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Überwachungseinrichtung für mit Wechselstrom gespeiste Lichtsignalstromkreise,
insbesondere in Eisenbahnsignalanlagen Die Erfindung bezieht sich auf eine überwachungseinrichtung
für mit Wechselstrom gespeiste Lichtsignalstromkreise, insbesondere in Eisenbahnsignalanlagen,
in denen beim Unterbrechen der über örtliche Transformatoren gespeisten Lampenstromkreise
ein Reststrom bestehenbleibt.
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Bisher werden zum überwachen der von einer Zentrale, z. B. einem Stellwerk,
gespeisten und gesteuerten Lichtsignalstromkreise meistens über Gleichrichter gespeiste
Relais verwendet, die unmittelbar oder über Stromwandler in die Lichtsignalstromkreise
geschaltet sind. Diese überwachungsrelais sind reine Stromindikatoren. Sie müssen
so bemessen sein, daß sie auch dann abfallen, wenn beim Unterbrechen des zugehörigen
Lampenstromkreises, z. B. infolge Durchbrennens einer Signallampe, ein Reststrom
bestehenbleibt. Dieser Reststrom ist einerseits dadurch bedingt, daß der örtliche
Transformator, der sogenannte Signallampentransformator, auch bei durchgebrannter
Lampe eine Leerlaufleistung übernimmt, die etwa 101/o der zum Leuchten der Lampe
erforderlichen Leistung beträgt; ferner fließt infolge der Kapazität der Speiseleitungen
gegeneinander und gegen Erde außer dem Leerlaufstrom des Transformators noch ein
Blindstrom, dessen Größe mit wachsender Entfernung zwischen Signal und Stellwerk
zunimmt. Das überwachungsrelais eines Signallampenstromkreises wird also bei durchgebrannter
Lampe von einem Reststrom durchflossen, dessen absoluter Betrag gleich der geometrischen
Summe des Leerlaufstromes des Signallampentransformators und des kapazitiven Blindstromes
ist. Dieser Reststrom kann bei großen Entfernungen zwischen Stellwerk und Signal
trotz teilweiser Kompensation der Teilströme bis zu 30% des bei leuchtender Lampe
fließenden Betriebsstromes betragen. Schon hierdurch ergibt es sich, daß zum überwachen
von Lichtsignalstromkreisen nur Relais geeignet sind, die bestimmten Vorschriften
in bezug auf Ansprech- und Abfallstrom genügen. Der Abfallfaktor dieser Relais,
d. h. das Verhältnis von Abfallstrom zu Ansprechstrom, darf nur wenig kleiner als
der Faktor 1 sein.
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Die normalen Relais, die bei mit Wechselstrom gespeisten Lampenstromkreisen
meistens über Gleichrichter und Transformatoren gespeist werden, sind hierfür wenig
geeignet, weil durch Toleranzen aller drei Schaltmittel der Abfallfaktor ganz verschiedene
Werte annehmen kann. Es ist bekannt, die genannten Schwierigkeiten dadurch zu vermeiden,
daß zum Überwachen der Lampenstromkreise ein im Primärstromkreis der Lampentransformatoren
angeordnetes Relais mit hohem Abfallfaktor verwendet wird, das auf Wechselstrom
ohne Vorschaltung von Gleichrichtern anspricht und nur einen Arbeits-, Ruhe- oder
Umschaltkontakt hat. Durch diesen Kontakt wird ein Hilfsrelais gesteuert, in dessen
Stromkreis nur dieser Kontakt angeordnet ist, so daß die Abfallprüfung des Wechselstromrelais
durch eine Abfallprüfung des Hilfsrelais ersetzt wird.
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Eine weitere Schwierigkeit bei der Dimensionierung von überwachungsrelais
ergibt sich dadurch, daß dieser Reststrom von der Betriebsspannung abhängig ist,
die im Stellwerk zwecks Anpassung der Signalerkennbarkeit an die Umgebungshelligkeit
geändert wird. Meistens wird von einer oberen Grenzspannung, der sogenannten Tagspannung,
auf eine untere Grenzspannung, die sogenannte Nachtspannung, umgeschaltet. Hierdurch
kann sich der absolute Betrag des bei Tagspannung fließenden Reststromes dem absoluten
Betrag des bei Nachtspannung und leuchtender Signallampe fließenden Betriebsstromes
so weit nähern, daß eine einwandfreie Unterscheidung dieser Ströme durch ein .als
Stromindikator verwendetes Relais sehr schwierig bzw. bei großer Entfernung zwischen
Signal und Stellwerk nicht mehr möglich ist. Dieser Nachteil kann zwar dadurch beseitigt
werden, daß bei großem Abstand der Signale vom Stellwerk besonders kapazitätsarme
Kabel verwendet werden. Der Aufwand für die Kabel wird hierdurch aber wesentlich
erhöht. Ferner ist es möglich, an die Signallampentransformatoren in Reihe mit den
Signallampen ohmsche Wid'erständ'e als zusätzliche Bürden
anzuschließen,
um den Unterschied zwischen dem Betriebsstrom bei leuchtender Signallampe und dem
Reststrom bei durchgebrannter Signallampe zu vergrößern. Hierdurch steigt aber die
für jeden Signallampenstromkreis erforderliche Speiseleistung, so daß für die Anschaffung
und den Betrieb der Stromlieferungsanlage ein größerer Aufwand erforderlich ist.
Ähnliche Nachteile ergeben sich, wenn die kapazitiven Blindströme durch in die Speiseleitungen
geschaltete Drosseln kompensiert werden.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß zur Vermeidung des
störenden Einflusses des Reststromes auf die Überwachungseinrichtung die absolute
oder relative Größe dieses Reststromes nicht vermindert zu werden braucht, sondern
eine einwandfreie Überwachung durch Vergleich der Größe und der Phasenlage des jeweiligen
Speisestromes mit der Speisespannung möglich ist.
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Gemäß der Erfindung werden deshalb als Überwachungseinrichtungen Schaltmittel
verwendet, die das vektorielle Produkt von Betriebsstrom und Betriebsspannung des
Lichtsignalstromkreises bilden und nur beim Überschreiten eines vorgegebenen Wertes
für die aufgenommene Wirkleistung ansprechen. Dieses Schaltmittel kann in einfachster
Weise aus einem Relais bestehen, das nach dem Prinzip eines elektrodynamischen Wirkleistungsmessers
arbeitet und zwei Wicklungen hat, von denen die eine vom Betriebsstrom und die andere
von der Betriebsspannung gespeist wird. Ferner ist es möglich, als Überwachungseinrichtung
ein Zweiphasen-Motorrelais zu verwenden, bei dem die eine Phasenwicklung vom Betriebsstrom
und die andere von der Betriebsspannung gespeist wird. Soll zum Anzeigen des ordnungsgemäßen
Betriebsstromes ein Gleichstromrelais verwendet werden, so kann dieses beispielsweise
durch die Hall-Spannung eines Hall-Generators gesteuert werden, dessen eine Steuergröße
vom Betriebsstrom und dessen andere Steuergröße von der Betriebsspannung des Lichtsignalstromkreises
abhängig ist. Das Gleichstromrelais kann auch über eine Brücken- oder Differentialschaltung
gesteuert werden, die nach dem Prinzip des sogenannten Ringmodulators aufgebaut
ist. Eine derartige Schaltung, die in mindestens - zwei Stromzweigen einen Gleichrichter
enthält, kann zu diesem Zweck über je einen Transformator vom Betriebsstrom bzw.
der Betriebsspannung gespeist werden. Außerdem sind zum Steuern eines Gleichstromrelais
auch Schaltungen mit Röhren, Transistoren oder ähnlichen elektronisch gesteuerten
Elementen mit mehr als zwei Elektroden geeignet. Liegt beispielsweise zwischen Anode
und Kathode einer Eingitterröhre die Betriebsspannung und zwischen dem Steuergitter
und der Kathode eine vom Betriebsstrom abhängige Spannung, so erhält das in den
Anodenkreis geschaltete Relais nur bei ausreichender Größe und geringer Phasenverschiebung
beider Spannungen einen pulsierenden Gleichstrom, der zum Ansprechen des Relais
ausreicht.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und nachstehend erläutert.
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Die Zeichnung zeigt den Speisestromkreis für eine Signallampe L, die
an die Sekundärwicklung eines Signallampentransformators T angeschlossen ist. Die
Primärwicklung des Transformators wird über Kabeladern K 1 und K 2 aus einer Wechselstromquelle
RIO von einem Stellwerk aus gespeist. Zum Überwachen des Lichtsignalstromkreises
ist im Stellwerk ein nach dem Prinzip eines elektrodynamischen Wirkleistungsmessers
arbeitendes Relais mit einem Drehankersystem vorgesehen. Die Stromspule
SA liegt in Reihe mit dem Speisestromkreis und die Spannungsspule SV parallel
zum Speisestromkreis, also an der Speisespannung. Durch den Speisestrom J und die
Speisespannung U wird auf das Drehankersystem ein Drehmoment Md = P - J -
U - cos 9a ausgeübt, worin q-. den Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung und
P einen Proportionalitätsfaktor bedeutet. Das Drehmoment ist also proportional dem
vektoriellen Produkt aus Speisestrom und Speisespannung.
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Leuchtet die Lampe L nicht, tritt also durch die Leerlaufverluste
des Transformators T und den ohmschen Widerstand der Kabeladern nur ein geringer
Wirkstrom auf, so ist die Phasenverschiebung T, zwischen der Spannung U und dem
Strom J, der sich als geometrische Summe des Leerlaufstromes des Transformators
T und des durch die Kapazität der Kabeladern bedingten Blindstromes ergibt, nur
wenig von 90° verschieden. Das auf den Drehanker der Überwachungseinrichtung ausgeübte
Drehmoment ist daher selbst bei Tagspannung nur gering und kann durch eine Feder
kompensiert werden. Leuchtet dagegen die Lampe L, so wächst selbst bei Nachtspannung
der Wirkstromanteil des Speisestromes J wesentlich, und der Phasenwinkel 99 wird
entsprechend kleiner. Überschreitet das auf den Drehanker ausgeübte Drehmoment,
das von der vom Lichtsignalstromkreis aufgenommenen Wirkleistung abhängig ist, den
durch die Kraft der Rückstellfeder vorgegebenen Wert, so wird der Anker in die andere
Endlage gebracht. Ein dabei schließender Kontakt kann unmittelbar oder über ein
Sekundärrelais eine Meldelampe anschalten, deren Aufleuchten das Fließen des ordnungsgemäßen
Betriebsstromes anzeigt.
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Die Anwendung der Erfindung ist auch bei Verwendung eines elektrodynamischen
Drehankerrelais nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt. Beispielsweise können
die Spulen SA und SV auch über Transformatoren gespeist werden.