DE2848791B2

DE2848791B2 - Anordnung zur Überwachung hochgespannter Ströme

Info

Publication number: DE2848791B2
Application number: DE2848791A
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: 1980-11-20
Also published as: CH644210A5; IT1125654B; IT7927188A0; DE2848791A1; NL7908085A; ATA703879A; NL189014C; NL189014B; BE879862A; DE2848791C3; AT372194B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Überwachung hochgespannter Ströme durch eine potentialgetrennte Anzeige unter Verwendung eines vom zu überwachenden Strom durchflossenen Indikatorwiderstandes, über dessen Spannungsabfall eine als Optokoppler zu bezeichnende Anordnung mit einer lichtemittierenden Einrichtung gespeist wird, die eine zugeordnete Lichtempfängereinrichtung mit nachgeschalteter Auswerteschaltung beeinflußt

Eine derartige Anordnung ist zum Beispiel zur Strommessung in Hochspannungsleitungen bekanntgeworden (DE-PS 640 335). Dabei wird der Strom über einen in einem Hohlisolator untergebrachten Meßwiderstand geschleift und speist eine Lampe, deren Licht eine Empfängereinrichtung mit nachgeschaltetem Meßinstrument oder ein Kontaktthermometer beeinflußt. Als Empfängereinrichtung dient dabei eine Fotooder Selenzelle. Abhängig vom Lichteinfall kann damit gemessen, geschaltet oder gesteuert werden.

Derartige Einrichtungen, für Hochspannungs-Freilei-

tungsanlagen konzipiert, sind schwer und benötigen einen hohen Raumbedarf, Sie sind für eine Überwachung von Betriebsschalttafeln in Reisezugwagen wenig geeignet

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltung für eine Betriebsschalttafel in Reisezugwagen zu erstellen, mit der auf einfache Weise auf engem Raum potentialgetrennt und genau die Überwachung von Wechsel- und auch Gleichströmen in den Heizkreisen der Reisezugwagen überwacht werden kann. Dabei soll ein Fließen oder Nichtfließen des Stromes in jedem Heizkreis festgestellt werden können. Dem liegt der Wunsch der Bahnverwaltungen zugrunde, daß für eine Überwachung und Fehlerdiagnose die Zustände der Heizstrom-

kreise auf einer Schalttafel für das Betriebspersonal ablesbar sein sollen. 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 Spannungserfassung der Grad des Fehlers erkannt werden. Das Erfassen des hochgespannten Stromes war bislang relativ aufwendig wegen der nötigen Potentialtrennung. Für Gleichströme benutzte man dazu entweder Magnetverstärker oder auch Chopperwandler. was recht teuer wird. Die bei Wechselstrom erforderlichen Meßwandler lassen die Schaltungen groß und schwer werden. Sie sind darüberhinaus optimal auch nur für eine Frequenz auslegbar.

Die gestellte Aufgabe wird für eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art nun dadurch gelöst, daß für die Überwachung des als Gleich- oder Wechselstrom auftretenden hochgespannten Heizstromes in Reisezugwagen ein aus Sendediode und Empfängertransistor aufgebauter Optokoppler Verwendung findet, daß die Auswerteschaitung abhängig vom Fließen eines Stromes im Indikatorwiderstand eine LED-Anzeigediode dunkelsteue, t :>nd daß zur Oberwachung eines Wechselstromes der Auswerteschaitung zusätzlich ein Zeitglied zugeordnet ist, das ein Aufleuchten der LED-Anzeigediode in den Halbperioden des Stromes verzögert, in denen der Optokoppler stromrichtungsabhängig gesperrt ist Dabei kann ggf. an die Stelle eines besonderen Indikatorwiderstandes auch ein Teil des vom Gesamtstrom durchflossenen Heizwiderstandes treten.

Für eine Motorstrom/Gleichstrom-Istwerterfassung ist bereits eine Anordnung zur Potentialtrennung unter

so Verwendung eines auch für sich bekannten Optokopplers bekanntgeworden (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 Fehleranzeige 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 erfindiingsgemäße Lösung gerade besonders

es einfach.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung überbrückt zweckmäßig für zusätzliche Regelung des Stromes über ein in Reihe mit Heizgruppen liegendes Regelschütz bei

betriebsmäßiger Unterbrechung des Heizstromkreises durch das Regelschatz ein Hilfskontakt den dann sperrenden Empfängertransistor des Optokopplers, wobei einem Steuertransistor der Auswerteschaltung der Basisstrom Ober einen Parallelpfad zugeführt ist. s

In weiter günstiger Schaltungsauslegung wird die einseitig an Masse liegende LED-Anzeigediode Ober einen elektronischen Speicher geschaltet, dessen Setzeingang mit der Batteriespannung, dem Kotlektor des kurzschließenden Steuertransistors und einem Pol des quer an Masse liegenden Verzögerungs-Kondensators 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 31)00 V=/I50ö V=, 1500+/50 Hz, 1000 V-/162/3 Hz. Ober 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 Zugsammeischiene 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 3s trennt die eigentliche Auswerteschaltung 11 von der Hochspannung und macht sie potentialfrei. 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 ordnungsgemäßen 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 Wechselströmen Bezug genommen wird. Mit 3b ist noch ein Hilfskontakt des Regelschützes 3 bezeichnet, der in Verbindung mit Widerstand 20 und Diode 21 ss einen Parallelpfad zum Empfängertransistor 10 herstellt und bei taktender Regelung den Transistor 13 weiter mit Basisstrom versorgt und durchgesteuert hält.

Zur Funktion

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Wird über den Kontakt 3a die Heizgruppe 4 an Spannung, z. B. 1000 V 16²/₃ Hz, gelegt, dann fließt über den indikatorwiderstand 5 der Heizstrom und steuert über den Spannungsabfall den Optokoppler 8 im 16²/3Hz-Rhythnm^B. Dabei wird jeweils nur die eine Halbperiode wirksam und kann auch nur empfangen werden. Der Empfängertransistor 10 läßt somit einen Dulsierenden Basisstrom durch, der den Transistor 13 in gleicher Weise auf- und zusteuert. Die Batteriespannurig Ub wird damit pulsierend dem Folgekreis 14 und ober 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 parallelgesch?ltete 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 Temperaturregelung 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 dip Heizgruppe 4 fehlen würde. Um dies zu verhindern, wird f-ber Hiifskontakt 3b mit einem Parallelpfad der Empfängertransistor 10 überbrückt Der Strom verläuft damit von Ub über 3b, 20,21 weiter zur Basis des Transistors 13 und hält diesen durchgesteuert Die LED-Anzeigediode 18 bleibt damit dunkel; der Heizstromkreis ist fehlerfrei. Wird vom Regelschütz 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 18 einen Fehler korrekt anzeigen.

Die vorgesehene Temperaturregelung mit dem Regelschütz 3 und seinen Kontakten 3a, 36 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 zeitweise 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 Leim 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 Zugsammeischiene 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 Selbsthaitekontakt 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

Ί. Schaltungsanordnung zur Überwachung hochgespannter Ströme durch eine potentialgetrennte Anzeige unter Verwendung eines vom zu Oberwachenden Strom durchflossenen Indikatorwiderstandes, über dessen Spannungsabfall eine als Optokoppler zu bezeichnende Anordnung mit einer lichtemittierenden Einrichtung gespeist wird, die eine zugeordnete Lichtempfängereinrichtung mit nachgeschalteter Auswerteschaltung beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß für die Überwachung des als Gleich· oder Wechselstrom auftretenden hochgespannten Heizstromes in Reisezugwagen ein aus Sendediode (9) und Empfängertransistor (10) aufgebauter Optokoppler (8) Verwendung findet, daß die Auswerteschaltung (11) abhängig vom Fließen eines Stromes im Indikatorwiderstand (S) eine LED-Anzeigediode (18) dunkelsteuert end daß zur Überwachung eines Wechselstromes der Auswerteschaitung (ii) zusätzlich ein Zeitglied (Kondensator 15) zugeordnet ist, das ein Aufleuchten der LED-Anzeigediode (18) in den Halbperioden des Stromes verzögert, in denen der Optokoppler (8) stromrichtungsabhängig gesperrt ist
2. Anordnung nach Anspruch 1 für zusätzliche Regelung des Stromes über ein in Reihe mit Heizgruppen liegendes Regelschütz, dadurch gekennzeichnet, daß bei betriebsmäßiger Unterbrechung deu Heizstromkreises durch das Regelschütz 3 (Kontakt 3a) ein HilfsHntakt (3b) den dann sperrenden Empfängertransistor (10) des Optokopplers (8) überbrückt, wobei -r-inem Steuertransistor (13) der Auswerteschaltung (11) der Basisstrom über einen Parallelpfad (Ub, 3b, 20,21) zugeführt ist
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einseitig an Masse liegende LED-Anzeigediode (18) über einen elektronischen Speicher (17) geschaltet wird, dessen Setzeingang mit der Batteriespannung (Ub), dem Kollektor des kurzschließenden Steuertransistors (13) und einem Pol des quer an Masse liegenden Verzögerungs-Kondensators (15) verbunden ist