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Schaltung zum Erkennen von Erdschlüssen in den Speise-
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kreisen von Drehstrom-Weichenantrieben Die Erfindung bezieht sich
auf eine Schaltung zum Erkennen von Erdschlüssen in den Speisekreisen vieradrig
betriebener Drehstrom-Weichenantriebe und zum Erkennen von Aderberührungen zwischen
zu verschiedenen Weichenantrieben führenden Speiseleitungen, unter Verwendung von
aus einer Gleichspannungsquelle gespeisten, einpolig an Erde gelegten und mit den
zu den Antriebswicklungen der Weichenantriebe führenden Speiseleitungen verbundenen
Meßeinrichtungen sowie an den Antrieben angeordneten, von den Antrieben mechanisch
gesteuerten Endlagekontakten.
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Zum Uberwachen des Erdschlußwiderstandes von Wechselstromanlagen bzw.
zur Kennzeichnung unzulässig niedriger Erdschlußwiderstände ist es bekannt (Siemens-Zeitschrift
41 (1967) Heft 3, S. 221-bis 224), spezielle Isolationswächter einzusetzen. Diese
Isolationswächter haben eine Hilfsspannungsquelle - wegen der immer vorhandenen
Leitungskapazitäten in großflächig vermaschten Anlagen ist dies eine Gleichspannung
- die mit einer Meßeinrichtung in Reihe geschaltet ist. Der eine Anschlußpunkt dieser
Reihenschaltung ist mit dem zu überwachenden Leitungsnetz verbunden, wogegen der
andere Anschlußpunkt an Erde oder an nicht stromführende Metallteile der Anlage
gelegt ist. Zusammen mit den Isolationswiderständen des Leitungsnetzes gegen Erde
wird so ein geschlossener Kreis für den Gleichstrom gebildet, dessen Größe ein Maß
für den Wert des Isolationswiderstandes darstellt. Unterschreitet der Widerstand
einen Grenzwert, so ist der
vorgegebene Schwellwert des Indikators
erreicht und es wird eine optische und/oder akustische Meldung ausgelöst.
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Die jeweils verwendete Erdschlußmeldeeinrichtung ist üblicherweise
auch nicht zum Überwachen einzelner Verbraucher, sondern schon aus Kostengründen
zum überwachen ganzer Schaltungsnetze wie z. B. Stellwerksanlagen vorgesehen.
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Ist ein unzulässig niedriger Erdschlußwiderstand festgestellt worden,
so muß durch gesonderte Maßnahmen der Ort innerhalb der überwachten Anlage lokalisiert
werden, der den niedrigsten übergangswiderstand zu Erde aufweist.Dies kann entweder
durch aufeinanderfolgendes Abtrennen der einzelnen Verbraucher von der überwachten
Anlage geschehen, oder aber durch Einspeisen eines niederfrequenten Suchstromes
in die überwachte Anlage und Abtasten der einzelnen Kabel und Verbraucher mit einem
auf die Frequenz des Suchstromes abgestimmten Empfänger. Dieses Ortungsverfahren
hat sich dort bewährt, wo Erdschlüsse innerhalb eines begrenzten Raumes zu lokalisieren
sind.Ist ein Erdschluß in der Außenanlage eines weitvermaschten Netzes zu suchen,
so ist diese Art der Erdschlußlokalisierung mühselig und zeitaufwendig.
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Im Stellwerksbetrieb werden üblicherweise alle zu den Weichen einer
Anlage führenden Speiseleitungen gemeinsam mit nur einem einzigen Erdschlußmelder
überwacht. Ein unzulässig niedriger Erdschlußwiderstand wird'dabei erst beim Umlaufen
des mit dem Fehler behafteten Antriebes erkannt. Die Störungsmeldung wird als Sammelmeldung
ausgegeben, das heißt, der gestörte Speisekreis muß erst durch einen Suchvorgang
geortet werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltung zum Erkennen von Erdschlüssen
in den Speisekreisen vieradrig betriebener Drehstrom-Weichenantriebe zu schaffen,
die automatisch arbeitet, sich selbst auf Funktionsfähigkeit prüft, eine selektive
Kennzeichnung eines gestörten Anlagenelementes ermöglicht und eine Störungskennzeichnung
bereits zum Zeitpunkt ihrer Entstehung zuläßt, also nicht erst dann, wenn das betreffende
Anlageelement angeschaltet wird. Darüber hinaus soll die erfindungsgemäße Schaltung
auch Aderberührungen zwischen zu verschiedenen. Weichenantrieben führenden Speiseleitungen
erkennbar machen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß jedem Weichenantrieb
eine gesonderte Meßeinrichtung zugeordnet ist, die im Stellwerk von der Stromversorgungsseite
aus gesehen hinter einem den Mittelleiter schaltenden Anschaltkontakt eines dem
Antrieb zugeordneten Anschaltrelais mit dem Mittelleiter verbunden ist und daß Anschalt-Ruhekontakte
vorgesehen sind, die bei abgeschaltetem Antrieb eine niederohmige Verbindung schalten
zwischen dem Mittelleiter des Drehstromnetzes und demjenigen Außenleiter, der über
die Endlagekontakte des Antriebes mit jeweils einem der anderen Außenleiter verbunden
ist.
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Eine vorteilhafte Ausbildung der erfindungsgemäßen Schaltung sieht
vor, daß der Mittelleiter im Stellwerk niederohmig mit Erde verbunden ist und daß
den jeweiligen Schaltzustand der Meßeinrichtungen überwachende Schaltmittel vorgesehen
sind, die bei jeweils abgeschaltetem Antrieb auf das Ansprechen der zugehörigen
Meßeinrichtung und bei angeschaltetem Antrieb auf das Nichtansprechen der zugehörigen
Meßeinrichtung reagieren und für
.diesen Fall eine Störungsmeldung
auslösen. Damit ist eine automatische, das heißt, von der Sorgfalt des Menschen
unabhängige Störungserfassung möglich. Ferner wird hierdurch erreicht, daß beim
Anschalten eines Antriebes durch den dabei schließenden Kontakt im Mittelleiter
die zugehörige Meßeinrichtung angeschaltet wird und damit einer Funktionsprüfung
unterzogen wird; nach einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Schaltung ist dabei vorgesehen, daß in den Stromkreis der Meßeinrichtungen Widerstände
unterhalb des noch zulässigen Erdschlußwiderstandes geschaltet sind und daß diesen
Widerständen Anschalt-Ruhekontakte des jeweils zugehörigen Anschaltrelais parallel
geschaltet sind. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß neben der Funktionsprüfung
der Meßeinrichtung auch eine überprüfung der Ansprechstelle dieser Meßeinrichtung
möglich ist.
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Wenn die den jeweiligen Schaltzustand der Meßeinrichtungen überwachenden
Schaltmittel beim Anschalten eines Antriebes auch prüfen, ob neben der dem betreffenden
Antrieb zugeordneten Meßeinrichtung noch andere Meßeinrichtungen ansprechen, so
lassen sich neben unzulässig niedrigen Erdschlußwiderständen auch Aderberührungen
zwischen verschiedenen Weichenantrieben feststellen. Liegt eine solche Aderberührung
vor, so sprechen beim Anschalten eines Antriebes neben der jeweils zugehörigen Meßeinrichtung
auch die Meßeinrichtungen eines bzw. mehrerer anderer Antriebe an, weil beim Durchschalten
des Mittelleiters für den jeweils angeschalteten Antrieb in Folge der Aderberührung
das Erdpotential niederohmig auch auf die Speiseleitungen des bzw. der mit diesem
Antrieb verbundenen weiteren Antriebe gelangt. Diese Aderberührungen sind jedoch
erst feststellbar, sobald einer der beteiligten Antriebe angeschaltet wird
Die
Kennzeichnung einer Störung führt zweckmäßig im Stellwerk zu einer bleibenden Abschaltung
des betreffenden Antriebes. Die dadurch bedingte Behinderung des Stellwerksbetriebes
ist minimal; alle übrigen Antriebe können ohne Einschränkungen weiter betrieben
werden.
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Die Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltung ist von besonderem Vorteil
bei einer Weichenantriebsschaltung, wie sie aus der DE-OS 30 43 661 bekannt ist.
Hier kann nämlich auf die nach der Erfindung vorgesehenen Anschalt-Ruhekontakte
zum niederohmigen Verbinden eines Außenleiters mit dem Mittelleiter verzichtet werden,
weil hierzu die in dieser DE-OS vorgesehenen Schaltmittel zum Erfassen der Weichenlage
des betreffenden Weichenantriebes mitverwendet werden können. Der für die Realisierung
der Erfindung erforderliche Schaltungsaufwand beschränkt sich bei einer derartigen
Anwendung der Erfindung auf die Bereitstellung entsprechender Meßeinrichtungen für
die Störungskennzeichnung. Insbesondere bei Verwendung von als Schwellwertschalter
ausgebildeten Meßeinrichtungen ist dieser Aufwand außerordentlich gering und steht
in keinem Verhältnis zu den Vorteilen, die sich aus der raschen und selektiven Erfassung
von Erdschlüssen ergeben.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung.dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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Die Zeichnung zeigt in Figur 1 die Prinzipdarstellung zweier durch
eine Schaltbrücke galvanisch miteinander verbundener Speisekreise von Drehstrom-Weichenantrieben
mit den zugehörigen schematischen angedeuteten Schaltmitteln zum Erkennen von Erdschlüssen
und Aderberührun-
gen, in Figur 2 eine vorteilhafte Ausbildung
der Meßeinrichtungen nach Figur 1 und in Figur 3 eine aus der DE-OS 30 43 661 für
die Weichenlageüberwachung bekannte Verbindungsschaltung wie sie auch für die erfindungsgemäße
Erdschlußüberwachung verwendet werden kann.
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Figur 1 zeigt im oberen Teil den Speisestromkreis eines Weichenantriebes
Al, der über vier Adern L1/1 bis L1/4 aus einem Drehstromnetz R, S, T, Mp gespeist
wird. Die Antriebswicklungen W1/1 bis W1/3 des Antriebes Al sind in bekannter Weise
über vom Antrieb mechanisch gesteuerte Endlagekontakte A1/1 bis A1/4 untereinander
verbunden.
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Die Anschaltung des Antriebes erfolgt über Anschaltkontakte Si/1 bis
S1/4 eines nicht weiter dargestellten Anschaltrelais im Stellwerk.
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Zum Feststellen von Erdschlüssen und zum Erkennen von Aderberuhrungen
zwischen den zu verschiedenen Weichenantrieben führenden Speiseleitungen ist dem
Antrieb Al eine Meßeinrichtung M1 zugeordnet. Diese Meßeinrichtung ist mit ihrem
einen Eingang an Erde gelegt und mit ihrem anderen Eingang hinter dem Anschaltkontakt
S1/4 an den zu den Endlagekontakten des Antriebes führenden Mittelleiter L1/4 angeschlossen.
Zwischen den Anschlußklemmen a und b liegt eine durch einen Anschalt-Ruhekontakt
S1/6 schaltbare niederohmige Verbindung VII, über die der Außenleiter L1/2 bei abgeschaltetem
Antrieb mit dem Mittelleiter L1/4 zu verbinden ist.
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Die Meßeinrichtung M1 besteht im wesentlichen aus einer Gleichspannungsquelle
und einen Indikator, der auf den aus der Gleichspannungsquelle über die Speiseleitungen
nach Erde fließenden Strom reagiert. Dieser Indikator
ist vorzugsweise
als Schwellwertschalter ausgebildet, der beim überschreiten eines vorgegebenen Wertes
anspricht und eine diesbezügliche Meldung ausgibt. Die in Figur 1 nicht dargestellte
Gleichspannungsquelle der Meßeinrichtung Mi treibt bei abgeschaltetem Antrieb, das
heißt offenen Antriebskontakten S1/1 bis S1/4, einen Gleichstrom über die niederohmig
untereinander verbundenen Speiseleitungen, den symbolisch angedeuteten resultierenden
Isolationswiderstand RiZ des Speisekreises gegen Erde und Erde zum Indikator; die
Größe dieses Gleichstromes ist im wesentlichen abhängig vom Isolationswiderstand
aller vier Speiseleitungen gegenüber Erde. Der symbolisch angedeutete resultierende
Erdschlußwiderstand RiSberücksichtigt die Isolationswiderstände sämtlicher Speiseleitungen
sowie des Antriebes gegenüber Erde, weil während des Meßvorganges diese Leitungen
niederohmig für den Meßstrom verbunden sind. Dies geschieht einerseits über die
Endlagekontakte A1/4 und A1/1 bzw. A1/3 und A1/2 und andererseits über den Anschalt-Ruhekontakt
S1/5 sowie die zugehörige Leitungsverbindung vii.
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Soll der Antrieb in die andere Lage umlaufen, so wechseln die Anschaltkontakte
in die jeweils nicht dargestellte Lage. Dabei öffnet der Kontakt S?/5 und hebt die
niederohmige Verbindung zwischen den Speiseleitungen L1/2 und L7/4 auf. Der Speisestrom
fließt nun über die Wicklungen des Antriebes und sorgt für das Umlaufen des Antriebes
und das laufabhängige Schalten der Endlagekontakte. Ist der Mittelleiter des Speisekreises
im Stellwerk mit Erde verbunden, so schaltet der Kontakt Ski/4 beim Umlaufen des
Antriebes eine niederohmige Verbindung zwischen den Eingangsklemmen der Meßeinrichtung
M1. Dabei wird der Stromindikator der Meßeinrichtung bis über seine Ansprechgren-
ze
erregt und gelangt in die Schaltstellung, in die er auch bei einem unzulässig niedrigen
Erdschlußwiderstand gelangen würde. Das Ansprechen des Indikators während der Anschaltung
des Antriebes läßt sich in geeigneter Weise erfassen und als Funktionsprüfung der
Meßeinrichtung auswerten. Während dieser Funktionsprüfung ist eine Erdschlußüberwachung
selbstverständlich nicht möglich.
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Im unteren Teil der Figur 1 ist der Speise stromkreis für einen weiteren
Antrieb A2 dargestellt. Die Bezeichnungen der Schaltmittel im Speise- und überwachungsstromkreis
dieses Antriebes entsprechen den Bezeichnungen, die für die entsprechenden Schaltmittel
des Antriebes Al gewählt wurden, mit der Ausnahme, daß die erste Ziffer der einzelnen
Bezugszeichen anstelle von 1 = Al nunmehr 2 = A2 lautet. Es ist angenommen, daß
die beiden Speisekreise an beliebiger Stelle durch eine unzulässige Schaltbrücke
B miteinander verbunden sind. Eine solche Verbindung kann beispielsweise durch Aderberührungen
in Verteilerkästen der Außenanlage entstehen. Die nach der Erfindung ausgebildete
Schaltung macht ein Erkennen derartiger Aderbeführungen ohne zusätzlichen Aufwand
möglich. Dies geschieht beim Anschalten eines derjenigen Antriebe, die in unzulässiger
Weise galvanisch miteinander verbunden sind. Wird z. B. der Antrieb Al angeschaltet,
so legt der Anschaltkontakt S1/4 das Erdpotential auf die Brücke B, sobald der Endlagekontakt
A1/2 seine Lage wechselt. Das Erdpotential gelangt über die Brücke auf den Speisekreis
des Antriebes A2 und dort über W2/2, L2/2, S2/5 und V21 auf denjenigen Eingang der
Meßeinrichtung M2, der über den Kontakt S2/4 bei abgeschaltetem Antrieb A2 nicht
auf Erdpotential liegt. Durch die niederohmige Aufschaltung des Erdpotentials auf
diesen Eingang steigt der durch die
Gleichstromquelle der Meßeinrichtung
M2 über den Indikator dieser Meßeinrichtung fließende Strom bis über die Grenze
des jeweils eingestellten Schwellwertes an und signalisiert damit das Auftreten
einer Störung. Aus dem Zeitpunkt, zu dem dies geschieht, nämlich aus dem Anschalten
und Umlaufen des Antriebes Al läßt sich die Art der Störung, also die elektrische
Vermaschung der beiden Speisekreise, eindeutig feststellen.
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Sind beispielsweise drei Antriebskreise miteinander vermascht, so
sprechen beim Anschalten eines der Antriebe auch die Meßeinrichtungen der beiden
anderen Antriebe an und signalisieren damit die eingetretene Störung.
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Das störungsbedingte Ansprechen einer Meßeinrichtung kann neben dem
Auslösen einer Störungsmeldung zu weiteren Reaktionen, vorzugsweise der Abschaltung
der mit einem Defekt behafteten Speisekreise führen. Beim Feststellen eines Erdschlusses
wird der defekte Speisekreis bleibend abgeschaltet; beim Feststellen einer Aderberührung
zwischen zwei Speisekreisen genügt es, einen dieser beiden Kreise abzuschalten.
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Figur 2 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform für die in Figur 1
nur schematisch angedeutete Meßeinrichtung Ml.
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Die eine Eingangsklemme der Meßeinrichtung ist an Erde, die andere
an den Mittelleiter L1/4 des Speisekreises angeschlossen und zwar von der Speiseseite
aus betrachtet hinter dem Anschaltkontakt S1/4. Der Mittelleiter selbst ist im Stellwerk
durch einen Widerstand R niederohmig mit Erde verbunden. In der Meßeinrichtung sind
zwei Gleichspannungsquellen Q1 und Q2 vorgesehen. Die Gleichspannungsquelle Q1 liefert
dabei den Meßstrom, der über
die Widerstände R3 und R4 und einen
während der Messung geschlossenen Anschältkontakt S1/7 auf die niederohmig verbundenen
Speiseleitungen und von dort über Erde zur Speisequelle Q1 gelangt. Die Speisequelle
Q2 dient zur Vorgabe eines konstanten Vergleichs stromes über die Widerstände R1
und R2. An die Abgriffe der den beiden Spannungsquellen vorgeschalteten, einpolig
miteinander verbundenen Spannungsteiler Ri, R2 und R3, R4 sind die Eingangsklemmen
eines Komparators K angeschlossen. Dieser Komparator vergleicht die am -Widerstand
R1 anstehende konstante Spannung mit der am Widerstand R3 nach Maßgabe des jeweils
vorliegenden Erdschlußwiderstandes abgreifbaren variablen Spannung und gibt bei
überschreiten eines vorgegebenen Wertes ein entsprechendes Ausgangssignal an die
Leuchtdiode eines nachgeschalteten Optokopplers OK1.
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Das von diesem ausgegebene Signal wird als Störungsmeldung in nachgeordneten
nicht dargestellten Schaltkreisen ausgewertet. Die Größe des jeweils als unzulässig
zu kennzeichnende Erdschlußwiderstandes läßt sich durch entsprechende Variationen
der Widerstände R7 und R2 in weiten Grenzen einstellen.
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Für die Funktionsprüfung der Meßeinrichtung Mi während der Anschaltphase
des zugehörigen Antriebes öffnet der Kontakt S1/7 des zugehörigen Anschaltrelais
und schaltet dabei einen bis dahin kurzgeschlossenen Vorwiderstand RV1 wirksam.
Dieser Widerstand ist geringfügig kleiner zu wählen als der gerade noch zulässige
Erdschlußwiderstand.
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Bei Verwendung eines derartigen Vorwiderstandes ist nicht nur das
die Störungsmeldung ausgebende Organ auf seine Funktionsfähigkeit zu überprüfen,
sondern gleichzeitig wird auch überprüft, ob die Meßeinrichtung insgesamt in vorgegebener
Weise auf einen unzulässig niedrigen Erdschlußwiderstand reagiert.
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Der für die Realisierung der erfindungsgemäßen Schaltung erforderliche
Aufwand läßt sich minimieren, wenn die erfindungsgemäße Schaltung bei einer Weichensteuerung
verwendet wird, wie sie in der bereits angezogenen DE-OS 30 43 661 im einzelnen
angegeben ist. Dort sind in den Speise stromkreis eines Drehstromweichenantriebes
Uberwacher geschaltet, die bei abgeschaltetem Antrieb prüfen, ob der Antrieb seine
Endlage und welche Endlage er eingenommen hat. Hierfür sind Schaltmittel zum Verbinden
einzelner Speiseleitungen untereinander vorgesehen. Diese Schaltmittel können für
die erfindungsgemäße Erdschlußmeldung mit verwendet werden.. In Figur 3 sind die
Schaltmittel im einzelnen angegeben, die dann anstelle der in Figur 1' zwischen
den Anschlußklemmen a undb symbolisch angedeuteten Verbindung V11 zu verwenden sind.
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Die Verbindung V11 besteht nach Figur 3 aus zwei einander entgegengeschalteten
Dioden D1 und D2 und ihnen antiparallel geschalteten Dioden von Optokopplern OK2
und OK3. Diese beiden Diodenschaltungen sind in Reihe geschaltet mit einem Vorwiderstand
RV2 und einem Anschalt-Ruhekontakt S1/6, der im Zusammenwirken mit dem Anschalt-Ruhekontakt
S1/5 eine zweipolige Auftrennung der Verbindung zwischen den Speiseleitungen L1/2
und L1/4 ermöglicht. In der einen Endlage des Antriebes fließt ein eingespeister
überwachungsgleichstrom über die Diode des Optokopplers OK2 und die Diode D2, in
der anderen Endlage über die Diode des Optokopplers OK3 und die Diode D1.
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Die jeweils angeschaltete Leuchtdiode kennzeichnet die jeweilige Weichenlage.
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Die erfindungsgemäße Schaltung zeigt einen Weg, wie mit wenigen handelsüblichen
und außerordentlich zuverlässi-
gen Schaltmitteln eine selektive
Erdschlußüberwachung und eine Kennzeichnung unzulässig vermaschter Speisekreise
von Weichenantrieben erreichbar ist. Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen
Schaltung liegt darin, daß eventuell auftretende Erdschlüsse bereits zum Zeitpunkt
ihres Auftretens und nicht erst beim Umlaufen der zugehörigen Antriebe erkennbar
sind. Die Schaltung überprüft sich selbst auf ordnungsgerechtes Betriebsverhalten.
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7 Patentansprüche 3 Figuren