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"Anordnung zur Erfassung des Ausfalls von über Stromwandler
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gespeisten ohmschen Verbrauchern" Die Erfindung bezieht sich auf
eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Hauptansprucbs.
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So sind stromgeregelte Befeuerungskreise benannt, in denen Stromwandler
mit ihren Primärwicklungen in Reihe geschaltet sind, deren Sekundärwicklungen durch
eine Lampe belastet sind. Eine derartige Anordnung ist als Beispiel erwähnt, da
die nachfolgend beschriebenen Messungen und Auswertungen in jedem beliebigen aus
primärseitig in Serie geschalteten Stromwandlern mit sekundärseitigen ohmschen Belastungswiderständen
bestehenden Serienstromkreis erfolgen können.
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Es sei in diesem Zusammenhang auf die AEG-Druckschrift "Befeuerungsanlagen
für Verkehrsflughäfen", 5250.500 V2/0164 hingewiesen.
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Die heutigen internationalen Vorschriften stellen hohe Anforderungen
an die Zuverlässigkeit der Befeuerungsanlagen und verlangen eine prozentuale Aussage
über die noch intalrten Lampen oder entsprechend eine Aussage über den prozentualen
Ausfall von Lampen innerhalb eines Befeuerungssystems. Dabei ist als Befeuerungssystem
(z. B.
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A@flugbef@u@rung) (IC Aiordnwi£ zu verstehen, bei der mehrere einzelne
Befeuerungskreise durch Anordnung, der Lampen und parallele Ansteuerung der jeweiligen
Einspeisung in den Serienkreis zu einer Einheit verknüpft sind.
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Der Ausfall eines Feuers kann verschiedene Ursachen haben, wobei das
Durchbrennen des Glühfadens (LA) aufgrund der begrenzten Lebensdauer von Glühlampen
am häufigsten vorkommt. Daneben führen auch Kurzschluß im Sekundärkreis des Lampentransformators
(KS) und Dopeleidschluß im Serienstromkreis (DE) zum Ausfall (Fig. 1). Der Lampenausfall
in einem Serienstromkreis kann jeweils die gleiche als auch verschiedene Ursachen
haben. Ebenso können in einem Kreis bereits Feuer durch Durchbrennen des Glühfadens
ausgefallen sein und anschließend weitere Lampen durch Doppelerdschluß ausfallen,
wobei es denkbar ist, daß der Doppelerdschluß bereits durch Wendelbruch ausgefallene
Lampen mit einschließt.
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Die Gegebenheiten des Serienkreises in Verbindung mit der Konstanthaltung
des Stromes bewirken, daß nur die von einem Fehler betroffenen Feuer ausfallen,
die übrigen jedoch unbeeinflusst davon weiter brennen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zu schafen,
die eine sichere Aussage über den Zustand
der Befeuerung in einem
Einzelkreis und einem ganzen Befeuerungssystem zu machen gestattet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches
1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Die Anordnung nach der Erfindung ermöglicht sowohl eine Auswertung
von kombiniert auftretenden Fehlern (Wendelbruch und gleichzeitig Doppelerdschluß)
als auch eine Aussage über den Zustand von einzelnen Befeuerungskreisen sowie eines
Befeuerungssystems.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt
und zwar zeigen Fig. 2 den Meßkreis, Fig. 3 die Schalteinrichtung, Fig. 4 die Meßdatenerfassung
und Auswertung und Fig. 5 Diagramme über den Phasenwinkel f bzw. die Serienkreisspannung
W MS in Abhängigkeit von der Anzahl n der ausgefallenen Lanzen.
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Eine gestrichelt umrandete Meßeinrichtung nach Fig. 2 weist einen
über Netzanschlüsse 1 und 2 gespeisten Ronstantstromregler 3 auf, der einen aus
n primärseitig in Reihe geschalteten Stromwandlern bestehenden Serienkreis 4 über
eine veränderliche Eingaiigsspinung mit konstantem Strom versorgt. Parallel zu dem
Serienkreis 4 liegt ein Meßwandler, der die Serie,lll:reisspannung von hohem auf
niedriges Potential transformiert und an einen Lffektivwertrechner 10 und eine Einrichtung
9 weitergibt.
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In Reihe mit dem Serienkreis 4 ist ein weiterer Meßwandler 6 geschaltet,
dessen Sekundärseite auf eine ohmsche Bürde 7 arbeitet. Der durch den Meßwandler
6 transformierte Strom erzeugt an der Bürde 7 eine dem Strom im Serienkreis jederzeit
proportionale Spannung, die auf einen Effektivwertrechner 8 und die Einrichtung
9 weitergeleitet wird.
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In der Einrichtung 9 wird der zeitliche Verlauf von transformierter
Spannung und als Spannung dargestelltem Strom miteinander verglichen und die Phasenverschiebung
zwischen beiden GröSen in eine der Verschiebung proportionale Spannung umgesetzt.
Dabei durchlaufen die Eingangsgrößen in der Phasendrehung identische Filter, so
daß im wesentlichen die Nulldurchgänge der Grundwellen von transformierter Spannung
und transformiertem Strom betrachtet werden können, deren zeitlicher Abstand der
Phasenverschiebung äquivalent ist und als Gleichspannungswert dargestellt wird.
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Da die Meßeinrichtung und die für die Auswertung erforderliche Schalteinrichtung
sich nicht notwendigerweise in räumlicher Nähe befinden müssen, sind Einrichtungen
11, 12, 13 vorgesehen, die die Meßwerte an die Erfordernisse der Ubertragungsstrecke
anpassen, so daß an den Ausgängen 14 dem Effektivwert des Stromes 15 der Phasenverschiebung
zwischen Strom und Spannung und 16 dem Effektivwert der Spannung proportionale Signale
zur Verfügung stehen.
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Jeder Fehler im Serienstromkreis hat eine charakteristische Änderung
der Meßgrößen zur Folge.
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Bei Wendelbruch arbeitet der das Feuer speisene Stromwandler im Leerlauf.
Er stellt jetzt durch den fehlenden ohmschen Abschlußwiderstand des Glühfadens eine
rein induktive Belastung im Serienstronkreis dar. Diese Anderung von einer ohmschen
in eine induktive Last zieht eine Vergrößerung des Phasenwinkels t zwischen Strom
J und Spannung U nach sich.
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Tritt ein Kurzschluß im Sekundärkreis des Lampenstromwandlers auf,
fällt die Belastung durch den ohmschen Wicerstand des Glühwendeis weg. Diese Reduzierung
der Last muß zwangsläufig zu einer Reduzierung der Pingangsspannung am Serienkreis
führen, da der Strom in jedem Fall konstant gehalten wird.
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Ein Doppelerdschluß stellt einen niederohmigen Nebenschluß über eine
Reihe von Feuern im Serienstromkreis dar, der zu einer Reduzierung der Belastung
führt. Wegen der durch den Stromregler erfüllten Bedingung J = const muß auch hier
eine Reduzierung der Spannung am tIngang des Serienstromitreises erfolgen.
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Kombiniert auftretende Fehler, d. h. Lampenausfall durch Wendelbruch
und durch zusätzlich auftretenden Doppelerdschluß lassen sich auch durch Messung
von Phasenverschiebung g und Serienkreisspannung X MS und ihrer Abhängigkeit untereinander
erkennen. Dabei kann der Doppelerdschluß entweder nur bisher intakte oder aber auch
bereits durch Wendelbruch ausgefallene Lampen mit einschließen.
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Bei fortschreitendem Lampenausfall durch Wendelbruch nimmt die Phasenverschiebung
zwischen Spannung und Strom
immer mehr zu. Gleichzeitig jedoch ändert
sich in den heute auf Flughäfen üblicherweise wählbaren Helligkeitsstufen 1 bis
4 (1%, 3%, 100/0, 30% Lampenhelligkeit), die jeweils durch einen definierten konstanten
Strom eingestellt werden, der Effektivwert der Serienkreisspannung.
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Auf Stufe 5 (100%o Helligkeit) bleibt die Spannung bis zu einem Ausfall
von ca. 25% der Feuer nahezu konstant.
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Auf jeder Stufe gibt es also zu jedem Meßwert T einen zugehörigen
Meßwert X MS Weicht der Meßwert i mm von dem jeweils vorgegebenen Sollwert nach
unten hin ab, so ist dieses ein Indiz für Doppelerdschluß. Relativ einfach. wird
die Auswertung auf Stufe 5, da hier über einen weiten Bereich nur eine konstante
Schwelle für die Auswertung vorgegeben zu werden braucht, wobei das Unterschreiten
dieser Schwelle zu der Anzeige Doppelerdschluß führt.
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Fig. 3 zeigt als Blockdiagramm die Auswertung der Meßdaten für eine
Aussage über den Zustand der Befeuerung in einem Serienkreis. Angezeigt wird auf
jeder der fünf Helligkeitsstufen ein prozentualer Lampenausfall nach Überschreiten
einer frei wählbaren Anzeigeschwelle sowie ein Doppelerdschluß auf der Stufe 5 (100%
Helligkeit).
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Auf die Eingänge 14', 15', 16'werden die aus den Ausgängen 14, 15,
16 der Meßeinrichtung gem. Fig. 2 kommenden eßwerte begeben. Die Meßwerte für die
Phasenverschiebung T (eingang 15') werden auf Vergleichseinrichtungen 21 und 22
gegeben, in denen ein Vergleich mit den aus der Einrichtung 20 vorgegebenen Schaltschwellen
vorgenommen wird. Ist das am Eingang 15' anstehende Signal größer als der aus der
Einrichtung 20 vorgegebene
Schwellenwert, wird durch den Vergleicher
21 am Ausgang 23 das Signal " x % Lampenausfall" ausgegeben. Sinkt das am Eingang
16' anstehende Signal unter die von der Einrichtung 20 vorgegebene Schwelle, wird
durch den Vergleicher 22 am Ausgang 24 das Signal "DoppelerdschluB" ausgegeben.
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Die Einrichtung 19 dient dazu, die entsprechenden Schwellen für die
Vergleicher 21 und 22 zu erzeugen. Damit können jederzeit ohne erneuten Abgleich
reproduzierbare Werte erhalten werden. Mit Hilfe von Codierschaltern, deren Schaltzustand
und damit der eingestellte Ligitalcode optisch sichtbar und somit reproduzierbar
ist, wird deren Digitalcode in Analog-Digital-Wandlern in einen Analogwert (SchwellenWert)
umgesetzt. Die £Instellung des optisch sichtbaren Digitalcodes erfolgt mittels einer
Einstellhilfe 18, die über Anzeigeelemente (z.B.
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LED) optisch darstellt, in welcher Weise der Digitalcode auf den Codierschaltern
einzustellen ist. Uber den Eingang 14' gelangt das dem Serienkreisstrom proportionale
Meßsignal auf eine Einrichtung 17, in der festgestellt wird, welche der Helligkeitsstufen
eingestellt ist und über diese an die Einstellhilfe 18 sowie die Rinrichtung 20.
In der Einstellhilfe 18 wird aus der Information über die eingestellte Helligkeitsstufe
und dem Meßwert der Phasenverschiebung ? am Eingang 15' ein Signal gebildet, das
die optischen Anzeigen ansteuert und somit erkennen läßt, welcher Code auf Codierschalter
zu übertragen ist.
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Die Auswertung der Meßdaten und die VerkmuSfung der Daten der Einzelkreise
zu einer AusswE,e übcr (1ell Zustand
der Befeuerung in dem System
erfolgt mit Hilfe einer Anordnung nach Fig. 4.
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Die Meßeinrichtungen für Lampenausfall und Doppelerdschluß 25a bis
25g entsprechen der in Fig. 2 gestrichelt umrandeten Meßeinrichtung. In jedem Befeuerungskreis
werden aus Strom und Spannung die Meßwerte für Strom, Spannung und Phasenverschiebung
abgeleitet, so z. B. in einem Befeuerungskreis I durch die Meßeinrichtung 25a, in
einem Befeuerungskreis II durch die Meßeinrichtung 25b usw. und als Nefwerte an
eine entrale Meßdatenerfassung 26 weitergegeben. Der eßdatenerfassung 26 ist eine
zentrale Meßdatenauswertung 27 nachgeschaltet. Im Anschluß an die Meßdatenauswertung
27 werden die Meßdaten auf Auswerteeinheiten 28, 28', 28" aufgeteilt, in denen die
Verknapfung der Daten zu einer Systemaussage erfolgt und von denen bei Überschreiten
der durch die Einrichtungen 29, 29', 29" frei programmierbaren Anzeigeschwellen
eine entsprechende Anzeige und Meldung 30, 30', 30" ausgegeben wird.
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Ein beliebig gewähltes Beispiel soll dieses erläutern.
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Die Meßeinrichtungen 25a, 25b und 25c erfassen die Daten von drei
Einzelkreisen, die in ihrer Funktion ein gemeinsames Befeuerungssystem bilden. Ihre
Meßdaten werden in der zentralen Meßdatenerfassung 26 erfasst, in der zentralen
Neßdatenauswertung ausgewertet und als zusammengehörenderDatenblock an die Einrichtung
28 weitergegeben, die die Einzeldaten zu einer Systemaussage verknüpft. Ergibt z.
B. die Auswertung von Kreis 25a den Ausfall von fünf Lampen, Kreis 25b drei Lampen
und Kreis 25c sechs Lampen, so sind in dem betrachteten System vierzehn Lampen
ausgefallen.
Dieser Wert wird mit der vorgegebenen Schwelle 29 verglichen und führt bei Überschreiten
der Schwelle zu der Meldung und Anzeige "System A x % Lampenausfall".
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Die rechnergestützte Auswertung kann weiterhin einen Doppelerdschluß
auf jeder der einstellbaren Helligkeitsstufen erkennen und anzeigen. Wie bereits
erwähnt, gibt es in jedem Serienkreis einen Zusammenhang zwischen der Anzahl der
durch Wendelbruch ausgefallenen Lampen, Meßwert der Shasenverschiebung und zugehöriger
Serienkreisspannung.
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Abhängig vom Meßwert t wird für jeden Serienkreis die Schwelle, deren
Unterschreitung die Anzeige "Doppelerdschluß in Kreis " bewirkt, verschoben, wie
es Fig. 5 schematisch darstellt.
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Der obere Teil von Fig. 5 zeigt den meßwert T in Abhangigkeit von
der Anzahl n der ausgefallenen Lampen. Das darunterliegende Diagramm zeigt die Änderung
der erierreisspannung URMs bei fortschreitendem Lampenausfall, jedoch ohne Doppelerdschluß
in dem Befeuerungskreis. Die gestrichelte Linie zeigt den Verlauf des Schwellenwertes,
dessen Unterschreiten die Anzeige auslöst. Das Beispiel in Fig. 5 zeigt, daß die
Auswertung der Meßspannung T einen Ausfall von drei Feuern ergibt, so daß die zugehörige
Serienkreisspannung den Wert U1 annehmen und der Schwellenwert auf U2 nachgeführt
werden muß. lt U1 c U2 liegt in dem betrachteten Kreis ein Dop)elerdschluß vor.
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Eine exakte Aussage, wieviele Feuer durch Doppelerdschluß ausgefallen
sind, ist nicht möglich, da der Doppelerdschluß nur im Idealfall als Kurzschluß
mehrere
Feuer überbrückt. In der Praxis stellt sich der Doppelerdschluß
vielmehr als niederohmiger Nebenschluß zu einer reihe von Feuern dar, so daß die
hierdurch hervorgerufene Spannungsabsenkung der Serienkreisspannung (URMS) abhängig
ist von dem Wert dieses "Nebenwiderstandes".
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Die Anzeige "DoppelerschluB" muß also in jedem Fall eine visuelle
Kontrolle der Feuer des betroffenen Kreises zur Folge haben.