DE2829135C2

DE2829135C2 - Überwachungseinrichtung für den Lampenausfall bei einer Flugplatzbefeuerung

Info

Publication number: DE2829135C2
Application number: DE2829135A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. 8550 Forchheim Glaser; Ludwig 8520 Erlangen Schick
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-07-03
Filing date: 1978-07-03
Publication date: 1982-09-02
Also published as: GB2032156A; GB2032156B; DK277879A; BE877306A; DE2829135A1; JPS5537786A; SE7905762L; IN150895B; FR2430707A1; US4297632A; NL7905099A

Description

a) Das Ausgangssignal (Ui) des Strommeßwandlers (3) ist einem ersten Momentanwertspeicher

(12) und das Ausgangssignal (U) des an der Primärseite des Hochspannungstransformators (8) liegenden Spannungsmeßwandlers (11) ist einem zweiten Momentanwertspeicher (13) zugeführt,

b) die Momentanwertspeicher (12, 13) werden gleichzeitig bei Ansprechen eines Extremwertdetektors (16) für das Auftreten eines Extremums im Ausgangssignal (U/) des Strommeßwandlers (3) kurzzeitig eingeschaltet,

c) dem ersten Momentanwertspeicher (12) ist ein erster Proportionalverstärker (22) mit einstellbarem Verstärkungsfaktor (k) nachgeschaltet,

d) die Differenz (U—i ■ k) der Avisgangssignale (U, i · k) des zweiten Momentanwertspeichers

(13) und des ersten Proportionalverstärkers (22) ist einem zweiten Proportionalverstärker (24) mit einstellbarem Verstärkungsfaktor zugeführt,

e) dem Grenzwertmelder (26) ist ein Dividierglied (25) zur Bildung des Quotienten

(U-i · k)/i ■ k

vorgeschaltet, das eingangsseitig mit den Ausgangssignalen des ersten und zweiten Proportionalverstärkers (22, 24) beaufschlagt isft.

2. Überwachungseinrichtung nach Patentanspruch

1, dadurch gekennzeichnet, daß der Extremwertdetektor (16) als Maximumdetektor ausgebildet ist.

3. Überwachungseinrichtung nach Patentanspruch

2, dadurch gekennzeichnet, daß der Maximumdetektor (16) eingangsseitig die Parallelschaltung eines Differenziergliedes (17) und eines Grenzwertdetektors (18) aufweist, der dann anspricht, wenn das Ausgangssignal (U/) des Strommeßwandlers (3) einen Grenzwert (A U) übersteigt, deren Ausgangssignale (Uu, Um) konjunktiv verknüpft (19) einem Nullspannungsdetektor (20) zugeführt sind, dessen Ausgangssignal (U20) am Eingang einer monostabilen Kippstufe (21) ansteht, deren Ausgangssignal (Um) die Momentanwertspeicher (12,13) einschaltet.

Die Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung für den Lampenausfall bei einer Flugplatzbefeuerung, bei der die Lampen über primärseitig in Reihe geschaltete Stromwandler gespeist werden, die an die Sekundärseite eines Hochspannungstransformators angeschlossen sind, der primärseitig über einen Konstantstromregler an einem Wechselspannungsnetz liegt, und bei der der Primärstrom der Stromwandler über einen Strommeßwandler und die Spannung über Spannungsmeßwandler erfaßt wird, wobei der Überwachungseinrichtung eingangsseitig die Ausgangssignale des Strommeßwandlers und des Spannungsmeßwandlers zugeführt sind, wobei eine Differenz aus Signalen gebildet wird, die den Ausgangssignalen des Strommeßwandlers bzw. des Spannungsmeßwandlers proportional sind und wobei am Ausgang der Überwachungseinrichtung ein Anzeigeinstrument zur Anzeige des relativen Anteils ausgefallener Lampen und ein Grenzwertmelder parallel angeordnet sind.

Eine derartige Überwachungseinrichtung ist aus der US-PS 3054 991 bekannt Dabei werden in einer Brückenschaltung die Ausgangssignale des Strommeßwandlers und des Spannungsmeßwandlers miteinander verglichen. Durch ein einstellbares Potentiometer wird das Ausgangssignal des Strommeßwandlers so angepaßt, daß dieses bei intakten Lampen mit dem Ausgangssignal des Spannungsmeßwandlers übereinstimmt Wenn beide Signale voneinander abweichen, wird eine Anzeigevorrichtung ausgelöst Das Erfassungsprinzip beruht darauf, daß bei Ausfall einer Lampe der zugehörige Stromwandler eine hohe Induktivität aufweist, solange er nicht in Sättigung ist Beim Beginn jeder Halbwelle des Stroms entsteht daher ein hoher Spannungsabfall an dem Stromwandler der ausgefallenen Lampe, der durch Sättigung des Stromwandlers schnell verschwindet Am Ausgang des Spannungsmeßwandlers steht also eine Spannungsspitze an, die zu einer Abweichung der Ausgangssignale des Strommeßwandlers und des Spannungsmeßwandlers führt und somit eine Anzeige auslöst Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß die Abweichung zwischen den Ausgangssignalen des Strommeßwandlers und des Spannungsmeßwandlers zwar mit der Zahl der ausgefallenen Lampen zunimmt aber dieser nicht proportional ist Außerdem ist eine genaue Übereinstimmung zwischen den Ausgangssignalen vom Strommeßwandler und Spannungsmeßwandler nur bei einem rein ohmschen Lampenkreis möglich. Da dieser Kreis aber wegen der Induktivitäten der Stromwandler und der. Lampen stets einen induktiven Anteil hat ist ein genauer Abgleich nicht möglich, so daß die Auswertegenauigkeit dieser Schaltung gering ist Daraus folgt auch, daß nur eine relativ geringe Anzahl von Lampen an einen Kreis angeschlossen werden kann.

Bei Flugplatzbefeuerungen ist es aus Sicherheitsgründen erforderlich, den Ausfall von Lampen infolge von Wendelbrüchen, Leitungsbrüchen oder Kurzschluß zu überwachen und den Prozentsatz der ausgefallenen

Lampen kenntlich zu machen. Die Spannung Uk des Lampenkreises ist gegeben durch:

= R

d/
df

)fk Die Induktivität Lk beinhaltet dabei ate Induktivitä-

ίΐ ten des Kreises (Hochspannungstransformatorindukti-

i'r vität Stromwandlerinduktivität Leitungsinduktivität).

IS Eine aufwandsarme Messung gründet sich auf die

ti bekannte Tatsache, daß im Augenblick des Strommaxi- ι ο

[ä mums die Ableitung des Stromes nach der Zeit — =0 p! d/

ft ist so daß sich der überwachte Kreis in diesem \i Augenblick rein ohmisch verhält Eine aufwandsarme j| Messung reduziert sich somit auf die Bestimmung von irj Strom und Spannung zur Ermittlung des ohmschen •K Widerstandes im Kreis im Zeitpunkt des Maximalwerf,f tes des Stromes. Für eine bestimmte Helligkeitsstufe ist i(i dieser ohmsche Widerstand ein konstanter Wert, da der ^l Effektivwert des Stromes über den im Primärkreis des j® Hochspannungstransformators angeordneten Kon- '£. stantstromregler konstant gehalten wird. Durch die t_; Messung von Spannung und Strom im Zeitpunkt des Ii Extremwertes des Stromes läßt sich also der Widerj& standswert des überwachten Kreises und eine eventuel- h Ie Veränderung dieses Wertes bestimmen. Aus einer I? Veränderung dieses Wertes kann auf den Prozentsatz ['■; der ausgefallenen Lampen zurückgeschlossen werden. Γ Bei einer im Handel erhältlichen und daher bekannten

\-.-.;, Überwachungseinrichtung werden die Ausgangssignale jo ;.*: des Strommeßwandlers und des; Spannungsmeßwand- \ lers jeweils einem Proportionalverstärker zugeführ: und Γ. in einem Summationspunkt voneinander subtrahiert. Aus dem Ausgangssignal des dem Strommeßwandler ■ .-:■■ zugeordneten Proportionalverstärkers wird über einen !■'''■ Spitzenwertbildner, einen Impulsbreitenregler und $ einen Signalspannungserzeuger eine Signalspannung . £ erzeugt, die zusammen mit der am Summationspunkt _:;j entstehenden Spannung einem Analogschalter zuge-I führt ist Der Analogschalter wird jeweils für die Dauer \ der Signalspannung durchlässig geschaltet so daß die Iv am Summationspunkt anstehende Spannung in ein dem Analogschalter nachgeschaltetes Verzögerungsglied ; einspeisbar ist Das Ausgangssignal des Verzögerungs-

i gliedes ist einem Grenzwertmelder und parallel einem i Anzeigeinstrument zugeführt, :so daß die Zahj der ['■'■ ausgefallenen Lampen ersichtlich ist und bei Über-' schreitung einer gewissen Maximalzahl eine Schutz-

; ; maßnahme einleitbar ist Das Ausgangssignal des Verzögerungsgliedes ist ein Maß für die Anzahl der ausgefallenen Lampen, d. h. bei intaktem Lastkreis ist der Wert des Ausgangssignals Null. Durch das : Zusammenwirken von Spitzenwertbildner, Impulsbreitenregler und Signalspannungserzeuger wird jeweils im Augenblick des Strommaximums eine impulsförmige Signalspannung erzeugt deren Impulsdauer umgekehrt proportional zum Maximalwert des Stromes ist.

Diese bekannte Überwachungseinrichtung ist durchaus funktionstüchtig, jedoch sind nur in einer Helligkeitsstufe und mit sehr aufwendiger Justierung verläßli- eo ehe Anzeigewerte erhältlich.

Aus der Literaturstelle »J. Markus, »Electronic Circuits Manual«, McGraw-Hill, 1971, Seite 691« ist ein Momentanwertspeicher bekannt:, wobei auf die Verwendung zur Messung einer Signalamplitude verwiesen wird. Über die Art der Auswertung und über die Anwendung dieser Anordnung ist jedoch nichts ausgesagt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überwachungseinrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auch bei einem induktiven Lastkreis eine genaue Erfassung des relativen Anteils ausgefallener Lampen möglich ist

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gelöst:

a) Das Ausgangssignal Ui des Strommeßwandlers ist einem ersten Momentanwertspeicher und das Ausgangssignal U des an der Primärseite des Hochspannungstransformators liegenden Spannungsmeßwandlers einem zweiten Momentanwertspeicher zugeführt

b) die Momentanwertspeicher werden gleichzeitig bei Ansprechen des Extremwertdetektors für das Auftreten eines Extremums im Ausgangssignal Ui des Strommeßwandlers kurzzeitig eingeschaltet,

c) dem ersten Momentanwertspeicher ist ein erster Proportionalverstärker mit einstellbarem Verstärkungsfaktor k nachgeschaltet

d) die Differenz U—i ■ k)der Ausgangssignale U,i ■ k des zweiten Momentanwertspeichers und des ersten Proportionalverstärkers ist einem zweiten Proportionalverstärker mit einstellbarem Verstärkungsfaktor zugeführt

e) dem Grenzwertmelder ist ein Dividierglied zur Bildung des Quotienten

(U-i ■ k)/i ■ k

vorgeschaltet, das eingangsseitig mit den Ausgangssignalen des ersten und zweiten Proportionalverstärkers beaufschlagt ist

Durch die Momentanwertspeicher wird im Augenblick des Extremwertes des Stromes sowohl der aktuelle Strom als auch der aktuelle Spannungswert erfaßt. In der anschließenden Zeitspanne bis zum Auftreten des folgenden Extremwertes des Stromes kann in der Überwachungseinrichtung der relative Anteil der ausgefallenen Lampen bestimmt werden.

Der Extremwertdetektor kann vorteilhaft als Maximumdetektor ausgebildet sein. Damit erfolgt in jeder Periode der speisenden Netzspannung lediglich ein Erfassungsvorgang durch die Überwachungseinrichtung. Dies ist jedoch völlig ausreichend.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Maximumdetektor eingangsseitig die Parallelschaltung eines Differenziergliedes und eines Grenzwertdetektors auf, der dann anspricht wenn das Ausgangssignal des Strommeßwandlers einen Grenzwert übersteigt, deren Ausgangssignale konjunktiv verknüpft einem Nullspannungsdetektor zugeführt sind, dessen Ausgangssignal am Eingang einer monostabilen Kippstufe ansteht, deren Ausgangssignal die Momentanwertspeicher einschaltet

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der F i g. 1 bis 4 näher erläutert:

In F i g. 1 ist das Schaltbild einer Flugplatzbefeuerung dargestellt. Hierfür sind Niederspannungslampen 1 eingesetzt, die auf der Sekundärseite von primärseitig in Serie geschalteten Stromwandlern 2 gespeist werden. Zur Erfassung des in diesem Kreis fließenden Stromes / ist ein Strommeßwandler 3 eingesetzt, der sekundärseitig eine Bürde 4 speist, so daß an ihr eine stromproportionale Meßspannung Ui abfällt. Diese Meßspannung Ui ist einem Block 5 zugeführt, der einen Konstantstromregler 6 sowie die Überwachungsein-

richtung für den Lampenausfall 7 enthält. Die Stromwandler 2 werden von der Sekundärseite eines Hochspannungstransformators 8 gespeist. Der Hochspannungstransformator 8 ist primärseitig über den Konstantstromregler 6 an die Klemmen 9 und 10 des speisenden Wechselspannungsnetzes angeschlossen. Die Spannungserfassung erfolgt auf der Primärseite des Hochspannungstransformators 8 durch einen Spannungsmeßwandler 11, dessen Ausgangsspannung U dem Block 5 zugeführt ist.

F i g. 2 zeigt anhand eines Blockschaltbildes ein Ausführungsbeispiel der Überwachungseinrichtung 7. Das Ausgangssignal Ui des Strommeßwandlers 3 steht am Eingang eines ersten Momentanwertspeichers 12 an. Das Ausgangssignal U des Spannungsmeßwandlers U liegt am Eingang eines zweiten Momentanwertspeichers 13.

Die Momentanwertspeicher 12 und 13 werden über die Leitungen 14 und 15 durch das Ausgangssignal U\₆ des Maximumdetektors 16 jeweils im Maximum des Stromes / eingeschaltet. Zu diesem Zweck ist dem Maximumdetektor 16 eingangsseitig die den Strom / abbildende Meßspannung U_t des Strommeßwandlers 3 zugeführt, wo sie parallel an einem Differenzierglied 17 sowie einem Grenzwertdetektor 18 ansteht. Die Ausgangssignale U₁₇ und i/|₈ sind über ein UND-Glied

19 konjunktiv verknüpft einem Nullspannungsdetektor

20 zugeführt, die bei einem Nulldurchgang der Spannung i/17 und Vorhandensein eines positiven Ausgangssignals U\_S des Grenzwertdetektors 18 für die Restdauer des positiven Ausgangssignals des Grenzwertdetektors 18 ein L-Signai abgibt. Die Ausgangsspannung des Nullspannungsdetektors 20 ist mit Um bezeichnet. Mit der abfallenden Flanke des Signals U20 des Nullspannungsdetektors 20 wird eine nachgeschaltete flankengetriggerte monostabile Kippstufe 21 angestoßen, durch deren impulsförmiges Ausgangssignal U\t die Momentanwertspeicher 12 und 13 eingeschaltet werden.

Die Wirkungsweise des Maximumdetektors 16 wird im folgenden anhand des in Fig.3 dargestellten Impulsdiagramms erläutert. In diesem Impulsdiagramm ist ganz oben die durch Phasenanschnittssteuerung des Konstantstromreglers 6 am Ausgang des Spannungsmeßwandlers 11 anstehende Spannung U dargestellt Darunter ist der qualitative Verlauf des zugehörigen Stromes / durch die Stromwandler 2 sowie das am Bürdenwiderstand des Strommeßwandlers 3 anstehende entsprechende Spannungssignal Ui aufgezeichnet Nach unten folgend ist in F i g. 3 das Ausgangssignal U-\% des Grenzwertdetektors 18 veranschaulicht, der dann anspricht und ein Η-Signal abgibt, wenn die eingangsseitig anstehende Spannung U/ den eingezeichneten Grenzwert Δ U übersteigt Die nach unten anschließende Kurve in F i g. 3 zeigt die Ausgangsspannung Uu des Differenziergliedes 17. Die Ausgangsspannung L^o des Nullspannungsdetektors 20 geht — wie bereits oben erläutert — bei jedem Nulldurchgang der Spannung Un und gleichzeitigem Anstehen von einem Η-Signal des Grenzwertdetektors 18 von Η-Signal auf L-Signal über und verharrt dort für die Restdauer des Η-Signals der Spannung l/ie, wenn nach Auftreten eines Strommaximums der Strom / kontinuierlich abfällt Durch die abfallende Flanke beim Obergang von Η-Signal nach L-Signal der Spannung Ux des Nullspannungsdetektors wird die monostabile Kippstufe 21 angestoßen, die ein impulsförmiges Signal Uk abgibt, das zur Steuerung der Momentanwertspeicher 12 und 13 dient Wie aus F i g. 3 ersichtlich ist, tritt ein impulsförmiges Signal t/|₆ nur in jedem Maximum des Stromes / auf. Im Minimum des Stromes /, in dem ebenfalls ein Nulldurchgang der Ausgangsspannung Uu des Differenziergliedes 17 erfolgt, wird durch den Einfluß des Grenzwertdetektors 18 und der konjunktiven Verknüpfung der Signale Uv und U\s kein Einschaltimpuls für die beiden Momentanwertspeicher 12 und 13 erzeugt
Im folgenden wird weiter anhand des in F i g. 2 dargestellten Blockschaltbildes der Aufbau eines Ausführungsbeispiels der Überwachungseinrichtung erläutert Das Ausgangssignal ;' des ersten Momentanwertspeichers 12 ist einem ersten Proportionalverstärker 22 zugeführt, dessen Ausgangssignal / · k im Summationspunkt 23 von der Ausgangsspannung U des zweiten Momentanwertspeichers 13 abgezogen wird. Damit entsteht im Summationspunkt 23 die Spannung U-i ■ k. Diese Spannung ist dem Eingang eines zweiten einstellbaren Proportionalverstärkers 24 zugeführt, dessen Ausgangssignal am einen Eingang eines Dividiergliedes 25 ansteht. Am zweiten Eingang des Dividiergliedes 25 steht das Ausgangssignal des ersten einstellbaren Proportionalverstärkers 22 an, so daß der Quotient

(U-i ■ k)/i - Jt

gebildet wird. Dieses Signal repräsentiert den relativen Anteil der ausgefallenen Lampen und wird durch den Grenzwertmelder 26 auf seine Größe hin überwacht und am Anzeigeinstrument 27 angezeigt

Dies soll im folgenden anhand einer einfachen

mathematischen Überlegung veranschaulicht werden. Wenn — wie vorausgesetzt ist — Strom und Spannung im Maximum des Stromes erfaßt werden, kann der durch die Induktivitäten verursachte Anteil der Impedanz außer Betracht bleiben, so daß die Ermittlung des relativen Anteils A ausgefallener Lampen 1 auf die Ermittlung ohmscher Widerstände zurückgeführt ist Damit gilt für den relativen Anteil A ausgefallener Lampen:

Hierbei bedeutet:

A₀: Widerstand des intakten Kreises,
^D° A₁: Widerstand des Kreises mit ausgefallenen Lampen.

Damit gilt:

l
const ι - k

Daraus folgt:

i-k-ü

ik

Der Faktor Jt kann durch Einstellen des Verstärkungsfaktors des ersten einstellbaren Proportionalverstärkers 22 in jeder Helligkeitsstufe so angepaßt werden, daß der

Ausdruck U — i ■ k zu Null wird. Damit wird erreicht, daß unabhängig von der jeweils eingestellten Helligkeitsstufe stets der gleiche Anzeigewert bei gleicher Zahl von ausgefallenen Lampen auftritt.

In Fig. 4 ist die konkrete schaltungstechnische

Realisierung mit diskreten Bauelementen des in Fig. 2 dargestellten Blockschaltbildes angegeben. Die jeweils zusammengehörigen, einen Block bildenden diskreten Bauelemente sind gestrichelt eingerahmt.

Hier/u 3 Bkitl

Claims

Patentansprüche:

1. Überwachungseinrichtung für den Lampenausfall bei einer Flugplatzbefeuerung, bei der die Lampen über primärseitig in Reihe geschaltete Stromwandler gespeist werden, die an die Sekundärseite eines Hochspannungstransformators angeschlossen sind, der primärseitig über einen Konstantstromregler an einem Wechselspannungsnetz liegt, und bei der der Primärstrom der Stromwandler über einen Strommeßwandler und die Spannung über Spar.nungsmeßwandler erfaßt wird, wobei der Überwachungseinrichtung eingangsseitig die Ausgangssignale des Strommeßwandlers und des Spannungsmeßwandlers zugeführt sind, wobei eine Differenz aus zwei Signalen gebildet wird, die den Ausgangssignalen des Strommeßwandlers bzw. des Epannungsmeßwandlers proportional sind, und wobei am Ausgang der Überwachungseinrichtung ein Anzeigeinstrument zur Anzeige des relativen Anteils ausgefallener Lampen und ein Grenzwertmelder parallel angeordnet sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: