DE2224056A1 - Schienenstromkreis - Google Patents

Description

JPH4-796

COMPAGETIE DE SIGNAUXET D'ENTEEPEISES

ELECTEIQUES 2 ä 8 rue Caroline - PAEIS 17eme

Schieneiistromkreis

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schienenstromkreis für Bahnstrecken, v/elcher aus den beiden Schienensträngen einer Gleisstrecke gebildet ist und einen an einem Ende der Strecke angeschlossenen Sender zum Erzeugen eines Wechselspannungssignals einer vorbestimmten Frequenz in dem Stromkreis sowie einen am anderen Ende der Strecke ange- · schlossenen Empfänger zum Steuern der Betätigung eines" .Streckenrelais aufweist.

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Derartige Schienenstromkreise werden derzeit in vielen 3?ällon für die Sicherung und Überwachung des Zugverkehrs auf Bahnstrecken verwendet. Sie gestatten die automatische Überwachung bestimmter Streckenabschnitte im Hinblick auf die Anwesenheit oder Abwesenheit -eines Fahrzeuges. Zu diesem Zweck trägt ein solches Fahrzeug eine Überbrückungsachse, welche die beiden Schienenstränge der betreffenden Strecke leitend miteinander verbindet und damit den Stromkreis kurzschließt.

Bei einem solchen Schienenstromkreis besteht ein wesentliches Problem darin, am Empfänger Veränderungen der Spannung oder des Stroms von einer Größenordnung zu erhalten, welche eine klare Unterschiedung zwischen den Betriebszuständen "frei" und "belegt" der betreffenden Strecke zulassen, Die beiden Betriebszustände äußern sich, wie vorstehend angedeutet, in der Abwesenheit bzw. im Vorhandensein einer Überbrückung oder eines Kurzsschlusses zwischen den beiden Schienensträngen des Schienenstromkreises.

Die Betriebseigenschaften eines Schienenstromkreises sind im wesentlichen bedingt durch seine Eingangsimpedanz, welche die Speisespannung des Schienenstromkreises bestimmt, und durch die ■ Leitungsdämpfung, welche den Betrag der am Empfänger ankommenden Spannung bestimmt. Diese beiden Größen sind jedoch gewöhnlich in einem weiten Bereich veränderlich. Dies rührt daher, daß die Querisolierung der Gleisstrecke eine unbestimmt veränderliche Größe ist, welche in der Praxis jeden beliebigen Wert zwischen Unendlich und wenigen Ohm/km oder Bruchteilen von Ohm pro Kilometer annehmen kann.

Daraus ergibt sich, daß sov/ohl die dem Schienenstromkreis zugeführte Speisespannung als auch die Empfangsstärke ebenfalls innerhalb weiter Grenzen veränderlich sind. Dabei wird der v/irksame Betrieb des Schienenstromkreises offenbar unmöglich, wenn sich die Empfangsstärke bei optimalen Isolierungo-

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bedingungen und Überbrückung der Schienenstränge in der . gleichen Größenordnung bewegt wie bei ungünstigsten Isolierungsbedingungen ohne Überbrückung. Um einen jederzeit sicheren Setrieb des Scbienenstromkreises unabhängig von den jeweiligen Gegebenheiten der Isolierung zu gewährleisten, ist man daher gezwungen, seine Länge erheblich zu verringern, was offensichtlich zu verschiedenen Nachteilen führt. "

Als Abhilfe dafür wurde bereits vorgeschlagen, zwischen den beiden Schienensträngen einen oder zwei Kondensatoren anzuschließen. Dadurch soll eine Kompensation des induktiven Widerstands der Gleise und damit eine Verringerung de3? Leitungsdampfung erzielt werden. Ein solches Vorgehen ermöglicht im Prinzip eine Vergrößerung der Lange des Schienenstromkreises, vorausgesetzt, daß die Isolations-Bedingungen, unter denen der Schienenstromkreis betrieben wird, praktisch konstant bleiben. Diese Voraussetzung ist jedoch - bestimmte Sonderfälle ausgenommen - praktisch nicht erfüllbar, so daß sich die vorstehend, angeführten Betriebsbedingungen zuweilen noch ungünstiger darstellen als die ohne Kompensation des induktiven Widerstands der Gleise gegebenen. Die mit dieser . Anordnung erzielbare Verringerung der Leitungsdämpfung ist bei stärkerer Isolierung besonders groß, bei schwächerer Isolierung jedoch praktisch gleich Null. Daraus folgt, daß die Spanne der Leitungsdämpfung in Abhängigkeit von Isolations* bedingungen sehr groß ist, so daß man schließlich eine der angestrebten entgegengesetzte Wirkung erhält.

Die Erfindung hat im wesentlichen das Ziel, die angeführten Mängel zu beseitigen und schafft dazu einen Schienenstromkreis der eingangs genannten Art, wobei vorgesehen ist, daß eine Anzahl von Kondensatoren im wesentlichen gleicher Kapazität mit vorgegebenen gleichen Abständen' entlang der Gesamtlänge den ochienenstromkreiceo zwischen den Schienensträngen angeschlossen und die Impendanz der Quer-Kapazität des Stromkreises für die Betriebsfre-

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queiiz wesentlich schwächer ist als der Querwiderstand der Isolierung.

Man erkennt ohne Schwierigkeit, daß bei einei solchen Anordnung der Querwiderstand der Isolation des Stromkreises vernachlässigbar wird, sobald die durch das Vorhandensein der Kondensatoren erzielte Querkapazität überwiegt. Auf diese Weise ist es also möglich, den Schienenstromkreis durch sorgfältige Wahl der Kapazität der Kondensatoren sowie ihrer Anzahl elektrisch unabhängig von seiner Isolierung- zu machen.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung, deren einzige Figur ein Schaltungsschema eines erfindungsgemäßen Schienenstromkreises zeigt,

Der in der Zeichnung dargestellte Schienenstromkreis ist aus zwei Schienensträngen I und II einer Bahn-Teilstrecke gebildet und enthält in an sich bekannter Weise einen an einem Ende des Kreises angeschlossenen Sender S zum Erzeugen eines Wechselspannungssignals von bestimmter Frequenz sowie einen am anderen Ende des Kreises angeschlossenen Empfänger E zum Steuern der Betätigung eines Streckenrelais SR.

Gemäß der Erfindung ist der Schienenstromkreis ergänzt durch eine bestimmte Anzahl von untereinander gleichen Kondensatoren C^, 02, ...O_n, welche zwischen den Schienensträngen Ϊ undII angeschlossen sind. Die Kondensatoren sind über die gesamte Länge des Schienenstromkreises in gleichen Abständen angeordnet und haben im Prinzip alle die gleiche Kapazität, gegebenenfalls mit Ausnahme der an den beiden Enden des Kreises liegenden, welche eine um die Hälfte verringerte Kapazität haben können. Auf diese Weise ist in dem Stromkreis eine bestimmte, in Längsrichtung unterteile Querkapazität gebildet. .

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Die Kapazität und die Anzahl der Kondensatoren CL, Cp ... C sind im übrigen so gewählt, daß die unterteilte Querkapazi-

tat bei der Betriebsfrequenz des Kreises eine Impedanz ^r-hat, welche erheblich schwächer ist als der Querwiderstand R-, der Isolation. Unter" diesen Bedingungen wird der Isolationswider st and R-, vernachlässigbar, so daß der so gebildete Schienenstromkreis elektrisch unabhängig von seiner Isolation ist j was eine beträchtliche Vergrößerung seiner Länge gestattet.

!Tür die Kompensationskondensatoren C., Cp ... C- eignen sich normale Kondensatoren mit ausreichender Widerstandsfähigkeit · gegenüber Stoßen und Erschütterungen und mit einer hohen Widerstandsfähigkeit gegenüber elektrischen Überspannungen, wie sie durch Blitzschlag oder, im !Falle von elektrischem Zugbetrieb, durch Überschläge an den Isolatoren hervorgerufen werden können. In einer anderen vorteilhaften Ausführung kann an jeder Gleisschwelle des Streckenteils die erforderliche Teilkapazität gebildet sein, wobei als Isolator die aus mechanischen Gründen gewöhnlich vorhandene Kautschukunterlage verwendet und mit Belägen von zweckentsprechenden Abmessungen versehen wird.

Sehr wichtige Merkmale des erfindungsgemäßen Schienen-· Stromkreises sind somit die unterteilte Querkapazität C und die Abstände a der zur Erzielung der unterteilten Querkapazität verwendeten Kondensatoren.

Es ist leicht ersichtlich, daß der gegenseitige Abstand der Kondensatoren von größter Bedeutung ist, da nämlich ein einziger, der Beziehung ^r~^^Rb S^enuS^en°^er Kondensator

wirkungsmäßig eine Überbrückung bilden und somit den Betrieb des Schienenstromkreises unmöglich machen würde. Andererseits ist es ebenso ersichtlich, daß man den gegenseitigen Abstand aus Gründen der Ausführung und der Kosten nicht unbegrenzt verringern kann. Der notv/endige Mindestabstand ist im wesentlichen abhängig von der Betriebsfrequenz des Schienenstrom-

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kreises. Bei Audiofrequenzen im Bereich von I.7OO Hz zeigten Versuche, daß man "bei Abständen a von 100 m an, also "bei zehn Kondensatoren pro Kilometer, befriediegende Ergebnisse erzielt.

Durch sorgfältige Wahl der beiden Parameter C und a erzielt man gleichzeitig:

eine bemerkenswerte Verringerung der Leitungsdämpfung unabhängig von der Isolation der Schienen,

eine in Abhängigkeit von der Isolation praktisch konstante Eingangsimpedanz und

einen elektrischen Abgleich der Schienen als wirksamen Schutz des Schienenstromkreises im Hinblick auf Störungen durch einen schlecht abgeglichenen Fahrstrom.

Diese Wirkungen erbringen eine beträchtliche Verbesserung des Betriebs von Schienenstromkreisen bei Anwendung von Audiofrequenzen und gestatten insbesondere eine beträchtliche Vergrößerung ihrer Länge. Als Beispiel sei angeführt, daß die Leitungsdämpfung in einem 800 m langen und mit einer Frequenz von 1.700 Hz betriebenen Schienenstromkreis bei einer Isolation von 2 Ohm/km im Bereich von 10 liegt, während sie in einem 1 500 m langen und mit 14 Kondensatoren von 40 jzF in Abständen von 100 m ausgerüsteten Schienenstromkreis nur 3»4- beträgt.

Die Stabilisierung des Leitungsdämpfungs-Faktors wird aus dem folgenden Beispiel ersichtlich. Ein 1 500 m langer, mit einer Frequenz von I.7OO Hz betriebener Schienenstromkreis hat bei einem zwischen 2 und 100 Ohm/Ion veränderlichen Isolationswiderstand des Bettungsmaterials einen zwischen 34- und 10 veränderlichen Dämpfungsfaktor. Der gleiche, durch vierzehn in Abständen a von 100 m angeordnete Kondensatoren von 40 uF ergänzte Schienen-Stromkreis hat einen bei den gleichen Schwankungen des Isolationswiderstandes lediglich zwischen 3>4- und 1,8 veränderlichen Dämpfungsfaktor.

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Die Erfindung ermöglicht es ferner, die Eingangsimpedanz des Schieneiistromkreises praktisch "konstant z.u halten.· Unter den vorstehend angegebenen Bedingungen schwankt die Impedanz des Kreises bei Änderung des Isolationswiderstandes des Bettungsmaterial von 2 auf 100 Ohm/km lediglich zwischen 2,06 und 1,99 Ohm.

Schließlich ermöglicht die Erfindung eine Verbesserung des Signal/Rauschverhältnisses bei stark unabgeglicbenen Schienen im elektrischen Zugbetrieb. Mit Thyristorausrüstungen angestellte Versuche haben erwiesen, daß sich das Signal/ Rauschverhältnis, je nachdem, ob der Schienenstromkreis mit der erfindungsgemäßen Kompensationskondensatoren ausgestattet ist oder nicht, im Falle von totaler Unsymmetrie, beispielsweise bei Bruch einer Schiene, im Verhältnis von 1 zu 10 ändert.

Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich, sein.

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Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Schienenstromkreis für Bahnstrecken, welcher aus den beiden Schienensträngen einer Gleisstrecke gebildet .ist und einen an einem Ende der Strecke angeschlossenen Sender sum Erzeugen eines Vechselspannungssignals einer vorbestimmten Frequenz in dem Stromkreis sowie einen am anderen Ende der Strecke angeschlossenen Empfänger zum Steuern der Betätigung eines Streckenrelais aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Kondensatoren (C^, C₂,... C) im wesentlichen gleicher Kapazität mit vorgegebenen gleichen Abständen (a) entlang der Gesamtlänge des Schxenenstromlcreises zwischen den Schienensträngen (1,11) angeschlossen und die Impedanz der Quer-Kapazität des Stromkreises für die Betriebsfrequenz wesentlich geringer ist als der Querwiderstand der Isolation.

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