DE2338918B2 - Auslösegerät - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Auslösegerät entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei einem derartigen Auslösegerät dient der elektromagnetische Auslöser zur Auslösung eines Schutzschalters.

In Bahnanlagen kann es vorkommen, daß Kurzschlußströme auftreten, die kleiner als die höchsten Betriebsströme sind. Die höchsten Betriebsströme sind Anfahrströme der Züge. Kleine Kurzschlußströme treten auf in langen Ausläuferstrecken oder dann, wenn mehrere Streckenabschnitte durchgekuppelt und einseitig eingespeist werden. Da bei gleichzeitiger Anfahrt mehrerer Züge der dabei auftretende Stromanstieg d/7df größer werden kann als der Stromanstieg eines entfernten Kurzschlußstromes, muß eine geeignete Methode herangezogen werden, die zwischen einem derartigen Anfahrstrom und einem Kurzschlußstrom eindeutig und betriebssicher unterscheiden kann.

Es sind schon seit längerer Zeit Auslösegeräte· bekannt, bei denen sowohl die Höhe als auch die Steilheit des Kurzschlußstromes als Kriterium für die Auslösung herangezogen wird (DE-AS 15 63 661 und DE-OS 19 17 287). Das Auslösegerät entsprechend der DE-AS 15 63 661 benutzt dabei einen magnetfeldabhängigen Widerstand, wobei eine von diesem abgeleitete Spannung an zwei parallelgeschaltete, den statischen und dynamischen Anteil unabhängig voneinander erfassende Schaitungszweige angelegt ist. Dabei wird die Summe der Ausgangsgrößen der beiden Schaltungszweige einer Zenerdlode zugeführt deren Ansprechen die Auslösung des Schalters veranlaßt

Der Schwellwert der Zenerdiode muß passend gewählt werden, z. B. durch Veränderung eines einstellbaren Widerstandes. Je steiler ein Anfahrstrom wird, um so höher muß bei einem derartigen Gerät der durch die Zenerdiode vergegebene Ansprechwert gewählt werden, damit keine Auslösung erfolgt Damit wird das Gerät jedoch unempfindlicher für die Erfassung von Kurzschlußströmen. Auch bei dem Auslösegerät entsprechend der DE-OS 19 17 287 werden zur Unterscheidung der Anfahrströme von den Kurzschlußströmen lediglich die Steilheit und die Höhe als Kriterium

'5 herangezogen. Dieses Gerät enthält einen Impulswandler mit Eisenkern, dessen Primärseite mit der Gleichstromanlage gekoppelt ist und dessen Sekundärseite ein auf Impulse ansprechendes Auslösegerät aufweist das ein Schaltgerät innerhalb der Gleichstromanlage betätigt Beim Auftreten eines Kurzschlusses am Ende der Leitung wird dabei in der Sekundärwicklung eine Spannung induziert. Ist diese induzierte Spannung gleich oder größer als die Auslösespannung des im Sekundärkreis liegenden Auslösegerätes, so spricht dieses an und betätigt den in der Leitung liegenden Schalter. Auch hier ist eine genaue Anpassung des Ansprechwertes erforderlich, um zu verhindern, daß bei stellen Anfahrströmen eine Auslösung erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Auslösegerät der eingangs genannten Art zu schaffen, das in der Lage ist, solche Kurzschlußströme eindeutig und sicher zu erfassen, die kleiner sind als die auftretenden höchsten Betriebsströme. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Bei einer derartigen Ausbildung des Auslösegerätes wird die Spannungsfläche des von einem d/Vdf-Wandler kommenden Spannungsimpulses durch Integration der sekundären Wandlerspannung über der Zeit in eine dem Summenprodukt [u ■ df proportionale Spannung umgewandelt und mit der einstellbaren Referenzspannung des Komparator verglichen. Die Referenzspannung dient dabei als Schwellwert für den Auslöseimpuls. Maßgebend für die betriebssichere Erfassung eines Kurzschlußstromes gemäß der Erfindung ist somit neben der Steilheit und der Höhe die Integration über eine verbestimmte Zeit, z. B. über 60 ms. Je steiler somit ein Anfahrstrom wird, um so kleiner wird seine integrierte Spannungszeitfläche, d. h. um so größer wird der Abstand zur

so festeingestellten Referenzspannung und um so sicherer wird der Auslöser. Dieser Auslöser ist somit in der Lage, ohne eine genaue Abstimmung von zwei Eingangskriterien (statisch/dynamisch) alle vorkommenden Kurzschlußfälle über das gesamte Spektrum hin sicher und zuverlässig zu erfassen. Mit dem erfindungsgemäßen Auslösegerät werden sowohl solche Anfahrströme, die ähnliche hohe Stromsteilheiten wie nahe liegende Kurzschlußströme aufweisen können, als auch entfernt liegende Kurzschlußströme mit kleinen Stromsteil-

f>o heiten unterschieden. Ebenfalls werden auch hohe Kurzschlußströme mit sehr kleiner Zeitkonstante erfaßt.

Der Integrator besteht vorzugsweise aus einem mit einem Kondensator gegengekoppelten Operationsverstärker. Dabei wird die Integrationszeit durch ein einstellbares Zeitglied festgelegt und dauert etwa 20 bis 60 ms. Nach dieser Zeit wird der Integrator auf Null zurückgestellt und für eine neue integration frei-

gegeben. Die Anregung des Zeitgliedes erfolgt gleichzeitig mit einem anstehenden Wandlerimpuls. Die Zeitverzögerung für den Auslöseimpuls kann maximal den Wert der eingestellten Zeit (ca. 20 bis 60 ms) des Zeitgliedes erreichen. In den meisten Fällen wird im Störungsfall diese Zeit unterschritten. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Auslösers ist seine schnelle Wiederholbereitschaft durch annähernd unverzögertes Rücksetzen auf den Nullzustand nach der eingestellten Zeit von ca. 20 bis 60 ms. ι ο

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes gemäß der Erfindung dargestellt

F i g. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Auslösegerätes;

F i g. 2 zeigt im drei Bildern den Spannungsverlauf an drei verschiedenen Stellen;

Fig.3 zeigt ein Anfahroszillogramm von zwei Wagenzügen einer U-Bahn;

F i g. 4 zeigt einen Ausschnitt aus F i g. 3-

Fig.5 zeigt den Verlauf der sekundären Wandlerspannungen.

Gemäß dem Blockschaltbild nach F i g. 1 enthält das Auslösegerät einen d//di-Wandler 10 mit einer Bürde 11, einen Eingangsverstärker 12, einen rückstellbaren Integrator 13, einen Komparator 14 mit einer einstellbaren Referenzspannung und einen Ausgangsverstärker 15. Mit 16 ist ein Zeitglied (für niedrigen Eingangsspannungspegel und einstellbare Zei; für die maximale Integrierzeit) und mit 17 ein Komparator mit hohem Referenzspannungspegel bezeichnet. Bei einem derartigen Auslösegerät wird der Stromanstieg d/7J/ in Verbindung mit der Stromanstiegszeit zur Unterscheidung herangezogen. Der in dem d/7df-Wandler durch den Stromanstieg d/7df erzeugte sekundäre Spannungsimpuls wird über eine vorgegebene Zeit, z. B. 60 ms, integriert (\u ■ dt) und mit einem Referenzwert verglichen. Überschreitet das Ju - di diesen Referenzwert, so erfolge der Ausbefehl für den Schalter. Da die Impulszeit bei einer Anfahrt wesentlich kleiner ist als bei einem entfernten Kurzschlußstrom, ergibt das [u ■ di eine eindeutige Unterscheidung. Bei Kurzschluß- ίο strömen 1_K ä 2000 A, d/7di > 300 ms erfolgt eine unverzögerte Auslösung, das heißt die Integration und der Vergleich mildern Refererizwert werden umgangen.

Im einzelnen ergibt sich folgende Wirkungsweise:

Ein vom d;7di-Wandler 10 kommendes Signal wird dem hochohmigen Eingangsverstärker 12 zugeführt. An seinem Ausgang erscheint dieses Signal invertiert und wird von dem nachgeschalteten Integrator 13 über die Zeit integriert. Am Ausgang des Integrators 13 erscheint ein Signal mit umgekehrtem Vorzeichen.

Dieses Signal wird dem Komparator 14 zugeführt und mit einer einstellbaren Referenzspannung Ur_c[ verglichen. Ist das Eingangssignal größer als die gewählte Referenzspannung, so erscheint am Ausgang des Komparators 14 ein Signal, das über den Ausgangsverstärker die Auslösung eines nicht dargestellten Gleichstromschalters einleitet Das Zeitglied 16 wird bereits zum Zeitpunkt des Eintretens eines vom di/dt-Wandler 10 kommenden Signals angeregt- Das Zeitglied 16 dient zur Ansteuerung des Integrators 13. Über eine vorauszubestimmende Zeit wird der Integrator 13 für die Integration freigegeben und nach Ablauf dieser Zeit wieder gesperrt Dieser Vorgang wiederholt sich mit jedem Eingangssignal. Der weitere Komparator 17 mit hohem Referenzspannungspegel dient zur unverzögerten Auslösung des Gleichstromschalters bei hohen Eingangssignalen. Die zeitabhängige Integration des Signals sowie der Vergleich mit einer Referenzspannung werden hierbei umgangen.

F i g. 2a zeigt den Verlauf des Stromes / und den Verlauf der Spannung U\ am Eingangsverstärker 12. F i g. 2b zeigt den Verlauf der Referenzspannung und den Verlauf der Spannung u₂ am Integrator 13. Die ausgezogene Linie bezeichnet eine Spannung 1/2, die kleiner ist als die Referenzspannung Ur^i und die gestrichelt gezeichnete Linie zeigt eine Spannung 1/2, die größer ist als die Referenzspannung URet- F i g. 2c zeigt den Verlauf der Ausgangsspannung u_a am Verstärker 15. Diese Spannung u₃ ist gleich Null, wenn die Ausgangsspannung Ui kleiner als die Referenzspannung Or_ci ist (siehe ausgezogene Linie). Diese Ausgansspannung erreicht einen bestimmten Wert, wenn die Spannung 1/2 größer als die Referenzspannung ist (siehe die gestrichelt gezeichnete Linie).

F i g. 3 zeigt ein Anfahroszillogramm von zwei Wagenzügen einer U-Bahn. Das mit einem Kreis umschlossene Gebiet ist in Fig.4 vergrößert dargestellt. Hierbei bedeutet die stark ausgezogene gestrichelte Linie den Anfahrstrom. Dieser Strom steigt von einer Grundlast ausgehend um 600 A an und bleibt dann konstant. Wie man sieht, beträgt der Wert dildt gleich 70 A/ms. Vergleichsweise ist ein stetig ansteigender Kurzschlußstrom eingezeichnet. Hierbei beträgt der Wert d/7d/ gleich 30 A/ms. Der Anstieg hierbei ist also bedeutend kleiner. In Fig. 5 sind die zugehörigen sekundären Wandlerspannungen eingezeichnet. Die stark ausgezogene gestrichelte Linie gilt dabei für den Anfahrstrom und die schwach gezeichnete Linie für den Kurzschlußstrom.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   !. Auslösegerät mit einem ail at- Wandler für die Erfassung von Kurzschlußströmen in einer Gleichstromanlage, ζ. B. in einer Bahnanlage, durch Erzeugung eines Ausgangssignals für einen elektromagnetischen Auslöser, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wandler (10) ein Integrator

   (13) zur Integration der Sekundärspannungsimpulse (u\) des Wandlers (10) während einer vorgegebenen Zeit nachgeschaltet ist und daß dem Integrator (13) ein Komparator (14) zum Vergleich der Integrator-Ausgangsspannung fa) mit einer einstellbaren Referenzspannung (U_Rei) und zur Abgabe eines Ausgangssignals (u_a), wenn die Integrator-Ausgangsspannung fa) größer ist als die eingestellte Referenzspannung (U_Kr), nachgeschaltet ist
2. 2. Auslösegerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen dem Integrator (13) vorgeschalteten Eingangsverstärker (12) und einen dem Komparator

   (14) nachgeschalteten Ausgangsverstärker (15).
3. 3. Auslösegerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein einstellbares, von den Sekundärspannungsimpulsen (u) des Wandlers (10) angeregtes Zeitglied (16) zur Einstellung einer Integrationszeit des Integrators (13) von ca. 20 bis 60 ms.
4. 4. Auslösegerät nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator (13) aus einem mit einem Kondensator gegengekoppelten Operationsverstärker besteht.
5. 5. Auslösegerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein zeitunabhängiges Meßglied (Komparator 17), das dem Integrator (13) und Komparator (14) parallel geschaltet ist und das bei hohen Wandlerausgangsimpulsen (u) eine unverzögerte Auslösung herbeiführt.