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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ortung von Kurzschlussstellen
an Isolatoren von Leitungsanlagen. Diese Vorrichtung wird insbesondere bei
Schienenbahnen angewendet, bei denen elektrisch betriebene Fahrzeuge
verkehren, die ihre Energie aus Oberleitungen beziehen.
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Kurzschlüsse in Oberleitungen
des elektrisch betriebenen Schienenverkehrs entstehen z.B. durch Überschläge an Isolatoren
bei Gewitter, durch Vögel,
in die Oberleitung gewehte Äste,
Planen oder sonstige Fremdkörper,
durch schadhafte oder stark verschmutzte Isolatoren, durch Einfahren
von elektrischen Triebfahrzeugen in geerdete Gruppen, durch Fehlschaltungen
und durch Berührung
gerissener Drähte
oder Seile mit dem Erdboden. Im Jahresdurchschnitt tritt etwa bei
einer mittleren Oberleitungslänge
von 4 km ein Kurzschluss auf. Nur bei einem sehr geringen Bruchteil
von Schalterauslösungen
wird nach der Prüfung
ein dauerhafter Kurzschluss festgestellt.
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Die
Ortung bzw. das Auffinden der Kurzschlussstellen ist mit relativ
großem
personellen und zeitlichen Aufwand verbunden. So muss z.B. nach
jedem Kurzschluss umgehend der Kurzschlussort festgestellt und im
engeren Bereich des Kurzschlussortes die Rückstromführung und Bahnerdung sowie
die Oberleitungsanlage von Fahrzeugen der Oberleitungsinstandhaltung
oder von gleisfahrbaren Leitern aus bei ausgeschalteter und bahngeerdeter
Oberleitung untersucht werden.
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Eine
nicht unerhebliche Zahl von Kurzschlussstellen kann jedoch nicht
immer sofort und genau lokalisiert werden mit der Folge, dass sofern die
Zahl der nicht lokaliserten Kurzschlüsse einer Strecke eine vorgegebene
Zahl überschreitet,
umfangreiche Inspektionsmaßnahmen
durchgeführt werden
müssen.
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Hierbei
wird z.B. die Oberleitungsanlage eines Speisebezirkes bei ausgeschalteter
und bahngeerdeter Oberleitung von Fahrzeugen der Oberleitungsinstandhaltung
oder von gleisfahrbaren Leitern aus eingehend untersucht.
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Aus
US 4 384 289 ist eine Vorrichtung
zur Erfassung der Stromstärke
in einer Hochspannungsleitung bekannt, bei der ein Transponder an
der Leitung angebracht ist. Es handelt sich dabei um ein aktives Verfahren.
Der Strom wird mit hilfe eines Sensors gemessen und die Messergebnisse
werden mit einem integrierten Sender zu einem Receiver übertragen.
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Nachteil
dieses aktiven Verfahrens ist, dass die vom Sensor gemessene Stromstärke zu einem ortsfesten
Receiver übertragen
werden muss. Dies ist mit einem erhöhten Aufwand verbunden, da
zusätzlich
zu den ständig
aktiven Sendern noch externe Receiver erforderlich sind. Zudem ist
zur Versorgung der aktiven Komponenten eine elektrische Energieversorgung
auf Hochspannungspotential erforderlich, deren Realisierung einen
nicht unerheblichen Aufwand darstellt und die Verfügbarkeit
des Systems stark einschränkt,
z.B. bei sehr geringer bzw. stark schwankender Strombelastung der überwachten
Bereiche. Außerdem
umschließt
der Transponder die Hochspannungsleitung ringförmig, so dass er nicht an einem
Fahrdraht angebracht werden kann. Der Stromabnehmer eines vorbeifahrenden
Triebfahrzeugs würde
den Sensor wegreißen.
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Aus
JP 2005050581 A ist
eine Vorrichtung bekannt, bei der mithilfe von geeignet verschalteten RFID-Transpondern
(Radio Frequency Identification Device) erfasst wird, ob zwischen
den Leitungen eines Energieversorgungskabels ein Kurzschluss oder eine
Unterbrechung aufgetreten ist, indem der Status eines RFIDs (Senden
oder nicht) abgefragt wird.
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Nachteil
des Verfahrens ist, dass die Stelle im Kabel, bei der ein Kurzschluss
aufgetreten ist, nicht ortsaufgelöst erfasst werden kann. Insbesondere
ist es nicht möglich,
mit diesem Verfahren den Kurzschlusspfad zu ermitteln. Zudem kann
nicht zwischen einem Kurzschluss und einer Unterbrechung (fehlende
Versorgungsspannung) unterschieden werden. Darüber hinaus wird ein temporärer Kurzschlusszustand
nicht gespeichert. Die RFIDs würden zwar
kurzzeitig von einem Sende-Zustand zum andern umschalten, aber danach
wieder in den vorherigen Zustand übergehen. Da die meisten Kurzschlüsse bei
Oberleitungen nicht dauerhaft sind, könnten sie mit diesem Verfahren
nicht lokalisiert werden. Die anschließende Untersuchung des Oberleitungsabschnitts,
der kurzzeitig mit einem Kurzschluss belastet wurde, insbesondere
die Eingrenzung ganzer Kurzschlusspfade ist mit dieser Vorrichtung
nicht möglich.
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Aus
DE 10 2006 018 471
A1 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der mehrere passive
Transpondersysteme im Längskettenwerk
bzw. Tragseil der Oberleitung angebracht sind. Diese Transpondersysteme werden
durch einen Kurzschlussstrom, der einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet,
mittels einer passiv arbeitenden elektrischen Komponente zur Aktivierung
bzw.
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Deaktivierung
der Transponderfunktion im Bereich des Kurzschlusses in der Weise
aktiviert bzw. deaktiviert, dass eine entsprechend dimensionierte
Leiterbahn oder eine andere elektrische/elektronische Komponente
durchbrennt, die z.B. den Signalpfad innerhalb des Transponders
unterbricht. Zum Auffinden der Kurzschlussstellen fährt insbesondere ein
Fahrzeug (Inspektions-/Instandhaltungsfahrzeug, Lok, Regelzug) mit
einer auf den Transponder bzw. dessen Resonanzfrequenz abgestimmten
Sende- und Empfangseinheit den betroffenen Kettenwerksabschnitt
ab. An den Stellen, an denen durch den oberhalb des Grenzwertes
liegenden Kurzschlussstrom die Transponderfunktion aktiviert bzw.
deaktiviert wurde, wird vom angepeilten Transponder ein bzw. kein
Antwortsignal abgesetzt. Somit ist die Stelle oder der Bereich als
kurzschlussbelasteter Bereich lokalisiert und kann einer entsprechenden
Nachbehandlung zugeführt
werden.
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Nachteil
dieser Vorrichtung ist, dass bei einem Kurzschluss gleich mehrere
Transponder ansprechen, da der Kurzschlussstrom sich über alle Transponder
im Kurzschlussweg ausbreitet. Dadurch müssen nach einem Kurzschluss
die Transponder in einem größeren Bereich
der Oberleitungsanlage ausgetauscht werden.
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Es
ist somit Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen,
mit der eine Kurzschlussstelle schnell und ohne großen Aufwand
geortet werden kann, wobei die oben genannten Nachteile des Stands
der Technik vermieden werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Erfindungsgemäß sind passive
Transpondersysteme an Oberleitungsbauteilen angebracht, die nur
im Fall eines Kurzschlusses von Strom durchflossen werden. Diese
Bedingung wird bei Transpondern außerhalb des Hauptstrompfades
vor oder hinter einem Isolator erreicht. Diese Transpondersysteme
werden durch einen Kurzschlussstrom, der einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet,
mittels einer passiv arbeitenden elektrischen Komponente zur Aktivierung
bzw. Deaktivierung der Transponderfunktion im Bereich des Kurzschlusses
in der Weise aktiviert bzw. deaktiviert, dass eine entsprechend
dimensionierte Leiterbahn oder eine andere elektrische/elektronische
Komponente durchbrennt, die z.B. den Signalpfad innerhalb des Transponders
unterbricht.
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Aufgrund
der Positionierung vor oder hinter einem Isolator, kann bei einem
Kurzschluss genau der vom Kurzschluss betroffene Isolator ermittelt
werden. Anschließend
muss lediglich ein einziger Transponder ausgetauscht werden, um
die Kurzschlussüberwachung
wiederherzustellen.
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Aus
Redundanzgründen
ist es auch denkbar, dass mehr als ein Transponder vor oder hinter
dem Isolator eingesetzt werden.
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Ansprüche 2 bis
7 beinhalten vorteilhafte Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Lösung aus
Anspruch 1.
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Zum
Auffinden der Kurzschlussstellen fährt gemäß Anspruch 2 insbesondere ein
Fahrzeug (Inspektions-/Instandhaltungsfahrzeug, Lok, Regelzug) mit
einer auf den Transponder bzw. dessen Resonanzfrequenz abgestimmten
Sende- und Empfangseinheit
den betroffenen Kettenwerksabschnitt ab. An den Stellen, an denen
durch den oberhalb des Grenzwertes liegenden Kurzschlussstrom die
Transponderfunktion aktiviert bzw. deaktiviert wurde, wird vom angepeilten
Transponder ein bzw. kein Antwortsignal abgesetzt. Somit ist die
Stelle des betroffenen Isolators als kurzschlussbelasteter Bereich
lokalisiert und kann einer entsprechenden Nachbehandlung zugeführt werden.
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Transponder
sind passive Elemente, die über
geeignete Funksignale aktiviert werden und ggf. codierte Informationen
zurücksenden.
Sie sind sehr klein (Bereich von mm bis cm) und kostengünstig herzustellen
(Centbereich bei großen
Stückzahlen).
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Erfindungsgemäß werden
insbesondere handelsübliche
Transponder verwendetet, die z.B. zur Diebstahlsicherung in Kaufhäuseren an/in
Kleidungsstücken
angebracht sind.
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Insbesondere
werden gemäß Anspruch
3 als Transponder RFIDs (Radio Frequency Identification) verwendet.
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Gemäß Anspruch
4 können
die einzelnen Transponder eine ortsabhängige bzw. den jeweiligen Einbauplatz
spezifizierende Codierung besitzen. Dadurch ist bereits aus dem
Antwortsignal erkennbar, welcher Isolator genau vom Kurzschlusspfad
betroffen ist.
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Laut
Anspruch 5 ist die Aktivierung/Deaktivierung der Transponderfunktion
fernsteuerbar.
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Besonders
vorteilhaft ist weiterhin, wenn gemäß Anspruch 6 der Transponder
eine von der Höhe des
Kurzschlussstroms abhängige
codierte Information absetzt. Somit lassen sich zusätzliche
Informationen für
die Instandhaltung gewinnen, da das Ausmaß der Auswirkungen des Kurzschlusses
abgeschätzt
werden kann.
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Gemäß Anspruch
7 können
die Sende- und Empfangseinheiten auch als tragbare Einheit ausgeführt und
somit bei einer Begehung mitgeführt
werden.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand von einem Ausführungsbeispiel und einer Zeichnung
mit einer Figur näher
erläutert.
Die 1 zeigt schematisch eine Oberleitung mit Ausleger,
wobei vor jedem Isolator jeweils ein Transponder angebracht ist.
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Das
Ausführungsbeispiel
betrifft gemäß 1 eine
Oberleitung mit Fahrdraht 1, Kettenwerk 2, Oberleitungsmast 3 mit
Ausleger 4 und zwei Isolatoren 5 und 6,
vor denen zur Oberleitung hin jeweils ein Transponder 7 bzw. 8 befestigt
ist.
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Tritt
nun ein Kurzschluss mit einem Kurzschlussstrom, der einen vorgegebenen
Grenzwert überschreitet,
an mindestens einem der Isolatoren auf, wird der vorgesetzte Transponder
im Kurzschlusspfad liegen, sodass der Kurzschlussstrom mittels einer
passiv arbeitenden elektrischen Komponente im Transponder die Transponderfunktion
deaktiviert. Alternativ ist eine Aktivierung der Transponderfunktion
durch die passiv arbeitenden elektrischen Komponenten möglich.
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Als
passiv arbeitende elektrische Komponente zur Deaktivierung der Transponderfunktion dient
insbesondere eine dünne
Leitung, die ähnlich einer
Sicherung bei dem vom Kurzschlussstrom, der den vorgegebenen Grenzwert überschreitet,
durch den in der elektrischen Komponente induzierten Strom durchbrennt.
In unserem Beispiel wird durch den Kurzschlussstrom der Transponder
deaktiviert.
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Die
nicht im Kurzschlusspfad des betroffenen Isolators liegenden Transponder
bleiben von dem Kurzschluss unbeeinflusst.
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Zum
Auffinden der Kurzschlussstelle fährt ein Fahrzeug mit einer
auf den Transponder bzw. dessen Resonanzfrequenz abgestimmten Sende- und
Empfangseinheit den betroffenen Abschnitt der Oberleitung ab. Alternativ
können
die Sende- und Empfangseinheit auch als tragbare Einheit ausgeführt und
bei einer Begehung mitgeführt
werden. An den Stellen, an denen durch den oberhalb des Grenzwertes
liegenden Kurzschlussstrom die Transponderfunktion eines Transponders
deaktiviert ist, wird von den angepeilten Transpondern kein Antwortsignal
abgesetzt. Somit ist der zugehörige
Isolator als kurzschlussbelasteter Bereich lokalisiert und kann
einer entsprechenden Nachbehandlung zugeführt werden.
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Die
Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist jedoch nicht nur auf Oberleitungen von Anlagen des Schienenverkehrs
beschränkt.
Vielmehr kann sie bei allen stromführenden Leitungssystemen verwendet
werden, insbesondere an Freileitungen.
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- 1
- Fahrdraht
- 2
- Kettenwerk
- 3
- Oberleitungsmast
- 4
- Ausleger
- 5
- Isolator
- 6
- Isolator
- 7
- Transponder
- 8
- Transponder