DE4140198A1 - Stromversorgungseinrichtung fuer mit gleichstrom versorgte nahverkehrsbahnen - Google Patents

Description

Die heutigen bewährten Grundschaltungen von Stromversorgungseinrichtungen, für mit Gleichstrom gespeiste Nahverkehrstriebfahrzeuge beinhalten im wesentlichen, ausgehend von der Drehstromtransformatoreinspeisung, den zentralen Halbleitergleichrichter (Vollbrücke) sowie die mit Schnellschaltern ausgerüsteten Streckenabgänge, die die einzelnen Fahrleitungs- (Stromschienen-) Abschnitte versorgen.

Diese Grundanordnung ist durch die große Abschaltgeschwindigkeit des Gleichstromschnellschalters (3 ms Abschaltzeit) fehlerselektiv, die Rückspeisung der Bremsströme aus einzelnen Streckenabschnitten zu anderen Streckenabschnitten ist über das Unterwerk problemlos möglich.

Kritikwürdig ist allerdings der Leistungsschnellschalter in diesen Anordnungen wegen seines recht hohen Platzbedarfs sowie wegen seines hohen Wartungsaufwandes. Es hat daher in der vergangenen Zeit nicht an Versuchen gefehlt, diesen Schalter durch Halbleiterschalter, einerseits unter Beibehaltung der prinzipiellen Schaltungsanordnung (Gleichstrom-Sammelschiene, Streckenabgangsschalter), andererseits unter Einführung anderer Grundschaltungen für die Einspeisung zu ersetzen.

Während die DD-PS 2 61 485 ein dezentrales Prinzip eines gesteuerten Gleichstromrichters mit gleichzeitiger Leistungsschalterfunktion (Drehstromsammelschiene) zeigt, gehen z. B. die EP-PS 2 09 087 und EP-PS 2 06 150 von dezentralen, gesteuerten Gleichstromhalbleiterschaltern aus. Dezentral angeordnete, als Streckenschalter ausgebildete steuerbare Halbleiterschalteinrichtungen erfordern grundsätzlich einen zusätzlichen Schaltungsaufwand zur Realisierung der Energierückspeisung in das Gleichstromnetz, wenn man von der Energierückspeisung ins einspeisende Drehstromnetz absieht.

Die Realisierung dieser Schaltungsanordnungen mit gesteuerten Halbleitern ist mit einem hohen technischen und wirtschaftlichen Aufwand verbunden. In der Folge hat es nicht an Ideen gefehlt, diesen Aufwand herabsetzen. So ist in der EP-PS 1 84 566 ein Schnellschalter beschrieben, der eine Kombination eines mechanischen mit einem Halbleiterschalter darstellt. Zielstellung ist das leistungslose Schalten des mechanischen, notwendig sehr schnellen Schalters, durch Stromkompensation im Schalterpfad und Kommutierung des Stromes über den Halbleiterschalter.

In Fortführung der in der EP-PS 2 06 150 dargestellten Anordnung wird zur Minderung des Aufwandes in der EP-PS 2 09 087 eine andere Anordnung des Halbleiterschalters angegeben, mit der die Tendenz zur Zentralisierung (Mehrfachbenutzung des Halbleiterschalters) unter teilweisem Verlust der Selektivität der Anordnung zu erkennen ist.

Es wurde auch bereits vorgeschlagen, den in konventionellen Anlagen vorhandenen zentralen Halbleitergleichrichter durch einen gesteuerten Halbleitergleichrichter zu ersetzen, womit konsequent das Prinzip der zentralen Nutzung des Halbleiterschalters als gesteuerter zentraler Gleichrichter genutzt wird. Die Grundstruktur des konventionellen Unterwerks wird somit völlig beibehalten. Damit die hohe Selektivität, insbesondere bei Fehlerfällen (Kurzschlüssen auf den Strecken) erhalten bleibt, müssen die Streckentrenner, die leistungslos geschaltet werden, sehr schnell sein (3-5 ms), da spannungslose Pausen von mehr als 5 ms für den Fahrbetrieb nicht ohne ungünstige Folgen hinnehmbar sind. Neben der großen Schaltgeschwindigkeit für den mechanischen Schalter müssen die Vorgänge koordiniert und steuerungstechnisch synchronisiert ablaufen, so daß der Steuerungs- und Meßaufwand durchaus nicht unerheblich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung anzugeben, die eine praktisch lückenlose Stromversorgung der Nahverkehrsbahnen bei gleichzeitig hoher Selektivität der Fehlerabschaltung garantiert, wobei sich der technische Aufwand reduzieren soll.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine mögliche Schaltungsanordnung zur Realisierung der Erfindung und

Fig. 2 eine Variante.

Fig. 1 zeigt die Schaltungsanordnung einer Stromversorgung für elektrische Bahnen. Die von der Drehstromleitung 1 gespeiste halbgesteuerte Gleichrichterbrücke, bestehend aus den Thyristoren 2 und den mit der Masse-Rückleitung 19 verbundenen Dioden 3, versorgt über die Entkopplungsdioden 6, 7 und 8 sowie die geschlossenen Streckentrenner 10a, 10b und 10c die Streckenabschnitte 18a, 18b und 18c. Eine z. B. mögliche Rückspeisung aus dem Streckenabschnitt 18c nach Streckenabschnitt 18a erfolgt in der bereits bekannten Weise nach dem Spannungshub durch den rückspeisenden Motorgenerator über den geschlossenen Trenner 17c, das Ventil 16, in diesem Falle ein Thyristor, die Sammelleitung 20, den gezündeten Thyristor 11 und den geschlossenen Trenner 17a.

Erscheint im laufenden Betrieb z. B. auf der Strecke 18a ein Kurzschluß, der über eine schnelle Meß- und Auswerteeinrichtung erfaßt wird, die in die Schaltungsanordnung integriert ist (nicht gezeigt), wird durch Anregen einer Löscheinrichtung (ebenfalls nicht gezeigt) der gesteuerte Teil der Halbbrücke (Thyristoren 2 und Dioden 3) gelöscht, wobei gleichzeitig die Zündsignale für die Thyristoren 2 blockiert werden. Damit ist kurzzeitig die Energiezufuhr an die Fahrstrecken über die halbgesteuerte Brücke abgeschaltet. Mit der Löschung des Thyristorhalbblocks werden, soweit sie vorher leitend waren, die Thyristoren 11, 13 und 15 abgeschaltet, so daß eventuell ablaufende Rückspeisungen auf der Sammelleitung 20 ebenfalls kurzzeitig (2-3 ms) unterbrochen werden. Gleichzeitig mit der ausgelösten Löschung werden der Speisethyristor 9 und die zur Rückleitung und Prüfung vorgesehenen Thyristoren 13 und 15 gezündet; Thyristor 11 wird nicht gezündet, da der Streckenabschnitt 18a fehlerbehaftet ist. Ebenfalls synchron mit der Löschung des Thyristorhalbblocks wird der Streckentrenner 10a in Aus-Stellung gesteuert.

Mit dieser Schalthandlung, die synchronisiert und ohne Zeitverzögerung mit dem Löschen des zentralen Thyristorhalbblocks anläuft, werden die nicht fehlerbehafteten Streckenabschnitte 18b und 18c praktisch fast ohne lückende Pausen über die Diodenbrücke 4, Speisethyristor 9, Diode 5, Sammelleitung 20 und die Thyristoren 13 bzw. 15 versorgt. Der Trenner wird entsprechend der erfindungsgemäßen Schaltung nicht mit Schaltleistungen beaufschlagt. Auch eine superschnelle Trennung ist nicht erforderlich, da die fehlerfreien Streckenabschnitte über die Ersatzeinspeisung versorgt werden.

Nach Ablauf der Schaltzeit (z. B. 50 ms) wird die Hauptversorgung über den Thyristorhalbblock und die Sammelschiene 21 durch Zünden der Thyristoren 2 eingeschaltet. Der Ersatzzweig wird wegen der Spannungsverhältnisse, die sich durch das Vorhandensein der Diode 5 einstellen, automatisch gelöscht bzw. abgekoppelt. Für eine evtl. nötige Abschaltung des allein in Betrieb befindlichen Ersatzzweiges kann eine hier ebenfalls nicht gezeigte Löscheinrichtung vorgesehen werden, die an der Sammelleitung 20 angreift. Danach kann eine widerstandslose Streckenprüfung für die Fahrleitung des Streckenabschnitts 18a durch erneutes Zünden des Speisethyristors 9 und des Thyristors 11 erfolgen. Sind die Streckenabschnitte 18b und/oder 18c in Betrieb, so erfolgt die Prüfstromzufuhr über die Entkopplungsdioden 7 und/oder 8, die Ventile 14 und/oder 16, die Sammelleitung 20 und den Thyristor 11 auf den Streckenabschnitt 18a. Die Streckenprüfung erfolgt in der Weise, insbesondere in Verbindung mit einem eingestellten Prüfstromwert, der unterhalb des Schwellwertes für die Kurzschlußstromabschaltung gelegt wird, daß der Streckenabschnitt für eine festgelegte Zeit mit dem Prüfstrom beaufschlagt wird. Wird der eingestellte Prüfstromwert innerhalb der eingestellten Meßzeit nicht erreicht, ist der Streckenabschnitt nicht mehr kurzschlußbelastet. Wird der eingestellte obere Prüfstromwert dagegen innerhalb der Meßzeit erreicht, wird der Streckenabschnitt als kurzschlußbehaftet erkannt. Die Energiezufuhr wird dann durch Löschen des Thyristors 11 bzw. Speisethyristors 9 unterbrochen. Die Prüfungen werden ggf. wiederholt bzw. nach erfolgten mehrmaligen Prüfungen, bei nach wie vor fehlerbehaftetem Streckenabschnitt, abgebrochen.

Mit der geschilderten Lösung kann also eine selektive, sehr schnelle Abschaltung des fehlerbehafteten Streckenabschnitts mittels des zentralen Thyristorhalbblocks im Zusammenwirken mit der zeitlich begrenzten Ersatzeinspeisung für die grundsätzlich über die Entkopplungsdioden 6, 7, 8 entkoppelten Abzweige erfolgen. An die Streckentrenner 10a, 10b, 10c werden sowohl in Bezug auf Schnelligkeit und Abschaltleistung keine besonderen Forderungen gestellt. Die Lösch-/Ladeeinrichtung, die Einspeise-/Prüf- und Rückspeiseeinrichtungen sowie Einspeiseschalter 9 und Diodenbrücke 4 sind ohnehin Bestandteil der Gesamtanordnung und werden für die Überbrückungseinspeisung (Ersatzeinspeisung) genutzt.

Die Abschaltung von Betriebs- und Überströmen (Rückspeise- bzw. Einspeiseströme von benachbarten Unterwerken bei zweiseitiger Einspeisung) erfolgt durch Kommutierung dieser Ströme über die Diodenhalbbrücke 4, die Diode 5, den Speisethyristor 9, der dazu gezündet wird, und die gezündeten Thyristoren 11 oder 13 oder 15, bei gleichzeitiger Abschaltung der zugeordneten Streckentrenner 10a oder 10b oder 10c. Nach erfolgter Abtrennung (z. B. 50 ms) wird die Kommutierungseinrichtung durch Löschen von Speisethyristor 9 abgeschaltet.

Eine andere Variante zeigt Fig. 2. Die (Einspeise-)Sammelleitung 20 und die (Rückspeise-)Sammelleitung 22 sind hier getrennt ausgeführt. Durch diese Entkopplung entsteht der Vorteil, daß die Ersatzeinspeisung und Prüfung nicht mit der Rückspeisung verkoppelt sind. Als Ventile 12, 14, 16 können hierbei Dioden eingesetzt werden. Für die Dauer bis zur Abtrennung des gestörten Streckenabschnitts ist unterwerksseitig die Rückspeisung durch Sperrung des steuerbaren Ventils 23 nicht möglich. Die sonstige Funktionsweise ist der zu Fig. 1 beschriebenen analog.

Claims (2)

1. Stromversorgungseinrichtung für mit Gleichstrom versorgte Nahverkehrsbahnen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - Bei Störungen innerhalb eines Streckenabschnitts (18a, 18b, 18c) wird gleichzeitig mit der Abschaltung der zentralen gesteuerten bzw. halbgesteuerten Gleichrichterbrücke ein Ersatzzweig für die von der Störung nicht betroffenen Streckenabschnitte (18a, 18b, 18c) eingeschaltet, der über eine Sammelleitung (20) und Thyristoren (11, 13, 15) an die jeweiligen Streckenabschnitte (18a, 18b, 18c) angelenkt ist,
• - anschließend wird der betroffene Streckenabschnitt (18a, 18b, 18c) mittels eines zugehörigen, durch jeweils eine Entkopplungsdiode (6, 7, 8) von den übrigen Streckenabschnitten (18a, 18b, 18c) entkoppelten Streckentrenners (10a, 10b, 10c) von der Haupteinspeisung leistungslos abgetrennt, die Haupteinspeisung wieder eingeschaltet und der Ersatzzweig außer Betrieb gesetzt.

2. Stromversorgungseinrichtung, gekennzeichnet dadurch, daß der Ersatzzweig aus einer Diodenbrücke (4) und einem Speisethyristor (9), ggf. in Reihe mit einer Diode (5), gebildet ist.