DE2848791A1

DE2848791A1 - Anordnung zur ueberwachung hochgespannter gleich- und wechselstroeme durch potentialgetrennte fehleranzeige

Info

Publication number: DE2848791A1
Application number: DE19782848791
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Broede; Gerhard Quast
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1978-11-10
Filing date: 1978-11-10
Publication date: 1980-08-07
Also published as: IT1125654B; NL189014B; IT7927188A0; DE2848791C3; NL7908085A; AT372194B; BE879862A; ATA703879A; CH644210A5; DE2848791B2; NL189014C

Description

Anordnung zur Überwachung hochgespannter Gleich- und
Wechsel ströme durch potentialgetrennte Fehleranzeige Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Überwachung hochgespannter Gleich- und Wechsel ströme durch potentialgetrennte Fehleranzeige, insbesondere von Heizströmen in Reisezugwagen.
Für eine Überwachung und Fehlerdiagnose sollen nach dem Wunsch der Bahnverwaltungen Zustände der Heizstromkreise auf einer Schalttafel für das Betriebspersonal ablesbar sein. Solche Schalttafeln befinden sich beispielsweise bei Reisezugwagen in Schränken der Seitengänge oder Einstiege. Normalerweise ist nur ein Sammelstörmelder als Meßinstrument vorhanden. Dabei kann über eine Leistungserfassung d.h. durch Strom- und Span nungserfassung der Grad des Fehlers erkannt werden. Das Erfassen des hochgespannten Stromes war bislang relativ aufwendig wegen der nötigen Potentialtrennung. Für Gleichströme benutzt man dazu entweder Magnetverstärker oder auch Chopperwandler, was recht teuer wird,und die bei Wechselstrom erforderlichen Meßwandler lassen die Schaltungen groß und schwer hinaus werden. Sie sind darübervoptimal auch nur für eine Frequenz auslegbar.
Aufgabe der Erfindung i.st es, hier Abhilfe zu schaffen. Dabei soll eine Schaltung erstellt werden, mit der auf einfache Weise die Potentialtrennung bewirkt werden kann und die ohne größeren Aufwand die Überwachung sowohl von Wechsel- wie auch Gleichströmen bei Heizkreisen gestattet.
Diese Aufgabe wird für eine Anordnung der eingangs bezeichneten Art dadurch gelöst, daß über den Spannungsabfall an einem vom zu überwachenden Strom durchflossenen Indikatorwiderstand ein an sich bekannter Optokoppler direkt gesteuert wird, dessen Empfängertranietor an eine Auswerteschaltung angeschlossen ist, die abhängig vom Fließen des Stromes im Indikatorwiderstand eine LED-Anzeigediode beeinflußt, vorzugsweise dunkelsteuert. Dabei kann gegebenenfalls an die Stelle eines besonderen Indikatorwiderstandes auch ein Teil des vom Gesamtstrom durchflossenen Heizwiderstandes treten.
Für eine Motorstrom/Gleichstrom-Istwerterfassung ist bereits eine Anordnung für Potentialtrennung unter Verwendung eines Optokopplers bekannt geworden (DE-OS 23 33 907). Bei dieser Anordnung geht es jedoch um die Erfassung von Meßwerten hoher Genauigkeit mit Zwischenstufungen, bei der der Optokoppler erst nach einer proportionalen Umsetzung des Gleichstromes in eine impulsbreiten- oder frequenzmodulierte- elektrische Wechselgröße zur Potentialtrennung herangezogen wird. Das steht im Gegensatz zur Erfindung, bei der es abgesehen vom andersartigen Verwendungszweck auf eine potentialgetrennte Fehleranzeiqe mit Ja/Nein-Entscheidung für hochgespannte Gleich- und Wechselströme ankommt und bei der der Optokoppler direkt vom zu überwachenden Strom gesteuert wird. Für Gleichstrom stellt sich die erfindungsgemäße Lösung gerade besonders einfach.
Vorteilhaft ist zur Überwachung von Wechsel strömen der Auswerteschaltung zusätzlich ein Zeit glied zugeordnet, das ein Aufleuchten der LED-Anzeigediode in den Halbperioden des Stromes verzögert, in denen der Optokoppler.stromrichtungsabhängig gesperrt ist.
Für zusätzliche Regelung des Stromes über ein in Reihe.mit Heizgruppen liegendes Regel schütz überbrückt zweckmäßig bei betriebsmäßiger Unterbrechung des Heizstromkreises durch das Regel schütz ein Hilfskontakt den dann sperrenden Empfängertransistor des Optokopplers, wobei einem Steuertransistor der Auswerteschaltung der Basisstrom über einen Parallelpfad zugeführt ist.
In weiter günstiger Schaltungsauslegung wird die einseitig an Masse liegende LED-Anzeigediode über einen elektronischen Speicher geschaltet, dessen Setzeingang mit der Batteriespannung, dem Kollektor des kurzschließenden Steuertransistors und einem Pol des quer an Masse liegenden Verzögerungs-Konden samt'bors verbunden ist.
An Hand eines schematischen Ausführungsbeispieles wird im folgenden die Erfindung näher erläutert. Die Figur der Zeichnung zeigt eine Überwachungsschaltung für den Heizstrom von Reisezugwagen.
An einer durch den Reisezugwagen geführten und mit 1 bezeichneten Zusammelschiene oder Hauptheizleitung können je nach Bahnstromversorgung der verschiedenen Länder die bekannten UIC-Spannungen anstehen. Es handelt sich um 3000 V=/1500 V=, 1500-/50 Hz, 1000 Es /16 2/3 Hz. Über eine Sicherung 2 und ein Regelschütz 3 mit Arbeitskontakt 3a gelangt der Heizstrom zu einer gruppierbaren Heizgruppe 4 mit Einzelwiderständen (es ist nur ein einzelner Widerstand gezeichnet) mit in Reihe liegendem Indikatorwiderstand 5 und von dort über eine Trennstelle 6 zur Masse 7. Je nach der an der Zugsammelschiene 1 anstehenden Spannung werden die Einzelwiderstände der Heizgruppe 4 gruppiert. Für die Erfindung ist es dabei gleich, ob die Heizgruppen in den Abteilen oder in zentralen Wärmetauscherkesseln oder in Klimaanlagen angeordnet sind. Mit 8 ist ein sogenannter Optokoppler bezeichnet mit Licht emittierender Sendediode 9 und einem Empfängertransistor 10. Der Optokoppler 8 trennt die eigentliche Auswerteschaltung 11 von der Hochspannung und macht sie potential frei. Der Empfängertransistor 10 wird bei Lichtbestrahlung durch die Sendediode 9 niederohmig, wodurch die Batteriespannung UB einen Strom gegen Masse 7 treiben kann. Der Spannungsabfall am Basiswiderstand 12 des Transistors 13 steuert diesen durch. Der Transistor 13 schließt damit den Folgekreis 14, bestehend aus Kondensator 15, Z-Diode 16, elektronischen Speicher 17 und LED-Anzeigediode 18 kurz. Die Stromversorgung UB über Widerstand 19 bricht damit zusammen und die LED-Anzeigediode 18 ist bei ordnungsgemäßem Fließen des Heizstromes damit dunkelgeschaltet. Die LED-Anzeigediode 18 ist in einer Überwachungsschalttafel untergebracht. Dies ist der -einfachste Fall zur Erfassung von Gleichströmen ohne Regelung, wobei in der folgenden Funktionsbeschreibung auf die Erfassung von Wechsel strömen Bezug genommen wird. Mit 3b ist noch ein Hilfskontakt des Regelschützes 3 bezeichnet, der in Verbindung mit Widerstand 20 und Diode 21 einen Parallelpfad zum Empfängertransistor 10 herstellt und bei taktender Regelung den Transistor 13 weiter mit Basisstrom versorgt und durchgesteuert hält.
Zur Funktion: Wird über den Kontakt 3a die Heizgruppe 4 an Spannung, z.B.
1000 V 16 2/3 Hz, gelegt, dann fließt über den Indikatorwiderstand 5 der Heizstrom und steuert über den Spannungsabfall den Optokoppler -thrthmUs Dabei wird jeweils nur die eine Halb periode wirksam und kann auch nur empfangen werden. Der Empfängertransistor 10 läßt somit einen pulsierenden Basisstrom durch, der den Transistor 13 in gleicher Weise auf- und zusteuert. Die Batteriespannung UB wird damit pulsierend dem Folgekreis 14 und über die Z-Diode 16 dem elektronischen Speicher 17 zugeführt. Der elektronische Speicher 17 würde gesetzt und die LED-Anzeigediode 18 leuchten. Der zu Transistor 13 parallelgeschaltete Kondensator 15 verhindert dies. In den Sperrpausen des Transistors 13 muß der Kondensator 15 erst wieder aufgeladen werden, bevor der elektronische Speicher 17 gesetzt und die LED-Anzeigediode 18 aufleuchten kann. Er ist so bemessen, daß er die Zeit bis zur nächsten Halbwelle, wenn der Transistor 13 wieder leitend ist, überbrückt. Die LED-Anzeigediode 18 bleibt somit auch bei Heizwechselstrom dunkel und zeigt korrekt fließenden Heizstrom an. Bisher hatte noch keine TempeA raturregelung eingegriffen. Ohne besondere Hilfsmittel würde bei einem Ansprechen des Regelschützes 3 zur Temperaturregelung nach 2-Punktregelung (Kontakt 3a nähme die gezeigte Stellung ein) fälschlicherweise ein Fehler signalisiert, da der Strom über die Heizgruppe 4 fehlen würde. Um dies zu verhindern, wird über Hilfskontakt 3b mit einem Parallelpfad der Empfängertransistor 10 überbrückt. Der Strom verläuft damit von UB über 3b,20,2 weiter zur Basis des Transistor 13 und hält diesen durchgesteuert. Die LED-Anzeigediode 18 bleibt damit dunkel; der Heizstromkreis ist fehlerfrei. Wird vom Regel schütz 3 der Kontakt 3a geschlossen, dann fließt wieder normaler Heizstrom und die LED-Anzeigediode 18 bleibt ebenfalls dunkel.
Tritt dagegen - Temperaturregelung wird zunächst ausgeklammert -z.B. ein echter Fehler mit Stromunterbrechung durch Ausfall eines Heizelementes auf, dann wäre zwar Kontakt 3a geschlossen jedoch könnte die Sendediode auch in der normalen Durchlaßhalbperiode keinen Strom signalisieren. Dementsprechend wäre auch Empfängertransistor 10 des Optokopplers 8 gesperrt. Da auch Hilfskontakt 3b geöffnet ist, wäre in allen folgenden Halbperioden Transistor 13 gesperrt. Der Kondensator 14 könnte sich aufladen und nach Schwellwertüberschreitung würde der elektronische Speicher 17 gesetzt werden und die LED-Anzeigediode 19 einen Fehler korrekt anzeigen.
Die vorgesehene Temperaturregelung mit dem Regel schütz 3 und seinen Kontakten 3a,3b würde ohne den noch vorgesehenen elektronischen Speicher 17 Schwierigkeiten bringen. Mit dem Ausschalten-des Regelschützes 3 würde nämlich Hilfskontakt 3b schließen und trotz des geschilderten Fehlers ein Fließen des Heizstromes weiter melden. Das Personal könnte dadurch zeitweilig getäuscht werden. Erst mit dem Schließen von Arbeitskontakt 3a des Regelschützes, d.h. nach gewisser Zeit würde die LED-Anzeigediode 18 aufleuchten. Der elektronische Speicher 17 verhindert eine solche Täuschung. Er wird als bistabile Stufe bereits beim Auftreten des Fehlers nach Aufladung des Kondensators 15 und einer Schwellwertüberschreitung gesetzt und ist dann vom Eingang her nicht mehr beeinflußbar. Durch das Setzen des Speichers leuchtet die LED-Anzeigediode 18 auch bei kurzzeitigem Fehlersignal (>1 Halbwelle) und taktendem Regler ständig. Das Rücksetzen des elektronischen Speichers 17 erfolgt bei einem Wiedereinschalten der Batteriespannung UB nach einem Abschalten derselben, d.h. wenn die Heizung betriebsmäßig ausgeschaltet war oder bei fehlender Spannung an der Zugsammelschiene .1 auch die Batteriespannung abgeschaltet war. Ist der Fehler dann noch vorhanden, kommt die Fehleranzeige sofort wieder. Der elektronische Speicher kann auch durch ein Relais mit Selbsthaltekontakt ersetzt werden, das in geeigneter Weise angesteuert wird.
Die Anordnung nach der Erfindung ist einfach aufgebaut, billig und sicher. Entsprechende Geräte können sehr klein gebaut werden, so daß eine lückenlose Überwachung jedes einzelnen Heizkreises möglich wird.
4 Patentansprüche 8 Seiten Beschreibung

Claims

Patentansprüche: Anordnung zur Überwachung hochgespannter Gleich- und Wechselströme durch potentialgetrennte Fehleranzeige, insbesondere von Heizströmen in Reisezugwagen, dadurch gekennzeichnet, daß über den Spannungsabfall an einem vom zu überwachenden Strom durchflossenen Indikatorwiderstand (5) ein an sich bekannter Optokoppler (8) direkt gesteuert wird, dessen Empfängertransistor (10) an eine Auswerteschaltung (11) angeschlossen ist, die abhängig vom Fließen des Stromes im Indikatorwiderstand (5) eine LED-Anzeigediode (18) beeinflußt, vorzugsweise dunkelsteuert.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung von Wechsel strömen der Auswerteschaltung (11) zusätzlich ein Zeitglied (Kondensator 55) zugeordnet ist, das ein Aufleuchten der LED-Anzeigediode (18) in den Halbperioden des Stromes verzögert, in denen der Optokoppler (8) stromrichtungsabhängig gesperrt ist.
3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2 für zusätzliche Regelung des Stromes über ein in Reihe mit Heizgruppen liegendes Regelschütz, dadurch gekennzeichnet, daß bei betriebsmäßiger Unterbrechung des Heizstromkreises durch das Regelschütz 3 (Kontakt 3a) ein Hilfskontakt 3b den dann sperrenden Empfängertransistor (10) des Optokopplers (8) überbrückt, wobei einem Steuertransistor (13) der Auswerteschaltung (11) der Basisstrom über einen Parallelpfad (UB, 3b, 20, 21) zugeführt ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einseitig an Masse liegende LED-Anzeigediode (18) über einen elektronischen Speicher (17) geschaltet wird, dessen Setzeingang mit der Batteriespannung (i), dem Kollektor des kurzschließenden Steuertransistors (13) und einem Pol des quer an Masse liegenden Verzögerungs-Kondensators (15) verbunden ist.