DE4303739C2 - Streckenprüfeinrichtung für Bahnstromanlagen, insbesondere Vollbahnanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Streckenprüfeinrichtung für Bahnstromanlagen, insbesondere für Vollbahnanlagen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei allen Bahnanlagen wird ein ausgeschalteter Streckenab­ gang vor einer Wiederinbetriebnahme auf Kurzschlußfreiheit überprüft. Bei Vollbahnanlagen, insbesondere bei der 16²/₃-Hz-Bahnstrom-Versorgung, wird ein ausgeschalteter Streckenabgang bisher dadurch geprüft, daß über einen Prüfwiderstand ein Prüfstrom in die Strecke geleitet wird. Die Spannungswerte über der Prüfstrecke bzw. über dem Fehlerwiderstand und dem Prüfwiderstand werden zur Beur­ teilung des Zustandes der betroffenen Strecke ausgewertet. Je nach dem Ergebnis dieser Auswertung wird die Strecke zugeschaltet oder, z. B. nach einer vorausgegangenen Feh­ lerauslösung, ganz außer Betrieb gesetzt. Nach einer vor­ gegebenen Prüfzeit von einigen wenigen Sekunden wird der Prüfstrom mittels eines Schaltgerätes wieder abgeschaltet. Das vorbeschriebene Verfahren ist z. B. aus Schmidt, Ener­ gieversorgung elektrischer Bahnen, transpress 1988, S. 18 oder S. 40 zu entnehmen.

Nachteilig ist hierbei die große Verlustleistung bei einem Prüfvorgang von möglicherweise 75 bis 225 kW, setzt man eine Betriebsspannung von 15 kV bei einem Widerstand der Prüfstrecke von z. B. 1 bis 3 kOhm voraus. Dies führt na­ türlich zu starken Erwärmungen in der Prüfzelle. Unter Umständen können die Stahlblechwände der Prüfzelle dabei so warm werden, daß Nachteile für die Begehbarkeit der Anlage hingenommen werden müssen.

Auch das Schalten der Prüfströme ist aufwendig, weil ent­ weder der Strecken-Leistungsschalter benutzt wird oder ein hierfür extra installierter Lasttrennschalter vorhanden sein muß.

In der DE 29 02 458 B1 ist eine Prüfeinrichtung für Gleichstrom-Fahrleitungen angegeben, bei der der Prüfstrom durch eine Anschnittwinkel-Steuerung eines Thyristors begrenzt wird und die Stromhöhe oder der Differentialquotient di/dt ausgewertet werden. Diese dort angegebene Prüfeinrichtung ist insbesondere für Gleichstrombahnanlagen gedacht, aber für hohe Spannungen (<3 kV) mit hohen Kosten verbunden.

Aufgabe der Erfindung ist es, für eine Streckenprüfein­ richtung für Bahnstromanlagen, insbesondere für Vollbahn­ anlagen, eine Lösung anzugeben, bei der die Verlustlei­ stung mit ihren damit bedingten Nachteilen vermindert und der Aufwand für die Mittelspannungsschalthandlungen ver­ ringert werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Prüfkreis aus der Primärwicklung eines Transformators besteht, dessen Sekundärwicklung während der Streckenprüfung über ein Strommeßglied, einen Schalter und über eine Impedanz kurzgeschlossen ist.

Die im Sekundärkreis des Transformators eingeschaltete Impedanz ist vorzugsweise ein Niederspannungskondensator, der die resultierende Impedanz im Prüfkreis kapazitiv gestaltet und somit keine Reihenresonanz mit der Kapazi­ tät, eines beispielsweise langen Einspeisekabels, der Strecke möglich ist.

Als Stromversorgungseinrichtung kann dabei eine Hauptsam­ melschiene dienen. Die Primärwicklung des Transformators kann mit der zu prüfenden Strecke über eine Prüf-Sammel­ schiene verbunden sein.

Die bevorzugten Ausgestaltungen für den im Sekundärkreis angeordneten Schalter können den Unteransprüchen entnommen werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Transfor­ mators besteht die Sekundärwicklung aus zwei Teilwick­ lungen, die parallelgeschaltet werden können. In einer ersten Prüfstufe wird der Sekundärkreis über nur eine der beiden Teilwicklungen und bevorzugt über eine Impedanz geschlossen. Erweist sich die Strecke dabei als kurz­ schlußfrei, wird die zweite Teilwicklung parallelgeschal­ tet und eine endgültige Prüfung vorgenommen. Im Falle eines Kurzschlusses kann so der Prüfstrom noch weiter ver­ ringert werden.

Bevorzugt wird die Prüfung einer Strecke durch Einlegen eines Trenners zwischen Prüf-Sammelschiene und zu prü­ fender Strecke und durch das dann anschließende Einschal­ ten des auf der Sekundärseite befindlichen Schalters durchgeführt. Die Prüfung wird nur solange aufrechterhal­ ten, bis die Meßinformationen sicher eingeholt sind bzw. der Strom auf der Sekundärseite oder auf der Primärseite des Transformators einen eingestellten Schwellwert er­ reicht und hierdurch eine Sofortabschaltung des Prüf­ stromes vorgenommen wird.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung mit einer Kurz­ schlußverbindung der Sekundärseite wird ein Schaltgerät auf der Mittelspannungsseite, z. B. ein Lasttrennschalter, die Ein- und Ausschaltung der Prüfströme vornehmen.

Weitere bevorzugte Erfindungsmerkmale können den Unter­ ansprüchen entnommen werden.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbei­ spiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt:

Fig. 1 die Prüfschaltung mit den möglichen Meßstellen.

Fig. 1 zeigt die wesentlichen Teile einer 16²/₃-Hz-Bahn­ stromversorgung, als da sind die Prüfzelle 1 und eine Streckenabgangszelle 2 mit der Haupt-Sammelschiene 3 und der Prüf-Sammelschiene 4. Die Primärwicklung 13 eines Transformators 14 ist über eine Anschlußklemme P1 und einen Trenner 10 an die Haupt-Sammelschiene 3 und mit dem zweiten Wicklungsanschluß über eine Anschlußklemme P2 direkt an die Prüf-Sammelschiene 4 angeschlossen. Die Sekundärwicklung 15 des Transformators 14 ist mit einem Schalter 17 in Reihe mit einer Strommeßstelle 16 und einem Kondensator 18 abgeschlossen. Der Prüfkreis wird vervoll­ ständigt durch den Trenner 7, die Strommeßstelle 8 und die Strecke mit dem Fehlerwiderstand 9 (rf1). Je nach der Auswertelogik können noch zwei Spannungsmeßstellen 11 und 12, nämlich für die primäre Transformatorspannung u1 und für die Fehlerspannung u2, vorgesehen sein.

Für den Sonderfall, daß der Schalter 17 nur eine Kurz­ schlußbrücke ist, wird der Prüfstrom if mittels des Schal­ ters 7 geschaltet, der in diesem Falle ein Lasttrennschal­ ter ist. Diese Variante bietet sich z. B. dann an, wenn eine bereits im Betrieb befindliche Bahnstromanlage, die schon mit einem derartigen Lasttrennschalter 7 ausgerüstet ist, mit einer erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung nachgerü­ stet wird.

Für den allgemeinen Fall, daß der Schalter 17 nach einer der folgenden bevorzugten Ausführungen gebaut ist, ist eine mehr oder minder schnelle Ein- und Ausschaltung des Prüfstromes if durch den Schalter 17 möglich:

• - Der Schalter kann als Ausführung mit zwei antiparalle­ len Thyristoren ausgebildet sein,
• - der Schalter kann mit einem GTO-Ventil in der Diagona­ len eines Diodenvierecks ausgeführt sein
• - der Schalter in der Diagonalen des Diodenvierecks kann auch ein Thyristor mit dazu parallel angeordnetem Löschzweig sein
• - der Schalter ist ein Niederspannungsschütz
• - der Schalter ist ein Leistungsschalter.

Wegen der kürzeren Schaltzeit und der damit deutlich zu verringernden Prüfzeit empfiehlt sich natürlich ein elek­ tronischer Schalter auf der Sekundärseite des Transforma­ tors 14 mit einer passend gewählten niedrigen Nennspan­ nung.

Vor dem Schalten des Schalters 17 kommt über den leerlau­ fenden Transformator 14 kein nennenswerter Strom zustande. Der leer laufende Transformator 14 kann deshalb mit einem Trennschalter 10 ein- und ausgeschaltet werden.

Zur Gewährleistung einer optimalen Anpassung der resultie­ renden Impedanz des Prüfkreises an die zu prüfende Strecke besteht der Kondensator 18 aus Teilkondensatoren, die über entsprechende Schaltglieder, z. B. Schütze oder Thyristoren in Antiparallelschaltung, zum Erreichen der jeweils erfor­ derlichen Kapazität in Reihe und/oder parallel geschaltet werden. Vorteilhafterweise werden die Schaltglieder von einer speicherprogrammierbaren Steuerung gesteuert, die für die jeweils zu prüfende Strecke vorprogrammiert ist.

In einer ersten bevorzugten Variante der Prüfauswertung kann der Strom is in der Strommeßstelle 16 erfaßt werden. Falls eine Schnellauslösung infolge Überschreitung eines eingestellten Schwellwertes für den Strom is erfolgt, ist die Prüfung negativ. Es erfolgt keine Einschaltung der Strecke. Falls kein Ansprechen erfolgt, wird nach einer eingestellten Prüfzeit, z. B. drei Sekunden, der Prüfstrom if mittels des Schalters 17 abgeschaltet. Anschließend kann die soeben geprüfte Strecke, nach Abschaltung des Prüfkreises durch den Trenner 7, wieder zugeschaltet wer­ den.

Diese Art der Auswertung ergibt die billigste Lösung, da zur Messung nur ein einzelner Niederspannungs-Stromwandler benötigt wird.

In einer zweiten bevorzugten Variante erfolgt die Auswer­ tung der geprüften Strecke durch die Erfassung der Span­ nung über dem Niederspannungskondensator 18. Mit kleiner werdendem Fehlerwiderstand steigt die Spannung am Nieder­ spannungskondensator an, so daß bei Erreichen eines Wertes von uc < uc_grenz die Strecke negativ geprüft ist.

In einer dritten bevorzugten Variante der Prüfauswertung kann der Quotient ü _* u2/is (Übertragungsfaktor mal Feh­ lerspannung, geteilt durch den Strom im Sekundärkreis des Transformators) ausgewertet werden, der der Fehlerimpedanz zf1 entspricht, wobei der Übertragungsfaktor das Windungs­ zahlverhältnis von Primärwicklung 13 zur Sekundärwicklung 15 bedeutet. Die Fehlerimpedanz zf1 entspricht im wesent­ lichen dem Fehlerwiderstand rf1.

In einer vierten bevorzugten Variante kann auch die Feh­ lerspannung u2 allein ausgewertet werden, wie es auch bei der Prüfmethode des o.a. Standes der Technik gehandhabt wird. Diese Variante eignet sich deshalb ebenfalls bevor­ zugt für nachzurüstende Anlagen.

In einer fünften bevorzugten Variante wird der Quotient u2/u1 (Fehlerspannung zu Primärspannung) herangezogen. Durch den Bezug auf die Primärspannung wird die Messung von der Höhe der Netzspannung unabhängig, was auch für die dritte und die folgende sechste Variante gilt, nach der der Quotient u2/if (Fehlerspannung zu Prüfstrom), d. h. ebenfalls Bestimmung der Fehlerimpedanz, ausgewertet wird.

Auch kann in einer siebenten bevorzugten Variante der Prüfstrom if an der Strommeßstelle 8 ausgewertet werden.

Als weitere netzspannungsunabhängige Auswertemöglichkeit kommt das Verhältnis u2/uNetz (Fehlerspannung zu Netzspan­ nung) in Betracht.

Alle Schalt- und Meßvarianten haben gegenüber bisherigen Prüfungen den Vorteil, daß die Verluste im Transformator wesentlich kleiner als in einem Prüfwiderstand sind, da nur noch ein Teil der im Prüfkreis vorhandenen Impedanz ohmisch ist. Außerdem kann im Kurzschlußfall der Prüfvor­ gang abgebrochen werden, wenn der Strom einen voreinge­ stellten Schwellwert erreicht. Auf diese Weise kann nicht nur die Verlustleistung, sondern insgesamt die Verlust­ energie radikal verringert werden, die somit nur noch einen Bruchteil der Verlustenergie gegenüber der bisher bekannten Lösung beträgt. Es können beliebig oft und schnell Prüfungen eines Streckenabgangs wiederholt werden und die Prüfung eines anderen Streckenabgangs sofort ange­ schlossen werden.

Infolge der schnellen und einfachen Schaltung auf der Sekundärseite des Transformators kann auch die Prüfzeit sehr klein gehalten werden. So ist es nicht unbedingt nötig, eine Prüfzeit von mehreren Sekunden einzuhalten. Bei Anwendung der ersten bevorzugten Auswertevariante, nämlich Abschalten des Schalters 17 bei Erreichen des eingestellten Schwellwertes an der Strommeßstelle 16, kann eine extrem kleine Verlustenergie erreicht werden.

Claims (17)

1. Streckenprüfeinrichtung für Bahnstromanlagen, insbesondere für Vollbahnanlagen, deren Prüfkreis zwischen der Hauptsammelschiene einer Strom­ versorgungseinrichtung, und einer Prüfsammelschiene, die über Lasttrennschalter mit den einzelnen Streckenabzweigen verbunden werden kann, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkreis aus der Primärwicklung (13) eines Transformators (14) besteht, dessen Sekundärwicklung (15) während der Streckenprüfung über ein Strommeßglied (16), einen Schalter (17) und über eine Impedanz (18) kurzgeschlossen ist.

2. Streckenprüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Sekundärkreis des Transformators (14) angeordnete Impedanz (18) ein Niederspannungskondensator ist.

3. Streckenprüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Sekundärkreis des Transformators angeordnete Impedanz (18) ein ohmscher Widerstand ist.

4. Streckenprüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalter (17) im Sekundärkreis des Transformators (14) zwei antiparallel geschaltete Thyristoren angeordnet sind.

5. Streckenprüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalter (17) im Sekundärkreis des Transformators (14) ein Niederspannungs-Schütz angeordnet ist.

6. Streckenprüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalter (17) im Sekundärkreis des Transformators (14) ein elektronischer Schalter angeordnet ist.

7. Streckenprüfeinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sekundärwicklung (15) des Transformators (14) für eine zweistufige Prüfung in zwei parallelschalt­ bare Teile aufgeteilt ist.

8. Streckenprüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Sekundärkreis des Transformators (14) über eine fest eingelegte Kurzschlußbrücke geschlossen ist.

9. Streckenprüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Meßwert des Strommeßglieds (16) im Se­ kundärkreis des Transformators (14) als Maß zur Beurtei­ lung des Streckenzustandes dient.

10. Streckenprüfeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorspannung an einer Meß­ stelle (19) im Sekundärkreis des Transformators (14) als Maß zur Beurteilung des Streckenzustandes dient.

11. Streckenprüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die während des Prüfvorganges ermittelte Fehlerimpedanz der betroffenen Strecke als Maß zur Beur­ teilung des Streckenzustandes dient.

12. Streckenprüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Verhältnis von Fehlerspannung (u2) zur Primärspannung (u1) des Transformators (14) als Maß zur Beurteilung des Streckenzustandes dient.

13. Streckenprüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Verhältnis von Fehlerspannung (u2) mal dem Übertragungsfaktor (ü) des Transformators (14) geteilt durch den Wert des Stromes (is) im Sekundärkreis des Transformators (14) als Maß zur Beurteilung des Strecken­ zustandes dient.

14. Streckenprüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Quotient aus dem Wert der Fehlerspannung (u2) und dem Wert des Prüfstromes (if) im zu prüfenden Streckenabzweig als Maß zur Beurteilung des Streckenzu­ standes dient.

15. Streckenprüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Quotient aus dem Wert der Fehlerspannung (u2) und dem Wert der Netzspannung (uNetz) als Maß zur Beurteilung des Streckenzustandes dient.

16. Streckenprüfeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz (18) zur optimalen Anpassung an die zu prüfende Strecke in Teilkondensatoren unterteilt ist und diese durch Schaltglieder parallel und/oder in Reihe zueinander geschaltet werden.

17. Streckenprüfeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer zweistufigen Prüfung, zur Nachprüfung der Strecke die Impedanz (18) überbrückt wird.