DD141141A1

DD141141A1 - Anordnung zur isolations-und/oder kurzschlusspruefung

Info

Publication number: DD141141A1
Application number: DD21023578A
Authority: DD
Inventors: Gernot Sittnik; Heinz Wolf
Original assignee: Gernot Sittnik; Heinz Wolf
Priority date: 1978-12-28
Filing date: 1978-12-28
Publication date: 1980-04-16

Abstract

Anordnung zur Isolations- und/oder Kurzschlußprüfung, insbesondere von Streckenabschnitten elektrischer Gleichstrombahnen, vorzugsv/eise nach erfolgter überlast- oder Kurzschlußauslösung, wobei eine von den Haupttransformatoren oder separaten Prüftransformatoren gespeiste elektronische Streckenprüfeinrichtung vorgesehen ist und eine geregelte Begrenzung des PrüfStromes ermöglicht wird. - Fig.1 -

Description

Titel der Erfindung

Anordnung zur Isolations- und/oder Kurzschlußprüfung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Isolations- und/oder Kurzschlußprüfung, insbesondere von Streckenabschnitten elektrischer Gleichstroinbahnen, vorzugsweise nach erfolgter Kurzschluß- oder Überiastauslösung dea Streckenspeiseschalters.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Nach einer Überlast- oder Kurzschlußauslösung des Streckenspeiseschalters ist es vor einer Wiedereinschaltung erforderlich, den Isolationszustand, des Streckenabschnittes, in dem eine Auslösung des Schreckenspeiseschalters erfolgte, zu überprüfen, um eine Wiedereinschaltung bei noch bestehendem Kurzschluß zu vermeiden. Eine Wiedereinschaltung bei noch bestehendem Kurzschluß bedeutet eine Gefährdung von Personen sowie eine erhöhte und gefährliche Beanspruchung der elektrischen Betriebsmittel oder kann deren Zerstörung zur Folge haben. Bekannterweise erfolgt die Prüfung des Isolations-

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zuatandes so, daß die Sammelschienenspannung über Vorwiderstände auf den betreffenden Streckenabschnitt geschaltet wird und daß anschließend eine Messung des fließenden Prüfstromes oder des an der sogenannten Restlast entstehenden Spannungsabfalls vorgenommen wird. Bei nichtkurzschlußbehafteter Strecke ergibt sich der Prüfstrom als Quotient der Sammelschienenspannung und der Summe von Vorwiderstand und Restlastwiderstand· Dabei ist der Restlastwiderstand der resultierende Widerstand der eingeschalteten Hilfsbetriebe aller sich in dem Streckenabschnitt befindlichen Fahrzeuge. Die Erfassung des Prüfstromes oder des Spannungsabfalls am Restlastwiderstand kann auch als Maß für die Isolationsfestigkeit dienen. Je kleiner dabei dass Verhältnis von Vorwiderstand zu Restlastwiderstand ist, um so genauer läßt sich der Restwiderstand ermitteln. Eine direkte Zuschaltung der Prüfßpannung ohne strombegrenzenden Vorwiderstand wäre so von Vorteil, es ist jedoch auf Grund der damit verbundenen Gefahren nicht zweckmäßig in derartiger ?/eise zu verfahren. Es ist deshalb erforderlich mit Begrenzungswiderständen zu arbeiten, die in der Größenordnung von wenigen Ohm liegen. Damit ist wiederum verbunden, daß eine gegenüber dem Normalbetrieb verminderte Spannung auf den Streckenabschnitt geschaltet wird, welche nicht die Gewähr für eine einwandfreie Bestimmung der Restwiderstände bietet.

Die Nachteile der bekannten Anordnungen sind insbesondere darin zusehen, daß relativ große und leistungsstarke Prüfwiderstände und entsprechend groß bemessene Schaltgeräte für das Schalten der Prüfströme vorgesehen werden müssen, daß durch eine Strombegrenzung ein verfälschtes Meßergebnis in der Weise auftritt, daß die Hilfsbetriebe der auf dem Streckenabschnitt sich befindlichen Fahrzeuge nicht ihre vollenDrehzahlen

und damit verbunden ihre volle Gegen-EMK erreichen, was einen zu geringen Reatwiderstand vortäuscht, daß das Meß- oder Auswerteergebnis sehr stark von SpannungsSchwankungen der angelegten Prüfspannung abhängig ist, daß die Prüfzeit wegen der relativ hohen Ströme stark begrenzt ist und daß ein erhöhter Aufwand zur Auswertung der Meßergebnisse erförderlich ist ♦

Ziel der Erfindung

Die Erfindung bezweckt die Beseitigung der Nachteile des; Standes der Technik und eine Anordnung zur Isolationsund/oder KurζSchlußprüfung zu schaffen, welche genaue Angaben über die Beschaffenheit zu prüfender Streckenabschnitte ermöglicht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wird

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Anordnung zur Prüfung der Isolation und/oder der Kurzschlußbeschaffenheit von Streckenabschnitten elektrisch betriebener Gleichstrombahnen unter Vermeidung einer Begrenzung des. Prüfstromes durch Widerstände zu schaffen.

Merkmale der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe in der Weise gelöst, daß sekundärseitig an Haupttransformatoren, welche zur Speisung

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der Hauptventile vorgesehen sind bzw, an separate Prüf transformator en zum Anschalten einer, sowohl die leistungselektronischen und informationselektronischen Punktionseinheiten, wie auch eine Anordnung zur Befehlsausgabe zur Auswertung der möglichen Unterseheidungskriterien insbesondere nach einer Isolations- oder KurzSchlußprüfung aufweisenden Streckenprüfeinrichtung über eine Sammelschiene vorzugsweise Umschalteinrichtungen angeordnet sind, wobei die Streckenprüfeinrichtung ausgangsseitig über eine Prüfschiene und parallel zu Streckenschaltern angeordneten Trennschützen und Speisekabel mit dem jeweiligen zu prüfenden Streckenabschnitt der Fahrleitungsanlage verbunden ist. Gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung ist die Strekkenprüfeinrichtung .mit einem Leistungsteil ausgerüstet, welcher steuerbare Leistungshalbleiterbauelemente, vorzugsweise Thyristoren und Freilaufdioden enthält und welcher in Reihe mit einem Stromerfassungsglied und der Restimpedanz angeordnet ist und mit der Ausgangsgröße einer Ansteuereinrichtung, die von einem Stromregler, welcher von der Ausgangsgröße des Stromerfassungsgliedes und der Ausgangsgröße einer Stromsollwert quelle angesteuert wird, beaufschlagt ist, und daß zur Erfassung des an der Restimpedanz entstehenden Spannungsabfalls ein Schwellwertschalter, der über ein Spannungserfassungeglied und eine Filterschaltung angesteuert wird und zur Aktivierung eines Befehlsausgabebausteins zur Verarbeitung der möglichen Äuewertekriterien zum Zwecke einer Entscheidung über die Wiedereinschaltung des geprüften Streckenabschnitts dient, vorgesehen ist. Der Leistungsteil ist mit einer ein- oder mehrpulsigen Stromrichterschaltung ausgerüstet und weist, insbesondere unter Zwischenschaltung einer Kornmutierungsimpedanz, Freilaufdioden parallel zur Lastimpedanz auf, wobei die Kommutierungsimpedanz

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als Diodenstrecke und/oder Widerstand und/oder Induktivität einzeln oder in Kombination ausgebildet sein kann· Die ^¹IIt er schaltung ist als aktive Filterschaltung» insbesondere als integral beschalteter Operationsverstärker ausgebildet. Die Stromsollwertquelle, welche zur Ansteuerung des Stromreglers vorgesehen ist, ist mit einem veränderbaren Stromsollwert ausgerüstet. Als Unterscheidungskriterien für die Aktivierung des Befehlsausgabebausteins sind die Spannung, der Strom, die Leitdauer der Thyristoren und/oder Freilaufdioden, der Oberschwingungs- und/ oder Wechselanteil, die Änderung des Stromes und/oder der Spannung in der Zeiteinheit einzeln oder in Kombination vorgesehen, Die Streckenprüfeinrichtung ist über eine Verriegelungsschaltung insbesondere zur zeitlich versetzten Prüfung mehrerer Streckenabschnitte, wobei die Verbindung zwischen einem ausgewählten Streckenabschnitt und der Streckenprüfeinrichtung über eine durch alle Streckenabschnitte geführte Prüfschiene und Trennschütze erfolgt, vorgesehen. Die Leistungshalbleiterbauelemente, insbesondere Thyristoren und Freilaufdioden sind auf einer vorzugsweise gemeinsamen Kühlschiene, die aus einer Metallplatte besteht und wärmespeichernde Eigenschaften aufweist, angeordnet.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird an Hand der Figuren 1 bis 4 in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert,

Fig. 1 zeigt die Anordnung der Streckenprüfeinrichtung im Zusammenhang mit einem Bahnspeisenetz, bei dem der Pluspol an der Fahrschiene und der Minuspol an der Fahrleitung anliegen?

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"Pig· 2 zeigt ein Blockschaltbild der Streckenprüfeinrichtung;

Pig· 3.1

bis 3·4 zeigen Ersatzschaltbilder der Leistungsteile der Streckenprüfeinrichtung mit dazugehöriger lastimpedanz, Preilaufdiode, Kummutierungsimpedanz und Stromrichterventilen;

Pig, 4 zeigt die Möglichkeiten einer Anschaltung der Leistungsteile der Streckenprüfeinrichtung an die Haupttransformatoren oder an separate Prüftransformatoren.

Gemäß Pig, 1 erfolgt die Pahrstromversorgung der Triebfahrzeuge TR über die parallel arbeitenden Haupttransformatoren 1;,1 und 1,2, die Hauptgleichrichter 3,1 und 3,2, die Minussammeischiene N, die Streckenschalter 4,1 und 4,2, Speisekabel 6,1 und 6,2 und die Pahrleitungsanlage P, Die Stromrückleitung erfolgt vom Pahrschienennetz zur Plussammeischiene P des speisenden Gleichrichterunterwerkes, Nach Auslösung eines Streckenschalters 4,1 oder 4.2 erfolgt eine Prüfung des Isolationszustandes bzw, der Kurzschlußbeschaffenheit des betroffenen Streckenabschnittes, indem parallel zu dem geöffneten Streckenachalter 4,1 oder 4,2 eine Prüfspannung, die über die Umschalteinrichtung 2,1 oder 2,2 aus der Hauptspannung gewonnen wird und auf den betreffenden Streckenabschnitt geschaltet wird. Hierzu wird die Wechselspannung in der Streckenprüfeinrichtung SPE in eine steuerbare Gleichspannung umgeformt und über das entsprechende Trennschütz 5,1 oder 5*2 und das Speisekabel 6,1 oder 6,2 auf die Pahrleitungsanlage P geschaltet. Diese Prüfspannung ruft entweder an den resultierenden Rest-

widerständen der Triebfahrzeuge TR oder der Restimpe- ~ danz der kurzgeschlossenen Strecke einen RestSpannungsabfall hervor» Dieser Restapanmingsabfall bzw, der fließende Reststrom wird in der Streckenprüfeinrichtung SPE ausgewertet.

Pig, 2 zeigt ein Blockachaltbild der Streckenprüfeinrichtung SPE. Die Thyristoren des Leistungsteiles 20 werden in bekannter Weise durch die Ansteuereinrichtung 21 gezündet, wobei der Zündzeitpunkt durch das Eingangssignal der Ansteuereinrichtung 21 beeinflußt werden kann. Das Eingangssignal für die Ansteuereinrichtung 21 wird von einem Stromregler 22 geliefert. Durch eine Stromsollwertquelle 23 wird ein Stromsollwert vorgegeben und mit einem aus einem Stromerfaasungsglied 24, Z₄B. einem Gleichstromwandler gewonnenen Stromistwert verglichen, so daß die Möglichkeit gegeben ist, den Prüfstrom auf einen vorgegebenenen Maximalwert zu begrenzen. Die an der Restimpedanz 10 abfallende Spannung wird einem Schwellwertschalter über ein Spannungserfassungsglied 25 und eine Filterschaltung 26 zugeführt. Je nach dem Ergebnis eines Soll-Istwert-Vergleiches leitet ein Befehlsausgabebaustein 28 die Entscheidung über die Wiedereinschaltung des geprüften Streckenabschnittes ein. Die !"ig» 3·! zeigt eine einpulsige Schaltung der Stromrichterventile zur Versorgung des Leistungs- - teils 20 der Streckenprüf einrichtung SPE,. Hierbei erfolgt die Speisung direkt aus den Haupttransformator en 1,1 oder 1,2, Die Spannung U_Rp ist die an der Streckenprüfeinrichtung SPE anliegende Wechselspannung. Durch die Ansteuereinrichtung 21 wird der Thyristor 7,1 mit einem bestimmten Zündverzögerungswinkel gezündet. Es fließt dann ein Strom im Kreis Haupttransformator 1.1 oder 1,2, Wicklungen R-T, Ventilstrecke V, Restimpedanz 10, Kommutierungsimpedahz 8, Thyristor 7*1

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zum Wicklungsanfang der Wicklung R. Der Strom im Thyristor ändert sich entsprechend der Sinus-Halbwelle bis er zu Null wird. In diesem Zeitpunkt übernimmt eine Freilaufdiode 9 den durch die Restimpedanz 10 aufrechterhaltenen Strom, so daß der Thyristor 7*1 löscht.

Die Fig. 3·2 stellt ebenfalls eine einpulsige Schaltung dar, jedoch wird hier die Speisung durch einen separaten Prüftransformator 11,1 gewährleistet. Die Löschung des Thyristors 7*1 erfolgt in bekannter Weise im Nulldurchgang der speisenden Wechselspannung, Die Fig. 3.3 und 3,4 zeigen die analogen Verhältnisse in zweipulsigen Schaltungen, d.h. Speisung durch einen der Haupttransformatoren 1.1 oder 1.2 bzw. Speisung durch einen separaten Prüftransformator 11.1 Die Fig. 4 zeigt die Möglichkeiten einer Anschaltung der Leistungsteile der Streckenprüfeinrichtung an-die Haupttransformatoren oder an separate Prüftransformatoren. Der Leistungsteil 20 der'streckenprüfeinrichtung SPE enthält einen Thyristor 7·1» eine Kommutierungsimpedanz 8, die aus einem Widerstand und/oder einer Induktivität und/oder einer Diode bestehen kann und eine Freilaufdiode 9. Die Impulse für die Ansteuerung der Thyristoren 7·1 werden der Ansteuereinrichtung 21 entnommen. Die Streckenprüfeinrichtung SPE kann ein-, zwei- oder dreiphasig ausgeführt sein. Je nach dem Erfordernis kann die Stromversorgung des Leistungsteils 20 der Streckenprüfeinrichtung SPE direkt aus dem Haupttransformator 1,1 oder 1,2 oder aus separaten Prüftransformatoren 11,1 bis 11.3 in ein- oder mehrpulsiger Schaltung erfolgen. Die Vorteile, die sich mit der erfindungsgemäßeη Lösung ergeben sind insbesondere darin zu sehen, daß die Isolations- oder Kurzschlußprüfung eines ausgewählten Streckenabschnitts mit einer elektronischen

Strombegrenzung durch eine unterlagerte Stromregelung durchgeführt werden kann. Daraus ergibt sich, daß die Prüfung mit einer genaueren Erfassung der Restimpedanz auf Grund des höheren Prüfstromes unter Berücksichtigung der Gegen-EMK genauer und unter Verwendung mehrerer, bisher nicht zugänglicher Auswertekriterien möglich ist. Toleranzen der Netzspannung bleiben ohne Wirkung, Außerdem werden hochbelastbare und relativ teuere Prüfwiderstände eingespart.

Claims

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Erfindungsanspruch

Anordnung zur Isolations- und/oder Kurzschlußprüfung, insbesondere von Streckenabschnitten elektrischer Gleichstrombahnen, vorzugsweise nach erfolgter Kurzschluß- oder Überlastauslösung des Streckenspeiseschalters unter Ausnutzung eines an einer Restimpedanz entstehenden Spannungsabfalls oder auftretenden Stromes, gekennzeichnet dadurch, daß sekuildärseitig an Haupt transformator en (1.1 j 1,2), welche zur Speisung der Hauptventile (3·1; 3·2) vorgesehen sind bzw. an separate Prüftransformatoren zum Anschalten einer, sowohl die leistungselektronischen und informationselektronischen Funktionseinheiten wie auch eine Anordnung zur Befehlsausgabe zur Auswertung der möglichen Unterscheidungskriterien insbesondere nach einer Isolations- oder Kurzschlußprüfung aufweisenden Streckenprüfeinrichtung (SPE) gegebenenfalls Umschalteinrichtungen (2.1 j 2.2) über eine Sammelschiene angeordnet sind, wobei die Streckenprüfeinrichtung (SPB) auagangsseitig über eine Prüfschiene (PS) und parallel zu Streckenschaltern (4·1} 4·2) angeordneten Trennschützen (5.1; 5·2) und Speisekabel (6»1j 6.2) mit dem jeweiligen zu prüfenden Streckenabschnitt der Fahrleitungsanlage verbunden ist«
2· Anordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Streckenprüfeinrichtung (SPE) mit einem Leistungsteil (20) ausgerüstet ist, welcher steuerbare Leietungshalbleiterbauelemente, vorzugsweise Thyristoren (7.1 bis 7.3) und Freilaufdioden (9) enthält und welcher in Reihe mit einem Stromerfassungsglied (24) und der Restimpedanz (10) angeordnet ist und mit der Ausgangsgröße einer Ansteuereinrichtung (21), die von einem Stromregler (22), welcher von der Ausgangsgröße de3 Stromerfassungsgliedes (24) und der Ausgangsgröße einer Stromsollwertquelle (23) angesteuert wird, beaufschlagt ist, und daß zur Erfassung des an der Restimpedanz (10) entstehenden Spannungsabfalls ein Schwellwertschalter (27)» der über ein Spannungserfassungs~ glied (25) und eine Filterschaltung (26) angesteuert wird und zur Aktivierung eines Befehlsausgabebausteins (28) zur Verarbeitung der möglichen Auswertekriterien zum Zwecke einer Entscheidung über die Wiedereinschaltung des geprüften Streckenabschnitts dient, vorgesehen ist·
3. Anordnung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Leistungsteil (20) mit einer einpoligen Stromrichterschaltung"gemäß Fig„ 3*1 j 3»2 ausgerüstet ist und Freilaufdioden (9), insbesondere unter Zwischenschaltung einer Koramutierungsimpedanz (8) parallel zur Lastimpedanz (10) aufweist«
4· Anordnung nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet da~ durch, daß der Leistungsteil (20) mit einer mehrpoligen Stromrichterschaltung gemiäß Fig₀ 3*3; 3*4 ausgerüstet ist und Freilaufdioden (9)» insbesondere unter Zwischenschaltung einer Kommutierungs-

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impedanz (8) parallel zur Lastimpedanz (10) aufweist·
5· Anordnung nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Kommutierungsimpedanz (8) als Diodenstrecke und/oder Widerstand und/oder Induktivität einzeln oder in Kombination ausgebildet ist.
6· Anordnung nach Punkt 1 bis 5» gekennzeichnet dadurch, daß die Filterschaltung (26) als aktive FiIterschaltung, insbesondere als integral beachalteter Operationsverstärker ausgebildet ist·
7· Anordnung nach Punkt 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Stromsollwertquelle (23), welche zur Ansteuerung des Stromreglers (22) vorgesehen ist, mit einem veränderbaren Stromsollwert ausgerüstet ist.
8· Anordnung nach Punkt 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß als Unterscheidungskriterien für die Aktivierung des Befehlsausgabebausteins (28) die Spannung, der Strom, die Leitdauer der Thyristoren und/oder Freilaufdioden, der Ober— schwingungs- und/oder Wechselapannungsanteil, die Änderung des Stromes und/oder der Spannung in der Zeiteinheit einzeln oder in Kombination vorgesehen sind·
9· Anordnung nach Punkt 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß die Streckenprüfeinrichtung (SPE) über eine Verriegelungsschaltung, insbesondere zur zeitlich versetzten Prüfung mehrerer Streckenabschnitte, wobei die Verbindung zwischen einem ausgewählten Streckenabschnitt und der Strecken-

prüfeinrichtung (SPE) über eine durch alle Streckenabschnitte geführte Prüfschiene (PS) und Trennschütze (S,1; 5·2) erfolgt, vorgesehen ist·
10. Anordnung nach Punkt 1 bis 9 gekennzeichnet dadurch, daß die Leistungshalbleiterbauelemente, insbesondere Thyristoren und Preilaufdioden, auf einer vorzugsweise gemeinsamen Kühlschiene angeordnet sind.
11· Anordnung nach Punkt 1 bis 10, gekennzeichnet dadurch, daß die Kühlschiene als Metallplatte mit wärmespeichernden Eigenschaften ausgebildet ist.

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