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Vieradrige Schaltungsanordnung für drehstrombetriebene Weichenantriebe
Die Erfindung betrifft eine vieradrige Schaltungsanordnung für drehstrombetriebene
Weichenantriebe zum Steuern und überwachen der Antriebsstellungen sowie zum überwachen
der Leitungsadern und der Motorwicklungen auf Unterbrechungen und Leitungsberührungen.
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Es sind Weichenschaltungen bekanntgeworden, bei denen zum Umstellen
und zum überwachen dasselbe Drehstromnetz verwendet wird, wobei man für die Überwachung
beider Endlagen jeweils zwei verschiedene Phasen benutzt. Diese Anordnung hat jedoch
den Nachteil, daß sie fünf Adern benötigt und trotzdem nicht ständig alle Schaltungsteile
auf Betriebsbereitschaft kontrolliert werden. Bei einer weiteren bekannten Schaltungsanordnung
werden die Endlagen bei mit Drehstrom betriebenen Weichenantrieben mittels eines
Motorrelais überwacht. Bei dieser Schaltungsanordnung werden nur die zum Antrieb
führenden Leitungen, aber nicht gleichzeitig die Motorwicklungen überwacht. In anderen
fünfadrigen Drehstromschaltungen wird zum Überwachen ein Zweiphasenmotorrelais verwendet.
Dies hat aber den Nachteil, daß in der Überwachungsstellung die Wicklungen des Antriebsmotors
überhaupt nicht auf Unterbrechung und damit nicht auf Betriebsbereitschaft geprüft
werden.
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Weiterhin sind vieradrige Drehstromweichenschaltungen bekanntgeworden,
bei denen es jedoch schwierig ist, ständig alle vier Adern und alle drei Motorwicklungen
zu überwachen. Es ist bekannt, hierfür Gleichstrom als Überwachungsstrom zu verwenden,
wobei die Überwachungsschaltung aus einer Kombination von Reihen- und Parallelschaltung
besteht, die relativ viel Überwachungsorgane erfordern und deshalb kostspielig ist.
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Auch dreiadrige Schaltungen sind bereits zum Steuern von Weichenantrieben
bekanntgeworden, die durch die Einsparung einer Ader gegenüber einer vieradrigen
Schaltungsanordnung ohne Zweifel von Vorteil wären, wenn sie nicht funktionstechnische
Nachteile hätten. So wird bei einer bekannten Anordnung das Abschalten des Stellstromes
nach dem Weichenumlauf durch einen Stromanstieg vorgenommen. Der Stromanstieg soll
ein auf diese Stromveränderung abgestimmtes Relais zum Ansprechen bringen. Die Größe
des Stromes ist jedoch sehr variabel und das anzustrebende fehlerlose Arbeiten der
Schaltung damit zweifelhaft, wenn man bedenkt, daß bereits bei Schwergang des Motors
ein starker Stromanstieg auftritt, der jedoch in diesem Falle nicht zum Ansprechen
des Relais führen darf. Bei einer anderen dreiadrigen Schaltung muß der Drehstrommotor
unsymmetrisch anlaufen, was auch bei einigen bekannten vieradrigen Anordnungen der
Fall ist. Das dem Drehstrommotor übliche geringe Anlaufmoment ist hierbei noch kleiner
als bei dreiphasigem symmetrischem Anlauf. Auch ist das Anlaufen eines Motors nur
dann gewährleistet, wenn die Antriebskontakte sicher und relativ schnell schalten.
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Außerdem wird bei jeder bekannten Schaltung der Überwachungsstrom,
der die Adern und Motorwicklungen auf Durchgang bzw. Kurzschluß überwacht und der
die Lage des Antriebes meldet, auch noch zum überwachen der Schaltung auf Erdschluß
herangezogen. Es ist außerdem eine Schaltungsanordnung für Stellwerke bekannt, bei
der Prüfeinrichtungen die Berührung zwischen Leitungen verschiedener Stromquellen
bzw. Erdschlüsse in den verschiedenen Stromkreisen anzeigen. Eine genau definierte
Meldung, daß ein Isolationsfehler gegen Erde vorliegt, die Schaltung aber sicherungstechnisch
weiterhin betriebsbereit bleibt, ließ sich bislang jedoch nicht erreichen, zumal
besondere Schwierigkeiten dann auftreten, wenn der Antrieb bei mit Gleichstrom betriebenen
Bahnen benutzt wird; durch einen Isolationsfehler kann hierbei Gleichstrom in die
Schaltung gelangen und eine Fehlmeldung verursachen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine betriebssichere Schaltungsanordnung
für drehstrombetriebene Weichenantriebe der eingangs genannten Art zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die gemeinsame Anwendung folgender für
sich bekannter Merkmale gelöst:
Zum Überwachen der Leitungsadern
und der Motorwicklungen sowie der Endlagen des Antriebes wird Drehstrom verminderter
Spannung verwendet; die Motorwicklungen sind in geschlossenem Stern geschaltet;
der Überwachungsstrom ist über eines oder mehrere phasenabhängige Schaltelemente,
alle Leitungsadern und die Motorwicklungen geführt; in einem Gleichstromkreis, der
dem Drehstromkreis überlagert ist, ist ein Erdschlußprüfgerät angeordnet.
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Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung kann wie folgt weitergebildet
werden: Die Stelladern einschließlich Motorwicklungen werden auf Durchgang dadurch
überwacht, daß Überwachungsdrehstrom aus zwei Phasen über Stromwicklungen eines
phasenabhängigen Leitungsüberwachungsrelais und ein oder mehrere Schalter zu zwei
Motorwicklungen fließt, während die dritte Phase über einen Schalter und eine Relaissteuerwicklung
des Endlagenüberwachungsrelais an der dritten Wicklung des Motors liegt und mittels
der von den jeweiligen Antriebskontakten auf die Überwachungsleitung geschalteten
phasenrichtigen Spannung die zweite Wicklung des phasenabhängigen Endlagenüberwachungsrelais
erregt. Hierfür genügt ein Zweilagenrelais. Die Stellung des Reversierschalters
bestimmt das durch den Überwachungsdrehstrom im Motor erzeugte Drehmoment.
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Da die Stellung des Reversierschalters nach beendetem Lauf nicht verändert
wird, bleibt auch das vom Überwachungsdrehstrom im Motor erzeugte Drehmoment das
gleiche wie beim zuletzt stattgefundenen Lauf. Der Überwachungsdrehstrom sichert
dadurch vorteilhaft die erreichte Weichenendlage, indem er so bemessen ist, daß
der Antriebsmotor ein geringes Restdrehmoment bekommt, welches den Antrieb sicher
in seiner Endstellung festhält. Die Bedingungen für den Lauf des Drehstrommotors
bleiben also auch für den Zustand der Überwachung erhalten. Damit werden alle bisher
erwähnten Schaltungsteile ständig kontrolliert, was insofern von Vorteil ist, daß
ein Fehler sofort bemerkt wird und er unter Umständen bereits bis zum nächsten Umstellen
der Weiche beseitigt werden kann.
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Der für die Überwachung benutzte Drehstrom verminderter Spannung wird
dem üblichen Weichentransformator, welcher zum Abgreifen der verminderten Spannung
Wicklungsanzapfungen bekommt, oder einem besonderen Überwachungstransformator bzw.
einem Spannungsteilerwiderstand oder einem Vorwiderstand entnommen.
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Außerdem besitzt der Weichentransformator Abgriffe zum Anschluß mehrerer
Weichenantriebe. Ein besonderer Vorteil wird durch den überlagerten Gleichstromkreis
erreicht, in dem die Erdschlußüberwachung nicht nur in den Endlagen des Antriebes,
sondern jederzeit, wie z. B. bei Erreichen einer Mittellage, dem Auffahrzustand
und auch während des Laufes stattfindet, so daß auch jederzeit ein Erdschluß gemeldet
wird. Die Weiche kann also sogar trotz Erdschluß betriebsbereit gehalten werden,
auch dann, wenn über den Erdschluß ein Fremdstrom in die Schaltung geleitet wird.
Außerdem ist durch die genannten Abgriffe des Weichentransformators auch die Möglichkeit
der Erdschlußüberwachung für alle angeschlossenen Weichen gegeben. Zweckmäßig ist
es, parallel zu dem Erdschlußprüfgerät, der Stromquelle und dem Erder eine weitere
Prüfanordnung, bestehend aus einem Erdschlußersatzwiderstand mit zugehöriger Prüftaste
und Prüferde anzuordnen, damit zum Prüfen der Einrichtung in zeitlichen Intervallen
ein Erdschluß nachgebildet werden kann.
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Mit dem Patentanspruch 1 gilt nur die in ihm enthaltene Kombination
der Einzelmerkmale als geschützt. Die Patentansprüche 2 bis 6 sind nur in Verbindung
mit dem Patentanspruch 1 von patentrechtlicher Bedeutung.
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Die Erfindung sei im folgenden an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Die Sekundärseite des Weichentransformators W-Tr in der Schaltung
nach Fig. 1 liefert an den Anschlüssen RS, SS und TS Stellstrom und an den Anschlüssen
R(" St, und Te, Überwachungsstrom. Die Anschlußpunkte 1, 2, 3 und 11, 12 13 an den
einzelnen Phasenausgängen deuten an, daß von dem Weichentransformator mehrere Weichen
gespeist und überwacht werden können. In Fig. 1 ist die Plus-Endlage der Weiche
dargestellt. Die drei Stehadern RL, SL und TL einschließlich der Motorwicklungen
U-X, V-Y und W-Z werden vom überwachungsdrehstrom durchflossen. Dieser besitzt die
gleiche Phasenfolge, die auch der Stelldrehstrom beim Lauf des Antriebes bis in
die Plus-Endlage hatte.
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Das Endlagenüberwachungsrelais ER ist in Fig. 1 als zweiphasiges Drehfeldrelais
mit zwei Endlagen dargestellt. Es befindet sich in angezogener Rechtslage. Das Relais
zieht an, wenn sowohl der überwachungsstrom in der Ader SL die Stromwicklung WSt
des Relais erregt als auch das Potential zwischen der Motorklemme U und dem Transformatorsternpunkt
M" der Spannungswicklung Wsp des Relais über den geschlossenen Kontakt +AK
1 und die Ader O L zugeführt wird. Die Phasenverschiebung der Ströme
in den Wicklungen des EndlagenüberwachungsrelaisER ist in Fig. 2 dargestellt. Die
Strom-und Spannungsvektoren sind mit den zugehörigen Wicklungs- und Klemmenbezeichnungen
bezeichnet, sie drehen sich entgegen dem Uhrzeigerdrehsinn, wie durch Pfeil angegeben.
Der Vektor WSt, der den Strom in der Stromwicklung des Endlagenüberwachungsrelais
ER darstellt, eilt dem Vektor 0-V um etwa 45° nach, da der Strom des Antriebsmotors
um diesen Betrag der Spannung nacheilt. Der Vektor WSp, der den Strom in der Spannungswicklung
des Relais ER entspricht, eilt mit Hilfe einer zwischengeschalteten, in Fig. 1 nicht
dargestellten Induktivität dem Vektor 0-U etwa um 60° nach. Der Vektor WSp eilt
dem Vektor WSt also um 105° vor. Infolge dieser Phasenverschiebung zwischen Strom-
und Spannungswicklung zieht das phasenabhängige Relais ER sicher an.
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Das Leitungsüberwachungsrelais LR ist in Fig. 1 als zweiphasiges und
dreilagiges Drehfeldrelais dargestellt. Es überwacht die beiden Adern RL und TI
einschließlich der beiden Motorwicklungen U-X und W-Z auf Leitungsdurchgang.
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Die eventuelle Unterbrechung oder ein Kurzschluß der Motorwicklungen
verschiebt die Lage der Vektoren zueinander. Daher wird zumindest von einem der
beiden Überwachungsrelais ER oder LR eine Störung angezeigt. Bei einem Kurzschluß
zwischen den Adern RL und ÜL wird eine Auffahrmeldung dadurch gegeben, daß über
den sich schließenden Antriebskontakt +AK2 und über den in der geschlossenen Stellung
verbliebenen Antriebskontakt -AK2 ein Strom zum Sternpunkt des Motors fließt, der
das Auslösen der Sicherung SiR veranlaßt.
Die Mittel zum Betätigen
der beiden Schalter SpS und RS sind für die Überwachung unwichtig und daher nicht
beschrieben. Der Umstellvorgang des Antriebes wird durch Umlegen des Spannungswechselschalters
SpS und des Reversierschalters RS z. B. von der dargestellten Rechtsauflage R in
die Linkslauflage L eingeleitet. Der Antriebsmotor erhält dann Stellstrom, wobei
die Phase RS an die Motorklemme W, Phase SS an Klemme V und Phase
Ts an Klemme U geführt ist. Das LeitungsÜberwachungsrelais LR zieht mit Linksdrehsinn
an, weil durch den Reversierschalter RS die Anschlüsse der beiden Relaiswicklungen
vertauscht werden. Das Endlagenüberwachungsrelais ER fällt ab, weil an der Wicklung
WSp nun eine um 240° gegenüber der ursprünb lichen Vektorlage verschobene Spannung
ansteht, so daß der Vektor der Wicklung WSp dem Vektor der Wicklung WSt um 135°
nacheilt, wie das in Fig. 3 dargestellt ist. Beim Anlaufen des Motors öffnet zunächst
der Antriebskontakt +AKL Danach schließt der Antriebskontakt +AK2. Die Spannungswicklung
WSp des Endlagenüberwachungsrelais ER wird deshalb spannungslos. Der Antriebsmotor
läuft nun in die Minus-Endlage. Ist diese erreicht, so öffnet der Antriebskontakt
--AK2. Der Antriebskontakt -AK1 schließt, so daß die Wicklung WSp des Endlagenüberwachungsrelais
ER wieder Spannung erhält. Der Vektor der Wicklung WSp liegt, wie ursprünglich und
in Fig. 2 dargestellt, um 105° voreilend vor dem Vektor der Wicklung WSt. Zum Schutz
der Spannungswicklung WSp gegen Überlastung bei eingeschaltetem Stellstrom ist noch
ein Widerstand Wi in der Schaltung vorgesehen. Das Endlagenüberwachungsrelais ER
zieht an und leitet den Vorgang zum Umschalten des Spannungswechselschalters SpS
von der Stellstromlage S in die überwachungsstromlage Ü ein; die hierzu gehörenden
Schaltmittel sind nicht dargestellt.
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Während des Umschaltvorganges des Spannungswechselschalters SpS sind
beide Relais ER und LR stromlos, was ohne besondere Wirkung ist. Hat der Spannungswechselschalter
SpS die Überwachungslage eingenommen, so ziehen das Endlagenüberwachungsrelais ER
und das Leitungsüberwachungsrelais LR - letzteres in Linkslage - wieder an.
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Durch das angezogene Endlagenüberwachungsrelais ER und das Leitungsüberwachungsrelais
LR in Linkslage ist die Minuslage des Antriebs überwacht. Beim Zurückstellen des
Antriebs von der Minus- in die Pluslage laufen die Vorgänge analog ab.
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Es besteht weiterhin die Möglichkeit, das Leitungsüberwachungsrelais
LR zwischen dem Reversierschalter RS und den Spannungswechselschalter SpS anzuordnen.
In diesem Falle braucht das Relais LR nur zweilagig zu sein. Die Meldung der Plus-
bzw. Minus-Endlage übernimmt dann das Endlagenüberwachungsrelais ER in Verbindung
mit der Stellung des Reversierschalters RS.
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Das Spannungspotential, welches dem in Fig.l dargestellten Drehstromteil
der Schaltung zum Zwecke der Erdschlußüberwachung zugeführt ist, wird der Gleichspannungsquelle
B, z. B. einer Batterie von 60 V, entnommen. Die Erdschlußprüfeinrichtung EP ist
dabei für einen Ansprechstrom von z. B. 2 mA ausgelegt. Wird bei einem Erdschluß
im Antriebsgehäuse AG der dabei auftretende Ableitwiderstandswert kleiner
als 30 kQ, so ist der Ansprechstrom von 2 mA erreicht. Jetzt fließt ein Strom von
der GleichspannungsquelleB über die Erdschlußprüfeinrichtung EP, den Sternpunkt
MP des Weichentransformators W-Tr; die Transformatorwicklungen, die Phasenanschlüsse
R", S" und T", den Spannungswechselschalter SpS, die Sicherungen SiR, Sis und SiT,
den Reversierschalter RS, die Wicklung WSt des Endlagenüberwachungsrelais ER sowie
die beiden Wicklungen des Leitungsüberwachungsrelais LR, weiter über die Adern RL,
SL und TL, die Motorwicklungen U-X, V-Y und W-Z, den Erdschluß Es und das
Antriebsgehäuse AG zum Erder E.. Von dem Erder E1 fließt der Strom zurück zur Gleichspannungsquelle
B. Die Erdschlußprüfeinrichtung EP steuert eine nicht dargestellte Meldeeinrichtung.
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Der innere Widerstand der Erdschlußprüfeinrichtung EP einschließlich
der Gleichspannungsquelle B
und der übrigen in Fig. 1 dargestellten Schaltungsteile
sowie der Erdübergangswiderstand beider Erder El und E#, wird um etwa eine Zehnerpotenz
niedriger als der Ableitungswiderstand gehalten und kann deshalb vernachlässigt
werden.
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Der Erder E2 oder beide Erder Ei und E_ können auch durch eine Direktverbindung
zur Spannungsquelle ersetzt werden. Als Direktverbindung dient z. B. eine besondere
Rückleitungsader oder die Rückleitung eines anderen Stromkreises, z. B. der Weichenbeleuchtung,
oder das Gleis usw.
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Mit der Prüftaste PT, dem Prüfwiderstand EWi und dem Prüferder EZ
wird die Erdschlußprüfeinrichtung EP einschließlich Erder Ei kontrolliert.