel 14 is blocked. However, because of the relatively small current level, the response threshold 24 in FIG. 2 is not reached, so that no tripping takes place. The same considerations apply to the connection of auxiliary operations, in which current steepnesses occur that are also in the vicinity of the short-circuit currents. There is therefore no triggering here either, since the response threshold 24 in channel 2 according to FIG. 2 is not reached.

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. With channel 14 and channel 15, all occurring short-circuit currents can be clearly and reliably distinguished from the operating currents. The tripping device always responds when there is a short-circuit current. However, it does not respond to operating currents, even if their current steepness is in the vicinity of the near short-circuit currents. In addition to the 1st and 2nd channels 14, 15, a 3rd channel 16 can also be provided, which only responds when current steepness is present above the switchover point X2. This channel can be set so sensitive that very high short-circuit currents can be switched off practically without delay. However, if one does not want such high short-circuit currents to be run through an integrator, then instantaneous direct tripping can also take place by means of the instantaneous measuring element 22 connected in parallel.

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. As can be seen from FIG. 2, the switchover points xi and X2 can be shifted in the direction of a higher or a lower current steepness (see the dashed lines in FIG. 2). The changeover points x>, X2 and the response values 23, 24, 25 are adjusted by potentiometers on the tripping device.

Die Funktionstüchtigkeit der Stromanstiegsauslösung kann in üblicher Weise durch eine nicht dargestellte Prüfeinrichtung überprüft werden. The functionality of the current increase trigger can be checked in the usual way by a test device, not shown.

5 5

10 10th

15 15

20 20th

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30 30th

35 35

40 40

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5U 5U

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

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1.Tripping device with a di / dt converter for detecting short-circuit currents in a direct current system, in particular for a railway system, with an integrator connected downstream of the converter in a first channel, which integrates the secondary voltage pulses of the converter for a predetermined time, and with a Comparator in the same channel, which comparator compares the integrator output voltage with an adjustable reference voltage and, when exceeded, issues a trigger command for a trigger, characterized in that the first channel (14) with its integrator (17) and comparator (18) has at least one further one , similarly constructed channel (15, 16) is connected in parallel, the trigger limit of which can be set to a different value.

"is cash.

2. Tripping device according to claim 1, characterized in that the selection of a specific channel (14, 15, 16) is carried out automatically by the signal present at the channel inputs.

3. Tripping device according to claim 2, characterized in that a switchover from one channel (14) to another channel (15) takes place at certain switchover limits (xi) which are dependent on the magnitude of the current increase in the converter input signal.

4. Tripping device according to claim 3, characterized in that the switching limits (xi, X2) of the channels (14, 15, 16) assigned to the different current steepnesses of the converter input signal are adjustable.

5. Tripping device according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the switching limits (xi, X2) of the individual channels (14, 15, 16) which are dependent on the current rise of the converter input signal are selected such that the individual channels increase with increasing Current steepness of the wall-Ier input signal come into operation.

6. Tripping device according to one of the claims 1 to 5, characterized in that the switching from one channel (14) to another channel (15) takes place in each case via at least one switch (21), by means of which the previously operating channel (14) is blocked becomes.

7. Tripping device according to claim 6, characterized in that the changeover switch (21) is an electronic changeover switch, which is arranged in front of the integrator (17) of a channel (14).

8. Tripping device according to claim 1, characterized in that the tripping limit (23, 24, 25) of a channel is determined in each case by the influencing variables of the integration duration, the reference voltage of the comparator (18) and the input sensitivity of the integrator (17).

9. Tripping device according to claim 1, characterized in that the timing element (19) used to set the integration time of the integrators (17) can be influenced by a control variable (20) such that the integrated signal is already deleted, when the current increase di / dt of the converter input signal becomes zero or falls below a predetermined value for a certain time.

10. Tripping device according to one of the claims 1 to 9, characterized by two channels (14, 15) with an adjustable switching limit (xi) between the channels (14, 15) and with an adjustable trigger limit (23, 24) within a channel (14, 15).

11. Tripping device according to one of the claims 1 to 9, characterized by three channels (14, 15, 16) with adjustable switching limits (xi.xz) between the channels (14, 15, 16) and with an adjustable trigger limit (23, 24, 25) ) within a channel (14,15,16).

12. Tripping device according to claim 1, characterized by a time-connected to the channels (14, 15, 16) in parallel

2nd

dependent measuring element (22) for instantaneous tripping with very high converter output pulses.