CH644210A5

CH644210A5 - Arrangement for monitoring high-voltage direct or alternating currents by means of an isolated-potential error display

Info

Publication number: CH644210A5
Application number: CH981879A
Authority: CH
Inventors: Gerhard Quast; Wolfgang Broede
Original assignee: Licentia Gmbh
Priority date: 1978-11-10
Filing date: 1979-11-01
Publication date: 1984-07-13
Also published as: IT1125654B; IT7927188A0; DE2848791A1; NL7908085A; DE2848791B2; ATA703879A; NL189014C; NL189014B; BE879862A; DE2848791C3; AT372194B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Überwachung hochgespannter Gleich- oder Wechselströme durch potentialgetrennte Fehleranzeige, insbesondere von Heizströmen in Reisezugwagen.

Für eine Überwachung und Fehlerdiagnose sollen nach dem Wunsch der Bahnverwaltungen Zustände der Heizstromkreise auf einer Schalttafel für das Betriebspersonal ablesbar sein. Solche Schalttafeln befinden sich beispielsweise bei Reisezugwagen in Schränken der Seitengänge oder Einstiege. Normalerweise ist nur ein Sammelstörmelder als Messinstrument vorhanden. Dabei kann über eine Leistungserfassung d. h. durch Strom- und Spannungserfassung der Grad des Fehlers erkannt werden. Das Erfassen des hochgespannten Stromes war bislang relativ aufwendig wegen der nötigen Potentialtrennung. Für Gleichströme benutzt man dazu entweder Magnetverstärker oder auch Chopperwandler, was recht teuer wird, und die bei Wechselstrom erforderlichen Messwandler lassen die Schaltungen gross und schwer werden. Sie sind darüber hinaus optimal auch nur für eine Frequenz auslegbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, hier Abhilfe zu schaffen. Dabei soll eine Schaltung erstellt werden, mit der auf einfache Weise die Potentialtrennung bewirkt werden kann und die ohne grösseren Aufwand die Überwachung sowohl von Wechsel- wie auch Gleichströmen bei Heizkreisen gestattet.

Diese Aufgabe wird für eine Anordnung der eingangs bezeichneten Art dadurch gelöst, dass über den Spannungsabfall an einem vom zu überwachenden Strom durchflossenen Indikatorwiderstand ein Optokoppler direkt gesteuert wird, dessen Empfängertransistor an eine Auswerteschaltung angeschlossen ist, die abhängig vom Fliessen des Stromes im Indikatorwiderstand eine LED-Anzeigediode dunkelsteuert. Dabei kann gegebenenfalls an die Stelle eines besonderen Indikatorwiderstandes auch ein Teil eines vom Gesamtstrom durchflossenen Heizwiderstandes als Indikatorwiderstand treten.

Für eine Motorstrom/Gleichstrom-Istwerterfassung ist bereits eine Anordnung für Potentialtrennung unter Verwendung eines Optokopplers bekannt geworden (DE-OS 23 33 907). Bei dieser Anordnung geht es jedoch um die Erfassung von Messwerten hoher Genauigkeit mit Zwischen-stufungen, bei der der Optokoppler erst nach einer proportionalen Umsetzung des Gleichstromes in eine impulsbreiten-oder frequenzmodulierte elektrische Wechselgrösse zur Potentialtrennung herangezogen wird. Das steht im Gegensatz zur Erfindung, bei der er abgesehen vom andersartigen Verwendungszweck auf eine potentialgetrennte Fehleranzeige mit Ja/Nein-Entscheidung für hochgespannte Gleich- oder Wechselströme ankommt und bei der der Optokoppler direkt vom zu überwachenden Strom gesteuert wird. Für Gleichstrom stellt sich die erfindungsgemässe Lösung gerade besonders einfach.

Vorteilhaft ist zur Überwachung von Wechselströmen der Auswerteschaltung zusätzlich ein Zeitglied zugeordnet, das ein Aufleuchten des LED-Anzeigediode in den Halbperioden des Stromes verzögert, in denen der Optokoppler stromrichtungsabhängig gesperrt ist.

Für eine Anordnung mit einem Regelschütz zur zusätzlichen Temperaturregelung, dessen Arbeitskontakt in Reihe mit den zu schaltenden Heizgruppen liegt, wird zweckmässig vorgeschlagen, dass bei betriebsmässiger Unterbrechung des Stromes durch den Arbeitskontakt ein Hilfskontakt des Regelschützes den dann sperrenden Empfängertransistor des Optokopplers überbrückt, wobei einem Steuertransistor der Auswerteschaltung der Basisstrom über einen Parallelpfad zugeführt ist.

In weiter günstiger Schaltungsauslegung wird die einseitig an Masse liegende LED-Anzeigediode über einen elektronischen Speicher geschaltet, dessen Setzeingang mit der Batteriespannung, dem Kollektor des kurzschliessenden Steuertransistors und einem Pol des im übrigen an Masse liegenden Verzögerungs-Kondensators verbunden ist.

An Hand eines schematischen Ausführungsbeispieles wird im folgenden die Erfindung näher erläutert. Die Figur der Zeichnung zeigt eine Überwachungsschaltung für den Heizstrom von Reisezugwagen.

An einer durch den Reisezugwagen geführten und mit 1 bezeichneten Zugsammeischiene oder Hauptheizleitung können je nach Bahnstromversorgung der verschiedenen Länder die bekannten UIC-Spannungen anstehen. Es handelt sich um 3000 V=/1500 V=, 1500-/50 Hz, 1000 V~/16% Hz. Über eine Sicherung 2 und den Arbeitskontakt 3a eines Regelschützes 3 gelangt der Heizstrom zu einer gruppierbaren Heizgruppe 4 mit Einzelwiderständen (es ist nur ein einzelner Widerstand gezeichnet) mit in Reihe liegendem Indikatorwiderstand 5 und von dort über eine Trennstelle 6 zur Masse 7. Je nach der an der Zugsammeischiene 1 anstehenden Spannung werden die Einzelwiderstände der Heizgruppe 4 gruppiert. Für die Erfindung ist es dabei gleich, ob die Heizgruppen in den Abteilen oder in zentralen Wärmetauscherkesseln oder in Klimaanlagen angeordnet sind. Mit 8 ist ein sogenannter Optokoppler bezeichnet mit Licht emittierender Sendediode 9 und einem Empfängertransistor 10. Der Optokoppler 8 trennt die eigentliche Auswerteschaltung 11 von der Hochspannung und macht sie potentialfrei. Der Empfängertransistor 10 wird bei Lichtbestrahlung durch die Sendediode 9 niederohmig, wodurch die Batteriespannung UB einen Strom gegen Masse 7 treiben kann. Der Spannungsabfall am

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

644 210

Basiswiderstand 12 des Transistors 13 steuert diesen durch. Der Transistor 13 schliesst damit den Folgekreis 14, bestehend aus Kondensator 15, Z-Diode 16, elektronischen Speicher 17 und LED-Anzeigediode 18 kurz. Die Stromversorgung UB für den Folgekreis 14 bricht damit über Widerstand s 19 zusammen und die LED-Anzeigediode 18 ist bei ordnungsgemässem Fliessen des Heizstromes dunkelgeschaltet. Die LED-Anzeigediode 18 ist in einer Überwachungsschalttafel untergebracht. Dies ist der einfachste Fall zur Erfassung von Gleichströmen ohne Regelung, wobei in der folgenden 10 Funktionsbeschreibung auf die Erfassung von Wechselströmen Bezug genommen wird. Mit 3b ist noch ein Hilfskontakt des Regelschützes 3 bezeichnet, der in Verbindung mit Widerstand 20 und Diode 21 einen Parallelpfad zum Empfängertransistor 10 herstellt und bei taktender Regelung den Transi- 15 stor 13 weiter mit Basisstrom versorgt und durchgesteuert hält.

Zur Funktion:

Wird über den Kontakt 3a die Heizgruppe 4 an Spannung, z. B. 1000 V 16% Hz, gelegt, dann fliesst über den Indikator- 20 widerstand 5 der Heizstrom und steuert über den Spannungsabfall den Optokoppler 8 im 16% Hz-Rhythmus. Dabei wird jeweils nur die eine Halbperiode wirksam und kann auch nur empfangen werden. Der Empfängertransistor 10 lässt somit einen pulsierenden Basisstrom durch, der den Transistor 13 in 25 gleicher Weise auf- und zusteuert. Die Batteriespannung UB wird damit nur pulsierend dem Folgekreis 14 und über die Z-Diode 16 dem elektronischen Speicher 17 zugeführt. Der elektronische Speicher 17 würde in den Impulspausen gesetzt werden und die LED-Anzeigediode 18 würde trotz einwand- 30 freien Betriebes leuchten. Der zu Transistor 13 parallelgeschaltete Kondensator 15 verhindert dies. In den Sperrpausen des Transistors 13 muss der Kondensator 15 erst wieder aufgeladen werden, bevor der elektronische Speicher 17 gesetzt und die LED-Anzeigediode 18 aufleuchten kann. Er ist so 35 bemessen, dass er die Zeit bis zur nächsten Halbwelle, wenn der Transistor 13 wieder leitend ist, überbrückt. Die LED-Anzeigediode 18 bleibt somit auch bei Heizwechselstrom dunkel und zeigt korrekt fliessenden Heizstrom an. Bisher hatte noch keine Temperaturregelung eingegriffen. Ohne 40 besondere Hilfsmittel würde bei einem Ansprechen des Regelschützes 3 zur Temperaturregelung nach 2-Punktrege-lung (Kontakt 3a nähme die gezeigte Stellung ein) fälschlicherweise ein Fehler signalisiert, da der Strom über die Heizgruppe 4 fehlen würde. Um dies zu verhindern, wird über 45 Hilfskontakt 3b mit einem Parallelpfad der Empfängertransistor 10 überbrückt. Der Strom verläuft damit von UB über 3b,

20, 21 weiter zur Basis des Transistors 13 und hält diesen solange durchgesteuert. Die LED-Anzeigediode 18 bleibt damit dunkel; der Heizstromkreis ist fehlerfrei. Wird vom 005006 lhütz 3 der Kontakt 3a geschlossen, dann fliesst wieder normaler Heizstrom und die LED-Anzeigediode 18 bleibt ebenfalls dunkel.

Tritt dagegen - Temperaturregelung wird zunächst ausgeklammert - z. B. ein echter Fehler mit Stromunterbrechung durch Ausfall eines Heizelementes auf, dann wäre zwar Kontakt 3a geschlossen, jedoch könnte die Sendediode auch in der normalen Durchlasshalbperiode keinen Strom signalisieren. Dementsprechend wäre auch Empfängertransistor 10 des Optokopplers 8 gesperrt. Da auch Hilfskontakt 3b geöffnet ist, wäre in allen folgenden Halbperioden Transistor 13 gesperrt. Der Kondensator 14 könnte sich aufladen und nach Schwellwertüberschreitung würde der elektronische Speicher 17 gesetzt werden und die LED-Anzeigediode 18 einen Fehler korrekt anzeigen.

Die vorgesehene Temperaturregelung mit dem Regelschütz 3 und seinen Kontakten 3a, 3b würde ohne den noch vorgesehenen elektronischen Speicher 17 Schwierigkeiten bringen. Mit dem Ausschalten des Regelschützes 3 würde nämlich Hilfskontakt 3b schliessen und trotz des geschilderten Fehlers ein Fliessen des Heizstromes weiter melden. Das Personal könnte dadurch zeitweilig getäuscht werden. Erst mit dem Schliessen von Arbeitskontakt 3a des Regelschützes, d. h. nach gewisser Zeit würde die LED-Anzeigediode 18 aufleuchten. Der elektronische Speicher 17 verhindert eine solche Täuschung. Er wird als bistabile Stufe bereits beim Auftreten des Fehlers nach Aufladung des Kondensators 15 und einer Schwellwertüberschreitung gesetzt und ist dann vom Eingang her nicht mehr beeinflussbar. Durch das Setzen des Speichers leuchtet die LED-Anzeigediode 18 auch bei kurzzeitigem Fehlersignal ( > 1 Halbwelle) und taktendem Regler ständig. Das Rücksetzen des elektronischen Speichers 17 erfolgt bei einem Wiedereinschalten der Batteriespannung UB nach einem Abschalten derselben, d. h. wenn die Heizung betriebsmässig ausgeschaltet war oder bei fehlender Spannung an der Zugsammeischiene 1 auch die Batteriespannung abgeschaltet war. Ist der Fehler dann noch vorhanden,

kommt die Fehleranzeige sofort wieder. Der elektronische Speicher kann auch durch ein Relais mit Selbsthaltekontakt ersetzt werden, das in geeigneter Weise angesteuert wird.

Die Anordnung nach der Erfindung ist einfach aufgebaut, billig und sicher. Entsprechende Geräte können sehr klein gebaut werden, so dass eine lückenlose Überwachung jedes einzelnen Heizkreises möglich wird.

G

1 Blatt Zeichnungen

Claims

644 210

1. Anordnung zur Überwachung hochgespannter Gleichoder Wechselströme durch potentialgetrennte Fehleranzeige, insbesondere von Heizströmen in Reisezugwagen, dadurch gekennzeichnet, dass über den Spannungsabfall an einem vom zu überwachenden Strom durchflossenen Indikatorwiderstand (5) ein Optokoppler (8) direkt gesteuert wird, dessen Empfängertransistor (10) an eine Auswerteschaltung (11) angeschlossen ist, die abhängig vom Fliessen des Stromes im Indikatorwiderstand (5) eine LED-Anzeigediode (18) dunkelsteuert.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überwachung von Wechselströmen der Auswerteschaltung (11) zusätzlich ein Zeitglied (15) zugeordnet ist, das ein Aufleuchten der LED-Anzeigediode (18) in den Halbperioden des Stromes verzögert, in denen der Optokoppler (8) stromrichtungsabhängig gesperrt ist.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Regelschütz zur zusätzlichen Strom- oder Temperaturregelung, dessen Arbeitskontakt in Reihe mit den zu schaltenden Heizgruppen liegt, dadurch gekennzeichnet, dass bei betriebsmäs-siger Unterbrechung des Stromes durch den Arbeitskontakt (3a) ein Hilfskontakt (3b) des Regelschützes (3) den dann sperrenden Empfängertransistor (10) des Optokopplers (8) überbrückt, wobei einem Steuertransistor (13) der Auswerte-schaltung ( 11 ) der Basisstrom über einen Parallelpfad (Uß, 3b, 20,21) zugeführt ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die einseitig an Masse liegende LED-Anzeigediode (18) über einen elektronischen Speicher (17) geschaltet wird, dessen Setzeingang mit einer Batteriespannung (UB), dem Kollektor des kurzschliessenden Steuertransistors (13) und einem Pol des im übrigen an Masse liegenden Verzögerungs-Kon-densators (15) verbunden ist.