DE2338918C3 - Auslösegerät - Google Patents
AuslösegerätInfo
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
- H02H3/44—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to the rate of change of electrical quantities
- H02H3/445—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to the rate of change of electrical quantities of DC quantities
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- Analogue/Digital Conversion (AREA)
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 sehen 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 Schaltungszweige angelegt ist. Dabei wird die Summe der Ausgangsgrößen der beiden
Schaltungszweige einer Zenerdiode 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 vorgegebene Ansprechwert gewählt werden,
dfunit 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
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 steilen Anfährströmen 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//df-Wandler kommenden Spannungsimpulses
durch Integration der sekundären Wandlerspannung über der Zeit in eine dem Summenprodukt Ju · di
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 vorbestimmte 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
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 Stromsteilheiten
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 Ausiösegerätes;
F i g. 2 zeigt in 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/Vdf-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 Zeit für die maximale Integrierzeit) und mit 17 ein Komparator mit
hohem Referenzspannungspegel bezeichnet. Bei einem derartigen Auslösegerät wird der Stromanstieg d/7df in
Verbindung mit der Stromanstiegszeit zur Unterscheidung herangezogen. Der in dem d/7d «-Wandler durch
den Stromanstieg di/dt erzeugte sekundäre Spannungsimpuls
wird über eine vorgegebene Zeit, z. B. 60 ms, integriert (Ju · at) und mit einem Referenzwert
verglichen. Überschreitet das Ju ■ df diesen Referenzwert, so erfolgt der Ausbefehl für den Schalter. Da die
Impulszeit bei einer Anfahrt wesentlich kleiner ist als bei einem entfernten Kurzschlußstrom, ergibt das
[u ■ dreine eindeutige Unterscheidung. Bei Kurzschlußströmen
Ik £2000 A, d/7df > 300 ms erfolgt eine unverzögerte Auslösung, das heißt die Integration und
der Vergleich mit dem Referenzwert werden umgangen.
Im einzelnen ergibt sich folgende Wirkungsweise:
Ein vom dz/dt-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 LW 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 d//df-Wandlet
10 kommenden Signals angeregt Das Zwitglied 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 !Comparator 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 1/2 am Integrator 13. Die
ausgezogene Linie bezeichnet eine Spannung U2, die
kleiner ist als die Referenzspannung LW und die gestrichelt gezeichnete Linie zeigt eine Spannung 1/2, die
größer ist als die Referenzspannung URer. F i g. 2c zeigt
den Verlauf der Ausgangsspannung ua am Verstärker 15.
Diese Spannung ua ist gleich Null, wenn die Ausgangsspannung
U2 kleiner ais die Referenzspannung LW ist (siehe ausgezogene Linie). Diese Ausgansspannung
erreicht einen bestimmten Wert, wenn die Spannung U2
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 d//df gleich 70 A/ms. Vergleichsweise ist ein stetig ansteigender
Kurzschlußstrom eingezeichnet. Hierbei beträgt der Wert d//di 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. Auslösegerät mit einem di/dr-Wandler für die
Erfassung von Kurzschlußströmen in einer Gleichstromanlage,
z. 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 (ui) 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 (Urci) und zur Abgabe eines
Ausgangssignals (u,), wenn die Integrator-Ausgangsspannung
(117) größer ist als die eingtstellte
Referenzspannung (Unt), nachgeschaltet ist
2. Auslösegerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen dem Integrator (13) vorgeschalteten
Eingangsverstärker (12) und einen dem Komparator
(14) nachgeschalteten Ausgangsverstärker (15).
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. Auslösegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator (13) aus einem
mit einem Kondensator gegengekoppelten Operationsverstärker besteht.
5. Auslösegerät nach Anspruch I, 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.
Priority Applications (4)
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DE2338918B2 DE2338918B2 (de) | 1980-02-14 |
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FR2239788A1 (de) | 1975-02-28 |
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