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Sicherheitseinrichtung für ein aus einer Oberleitung
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gespeistes Transportsystem Stand der Technik Die Erfindung geht aus
von einer Einrichtung zur Erhöhung der Sicherheit bei Transportsystemen nach der
Gattung des auptanspruchs. Beim Betrieb von aus einer Oberleitung gespeisten Transportsystemen,
beispielsweise Obussen, ergeben sich besondere Sicherheitsprobleme dadurch, daß
die Fahrzeugmasse nur über einen relativ hohen Widerstand, der im wesentlichen aus
den Fahrzeugreifen und der Fahrbahndecke gebildet ist, mit dem Erdpotential verbunden
ist. Zum Schutz gegen gefährliche Berührungsspannungen wird deshalb gemäß den einschlägigen
Sicherheitsvorschriften die mit der Oberleitung verbundene Anlage im Fahrzeug grundsätzlich
doppelt isoliert ausgeführt. Als weitere Schutzmaßnahme sind zwei alternative Verfahren
gebräuchlich.
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In einem Verfahren wird das Netz beidseitig isoliert ausgeführt und
der Iscjationszustand jedes Speiseabschnittes und der darin befindlichen Fahrzeuge
über eine hochohmige Überwachungseinrichtung ständig in einer Zentrale überwacht.
Tritt beispielsweise ein Isolationsschaden in einem Fahrzeug auf, so ändert sich
der
Widerstand dieser Leitung zur Erde und durch die überwachungseinrichtung wird Alarm
ausgelöst. Bevor durch einen zweiten Fehler Fahrgäste gefährdet werden, erfolgt
in diesem Falle meist ein Abschalten des gesamten Oberleitungsabschnittes. Eine
Gefährdung von Fahrgästen tritt erst bei einem Doppelfehler auf. Beispielsweise
tritt eine Gefährdung für ein- und aussteigende Fahrgäste ein, wenn der eine Pol
der Leitung durch einen Isolationsschaden an der Leitung oder in einem zufällig
gut mit Erde verbundenen Fahrzeug re]ativ niederohmig mit Erde verbunden ist und
eln zweiter Isolationsfehler zwischen dem anderen Pol und einem Fahrzeug auftritt,
das zufällig.
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hochohmig mit Erde verbunden ist. Das Anbringen einer hochohmigen
überwachungseinrichtung hat den Nachteil, daß die zentrale Überwachung relativ unempfindlich
sein muß, weil sich in einem ausgedehnten Netz mit mehreren Fahrzeugen die im einzelnen
ungefährlichen Ableitströme zu relativ großen Summenströmen addieren können. Andererseits
kann ein Strom von der Größe des Summenstroms im Einzelfall eine erhebliche Gefährdung
darstellen. So können im Grenzfall zwischen der Fahrzeugmasse eines Oberleitungsfahrzeuges
und dem Frdpotential Spannungen auftreten, die gleich der Speisespannung des Netzes
sind.
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Ein weiterer Nachteil dieses Systems besteht darin, daß keine sich
kompensierenden Doppelfehler erkannt werden können.
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Bei einer anderen Anordnung wird ein Pol des Netzes (in der Regel
der Minuspol) an den jeweiligen Einspeisepunkten der voneinander getrennten Netzabschnitte
geerdet. Diese Maßnahme ist zwar einfacher als das vollisolierte Netz, jedoch kann
bereits ein Isolationsfehler zwischen dem nicht geerdeten Pol und der Masse eines
Fahrzeuges zu Berührungsspannungen in Höhe der Speisespannung
führen.
Deshalb sind solche Fahrzeuge mit einem Isolationswächter ausgerüstet. In einer
Variante werden diese Isolationswächter einerseits mit dem Fahrzeug, andererseits
mit einem oder mehreren gegen das Fahrzeug isolierten Erdschleifern ausgerüstet
und die Spannung zwischen dem Fahrzeug und den Erdschleifern gemessen.
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Bei Überschreiten eines Grenzwertes erfolgt eine Gefahrenmeldung für
den Fahrer.
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Diese Anordnung hat den Nachteil, daß der Erdungswiderstand der Erdschleifer
je nach Fahrbahnbeschaffenheit in einem sehr großen Bereich schwankt. Eine wirklich
kontinuierliche Oberwachung ist deshalb trotz hoher Empfindlichkeit dieser Einrichtung
nicht möglich. Zudem wird der über die wesentlich niederohmiger geerdeten Reifen
abfließende Leckstrom nicht erfaßt.
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In einer anderen Variante wird statt der Erdschleifer als Bezugspunkt
für die Fehlerspannungsmessung der im Speisepunkt geerdete Pol der Fahrleitung benutzt.
Über eine Kombination von Zenerdioden mit höherer Durchbruchspannung als die Netzspannung
wird die Fehlerspannung zwischen der Fahrzeugmasse und dem Stromabnehmer, der mit
dem geerdeten negativen Pol der Fahrleitung verbunden ist, gemessen. Durch die Verbindung
des Uberwachunggerätes über je eine Zenerdiodenkombination mit jedem Stromabnehmer
wird sichergestellt, daß die Uberwachungseinrichtung auch dann funktioniert, wenn
die beiden Stromabnehmer vertauschl angelegt werden. Durch diese Verbindung wird
aber gerade die hochwertige doppelte Isolation zwischen Fahrzeugmasse und Fahrleitung
durch Halbleitersperrschichten überbrückt. Bei einem Fehler er Halbleiter entsteht
unvermeidlich eine gefährliche
Berührungsspannung. Weiterhin kann
der im Speisepunkt geerde Pol der Fahrleitung bei starker Netzbelastung in dem von
der Einspeisung entfernten Bereichen betriebsmäßig Spannungen annehmen, die in die
Größe von gefährlichen Berührungsspannungen kommen. Um diesen Spannungsabfall erhöht
sich zudem die Ansprechschwelle des Überwachungsgerätes.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß in jedem denkbaren
Fehlerfall die mögliche Fehlergleichspannung auf die Hälfte der Speisespannung des
Netzes begrenzt ist. Symmetrische Fehlerströme in einem Fahrzeug kompensieren sich
bezüglich der resultierenden Fehlergleichspannung des Fahrzeuges gegen Erdpotential.
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Des weiteren ist die Verbindung des Sternpunktes mit der Erde einfach
und kostengünstig durchführbar und auch bei bestehenden Anlagert 'nicht nachrüstbar.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung
möglich.
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So ist es günstig, in die Verbindungsleitung von Tranformatorsternpunkt
zur Erde einen Wechselstromwandler zu schalten. Dadurch kann der Wechselstromanteil
des Erdstroms gemessen werden, der sich bei einem auftretenden Fehlerstrom durch
einen an der gleichgerichteten Spannung liegenden Leiter gegen Erde einstellt. Will
man in jedem Fahrzeug eine Überwachung vornehmen, ist es vorteilhaft, die dem Fahrzeug
von den Stromabnehmern zugeführten Kabel parallel und gleichsinnig durch den Kern
eines Wechselstromwandlers zu führen. Dadurch kann in jedem Fahrzeug der Wechselstromanteil
des Erdstromes gemessen werden, der bei einem Isolationsfehler im Fahrzeug auftritt.
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Wenn beispielsweise auf dem Dachaufbau elektrische,Einrichtungen montiert
sind, die elektrisch mit dem Bordnetz und der Fahrzeugmasse verbunden sind, werden
in einer weiteren Ausbildung der Erfindung alle zusätzlichen elektrischen Leitungen
parallel und gleichsinnig durch den Kern des Stromwandlers geführt. Durch diese
Maßnahme werden auch Fehlerströme erfaßt, die von den.Stromabnehmern über die elektrischen
Zusatzeinrichtungen,beispielsweise auf dem Daehaurbau abfließen.
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Um durch Störimpulse mögliche Meßfehler auszuschalten und um auch
bei geringen Fehlerströmen schon eine Anzeige zu bekommen, ist es günstig, den Stromwandlern
Selektivverstärker nachzuschalten. Weiterhin ist es vorteilhaft, an den Stromwandlern
direkt oder an dem Selektivverstärker Signalauswerteeinrichtungen anzuschließen,
die beim Auftreten eines Fehlerstromes ein optisches und/oder akustisches Signal
abgeben oder die Fahrspannung unterbrechen.
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Vorteilhaft ist es auch, den selektiven Verstärker phasenempfindlich
auszubilden, so daß kapazitive Erdströme nicht zu einer Fehlermeldung führen.
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Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig.
1 die Stromversorgung eines Obus-Netzes mit einem in die Verbindungsleitung zwischen
Transformatorsternpunkt und Erde eingeschalteten Wechselstromwandler, Fig. 2 einen
Obus mit einem im Fahrzeug angebrachten Wechselstromwandler.
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Beschreibung der Erfindung Fig. 1 zeigt die Sekundärwicklungen 1,
2, 3 eines nicht weiter dargestellten Drehstromtransformators. Die eine Seite der
drei L3ekund!irwicklung;en isl; sternfOrmi.g zllsalnmengefaßt und über einen Stromwandler
4 mit der Erde verbunden. Die andere Seite der Sekundärwicklungen führt jeweils
zu der Anode der Dioden 6, 7 und 8. Die Kathode der Dioden 6, 7 und 8 ist zusammengefaßt
und führt über eine Leitung 9 zum nicht dargestellten positiven Einspeisungspunkt
einer Oberleitung eines Transportsystemes.
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Des weiteren sind an die Sekundärwicklungen 1, 2 und 3 jeweils eine
Kathode der Dioden 105 11, 12 angeschlossen.
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Die andere Seite der Dioden 10, 11 und 12 ist an eine gemeinsame Leitung
13 angeschlossen, die ihrerseits mit der nicht dargestellten negativen Einspeisungsstelle
eines Oberleitungsnetzes für Transportsysteme in Verbindung steht.
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Durch die Erdung des Sternpunktes der Sekundärwicklungen des Netztransformators
haben die am positiven und am negativen Pol anliegenden Teilspannungen gegen Erde
nur den halben.Wert. Beträgt der Gleichsspannungsanteil zwischen den Fahrleitungen
beispielsweise 600 Volt, so ist die Spannung von jedem Pol zur Erde nur 300 Volt.
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Durch diese Halbierung der möglichen Erdspannung, ist die gefährdende
Spannung nur halb so groß wie die Speisespannung des Netzes. Dadurch werden die
Unfallgefahren zwar nicht ausgeschlossen, jedoch beachtlich gemindert.
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Während die Speisespannung zwischen den Polen einen Wechselspannungsanteil
von etwa 10 % mit einer Grundfrequenz von 300 Hz aufweist, haben die beiden Teilspannungen
gegen
den geerdeten Sternpunkt einen Wechselspannungsanteil von ca. 40 % mit einer Grundfrequenz
von 150 Hz, wenn die Frequenz der Speisespannung 50 Hz beträgt. Ein möglicherweise
auftretender Fehlerstrom eines Leiters gegen Erde hat dementsprechend einen Wechselstromanteil
von ca.
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40 %. Dieser Effekt wird filr die Fehlerstromüberwachung durch den
Wechselstromwandler 4 herangezogen. Durch den hohen Wechselstromanteil des möglichen
FehlerstromesF der nur durch einen dreipulsigen Gleichrichter gleichgerichtet ist,
kann hier ein robuster und kostengünstiger einfacher Wechselstromwandler eingesetzt
werden. Symmetrische Fehlerströme von den beiden Polen der Fahrleitung gegen Erde
kompensieren sich im Wecllselstromwandler zwar bezüglich des Gleichstromanteils,
die 150 Hz-Komponenten der Wechselstromanteile addieren sich aber im lleclselstromwandler.
Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung kann deshalb die Summe der Fehler ströme von
beiden Polen der Fahrleitung gegen Erde ermessen und überwacht werden.
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In Fig. 2 ist schematisch ein Obus dargestellt, der von einer Stromversorgungseinrichtung
nach Fig. 1 gespeist wird. Auf einem gegenüber dem Fahrzeug 15 durch Isolatoren
16 isolierten Dachträger 17 sind zwei Stromabnehmer 18 montiert, die auf zwei nicht
dargestellten Fahrdrähten schleifen. Die durch eine Hülse 19 geführten Fahrleitungen
führen zur Antriebsanlage 20.
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Von einer mit der Fahrzeugmasse und mit der Antriebsanlage 20 verbundenen
Bordnetzanlage 21 führt eine Leitung über eine weitere Ilülse 22 zu einer auf dem
isolierten Dachaufbau 17 angebrachten Stelleinrichtung für die Stromabnehmer 23.
Die Hülsen 19 und 22 werden von einem Kern 24 umschlossen; der zusammen mit einer
auf dem Kern aufgebrachten Spule 25 einen Stromwandler bildet.
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Der Stromwandler steht mit dem Eingang eines selektiven Verstärkers
26 in Verbindung, dessen Ausgang an eine Anzeigeeinrichtung 27 angeschlossen ist.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der gleiche Effekt, nämlich die
Addition und die Messung der Wechselstromanteile der Fehlerströme, für eine Überwachungseinrichtung
in jedem Fahrzeug ausgenutzt. Die Stromabnehmer 18 sind in aller Regel auf dem Dachträger
17 beweglich montiert, wobei der Dachträger 17 sowohl gegen die Stromabnehmer 18
als auch gegen das Fahrzeug 15 isoliert ist. Die Stromabnehmerkabei werden parallel
und gleichsinnig durch den Kern des Wechselstromwandlers geführt. Dieser wirkt als
Differenzstromwandler, d.h.
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der Betriebsstrom der Antriebsanlage ist im Stromwandler wirkungslos.
Der Wechselstromanteil der von der Antriebsanlage über das Fahrzeug zur Erde fließenden
Fehlerströme wird aber, wie zuvor beschrieben, erfaßt, wobei sich auch die Wechselspannungskomponenten
von symmetrischen Fehlern im Wandler addieren. Da oft sehr kleine Fehlerströme ausgewertet
werden müssen, ist an den Stromwandler zur Verstärkung und zur Verringerung von
Fehlimpulsen der selektive Verstärker 26 angeschlossen. Dieser verstärkt hauptsächlich
Frequenzen um 150 Hz.
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Hierbei wird davon ausgegangen, daß die Netzfrequenz, die in die Sekundärwicklungen
1, 2, 3 des Netztransformators übertragen wird, 50 Hz beträgt. Wird eine andere
Netzfrequenz benutzt, beispielsweise 60 Hz, so hat die im Stromwandler 25 induzierte
Wechselspannung ebenfalls den dreifachen Wert der Grundfrequenz, in diesem Fall
also 180 Hz. Der selektive Verstärker wäre dann für diese Frequenz auszulegen. Wird
der selektive Verstärker 26 zusätzlich phasenempfindlich ausgeführt, so können Ausgangssignale
bei kapazitiven Erdströmen unterdrückt werden. Durch die Anzeigeeinrichtung 27 wird
beim Auftreten eines Fehlerstroms dem Fahrer des Fahrzeugs ein akustisches und/oder
optisches Signal gegeben oder gleich die Fahrspannung unterbrochen. Dadurch erübrigt
sich das Abschalten des gesamten Netzes, wenn in einem Fahrzeug ein Schaden auftritt.
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Wenn auf den durch Isolatoren 16 isolierten Dachträger 17 elektrische
Einrichtungen 23 montiert sind, die elektrisch mit dem Bordnetz des Fahrzeugs verbunden
sind, beispielsweise Stellmotoren und Meßwertgeber bei automatisch betätigten Stromabnehmern,
so sind auch alle zusätzlichen elektrischen Leitungen vom Dachträger 17 durch die
Hülse 22 parallel und gleichsinnig durch den Kern 24 des Stromwandlers geführt.
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Durch diese Maßnahme werden auch Feblerströme erfaßt, die von den
Stromabnehmern 18 aber die elektrische Zusatieinrichtungen 23 aui dem Dachträger
17 abfließen.
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Durch die erfindungsgemäßen Einrichtungen wird die maximal mögliche
Fehlerspannung gegenüber den bisher bekannten Systemen nahezu ohne zusätzliche Kosten
halbiert. Obwohl sich die in einem Fahrzeug auftretenden symmetrischen Fehlerströme
bezüglich der resultierenden Fehlergleichspannung gegenseitig kompensieren, werden
mit Hilfe der sich addierenden Wechselstromanteile in einer einfachen Meßanordnung
symmetrische wie unsymmetrische Fehler ströme zuverlässig erfaßt.
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Sicherheitseinrichtung für ein aus einer Oberleitung gespeistes Transportsystem
Zusammenfassung Es wird ein Sicheorheitseinrichtung vorgeschlagen, die zum Schutz
von Personen in einem aus einer zweipoligsen Gleichstrom-Oberleibung versorgten
Transportsystem mit trummibereiften Fahrzeugen dient. Die Sicherheitseinrichtung
umfaßt eine sekundärseitige Steruschaltung des Versorgurigstransformators, dessen
Sternpunkt mit dem Erdpotential verbunden ist. Die dadurch entstehende Welligkeit
der gleichgerichteten Teilspannungen gegen Erdpotential ermöglicht die Erfassung
von Fehlerströmen mit einfachen Wechselstromwandlern.
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