DEP0011617DA - Sicherheitsvorrichtung für elektrische Triebfahrzeuge - Google Patents

Description

Bei elektrischen Bahnanlagen, bei welchen elektrische Triebfahrzeuge (Lokomotiven, Triebwagen) von aufeinander folgenden Fahrleitungen gespeist werden, deren Spannung sich in Größe, Phase, Frequenz, Stromart oder in mehreren dieser Größen unterscheiden, also beispielsweise Wechselstrom hoher Spannung einerseits, Gleichstrom mittlerer Spannung andererseits, sind besondere Maßnahmen erforderlich, um eine galvanische Verbindung der beiden Spannungssysteme an den Übergangsstellen zu vermeiden und gegebenenfalls ein rechtzeitiges Ausschalten des jeweils benutzten Spannungssystems (z.B. Wechselstrom) und das Umschalten auf das neue Spannungssystem (z.B. Gleichstrom) durchzuführen.

Zu diesem Zweck könnte man eine verschiedenartige Anordnung der Fahrleitungen, etwa einmal über Gleismitte, das andere Mal seitlich vom Gleis oder auch mit stark verschiedener Höhenlage über Schienenoberkante und getrennte Stromabnehmer für die beiden Spannungssysteme vorsehen. Dies ist jedoch schwierig durchzuführen, da das vorgeschriebene Umgrenzungsprofil für die Fahrzeuge und der vorgeschriebene lichte Raum nur wenig Platz dafür übrig lassen. Man muß also mit Fahrleitungen über Gleismitte von etwa gleicher Bauart für beide Spannungssysteme rechnen. Man könnte nun daran denken, an der Übergangsstelle ein spannungsloses Trennstück einzuschalten, das so lang ist, daß es auch im ungünstigsten Fall, also bei Zügen mit mehreren Lokomotiven oder Triebwagen, niemals gleichzeitig mit den beiden Spannungssystemen verbunden werden kann. Durch ein solches spannungsloses Stück entsteht jedoch wiederum der Nachteil, daß ein Zug, der aus irgendeinem Grunde unter dem spannungslosen

Stück halten muß, nicht mehr anfahren kann. Wollte man in diesem Fall das Trennstück kurzzeitig an die eine oder andere Spannung anschließen, so besteht Gefahr das beide Spannungssysteme verbunden werden.

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung für elektrische Triebfahrzeuge, bei denen die geschilderten Mängel vermieden sind. Gemäß der Erfindung werden an der Übergangsstelle von dem einen Spannungssytem zum anderen zwei spannungslose Trennstücke eingeschaltet und die Länge jedes dieser Stücke wird so gewählt, daß sie etwas größer ist als der Abstand der am weitesten voreinander entfernten Stromabnehmer der längsten Zugkombination, also z.B. größer als der Abstand der Stromabnehmer von Zug- und Schublokomotiven am Anfang und Ende des längsten Zuges, der auf der Strecke verkehrt.

In Fig. 1 der Zeichnung ist dies dargestellt. Mit 1 ist die Fahrleitung, welche mit Wechselstrom, mit 2 die Fahrleitung, die mit Gleichstrom betrieben wird, bezeichnet. Zwischen beiden sind zwei spannungslose Trennstücke 3 und 4 eingeschaltet. Die Länge jedes dieser Stücke wird so gewählt, daß sie größer ist als der Abstand a zwischen den am weitesten entfernten Stromabnehmern der längsten Zugkombination, die auf der Strecke verkehrt.

Für gewöhnlich sind die beiden Trennstücke 3 und 4 spannungslos und werden mit Schwung durchfahren. Wenn es möglich ist, kann man die Trennstücke in ein Gefälle legen. Hat man zufällig ein Zug unter einem dieser Trennstücke halten müssen und soll er wieder anfahren, so kann man jeden Abschnitt mir der benachbarten Fahrleitung über einen Schalter verbinden, also z.B. den Abschnitt 3 mit der Fahrleitung 1 über den Schalter 5 und den Abschnitt 4 mit der Fahrleitung 2 über den Schalter 6. Die Schalter 5 und 6 werden aber so gegeneinander verriegelt, daß immer nur einer von beiden geschlossen werden kann. Damit wird mit Sicherheit vermieden, daß, ganz gleichgültig, wo sich der Zug befindet, durch diesen eine Verbindung zwischen den beiden Fahrleitungen mit verschiedener Stromart hergestellt wird. Die beiden Schalter werden zweckmässig von einer Zentralstelle aus gesteuert, beispielsweise in der Nähe gelegenen

Schaltwerk, mit dessen Wärter sich der Zugführer durch Zuruf verständigen kann.

Im Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß jedes Triebfahrzeug zwei galvanisch miteinander verbundene Stromabnehmer besitzt. Die Bemessung der Länge der Trennstücke gilt aber unabhängig von der Zahl der Stromabnehmer, also auch für den Fall, daß das Triebfahrzeug nur einen Stromabnehmer hat, und ist auch unabhängig davon, ob die Stromabnehmer eines Triebfahrzeuges galvanisch verbunden sind oder nicht.

Sind die Spannungen der beiden Fahrleitungen nur in ihrer Phase verschieden, werden also die Fahrleitungen z.B. aus einem 50-periodigem Drehstromnetz betrieben, jedoch mit Spannungen aufeinanderfolgender Phasen, so sind weitere Sicherheitsvorrichtungen nicht erforderlich. Anders liegen jedoch die Verhältnisse, wenn die Spannung in ihrer Größe oder in der Stromart verschieden sind. Es empfiehlt sich dann, dafür Sorge zu tragen, daß der Lokomotivführer immer nur den Hauptschalter einschalten kann, welcher im elektrischen Triebfahrzeug die Schaltung betätigt, die der Spannung der Fahrleitung entspricht, also z.B. bei Betrieb mit Wechselstrom den Hauptschalter für den Transformator zu Speisung des Wechselstrommotors für den Wechseltstromgleichstromumformer, bei Betrieb mit Gleichstrom den Gleichstromhauptschalter, der die Fahrmotoren über die Anlaßwiderstände mit der Fahrleitung verbindet.

Handelt es sich beispielsweise beispielsweise um Wechseltromhochspannung, andererseits um Gleichstrom niedriger Spannung, so ist auf der Wechselstromfahrleitung der Stromabnehmer über den Hauptschalter an die Primärwicklung des Transformators angeschlossen. Kommt die Lokomotive in dieser Schaltung unter die Gleichstromfahrleitung, so tritt Gleichstrom in den Transformator ein, steigt infolge der Selbstinduktion des Transformators langsam an und erreicht schließlich eine Höhe, die über den Höchststrom des Transformators hinausgeht, wodurch der Hauptschalter durch sein Überstromrelais ausgelöst wird. Ein Schaden für den Transformator kann nicht entstehen. Kommt jedoch die Lokomotive in Gleichstromschaltung unter die Wechselstromfahrleitung, so tritt Hochspannung in die Gleichstromapparatur ein, die dafür nicht bemesse ist, so daß

Überschläge bzw. Durchschläge auftreten können.

Es empfiehlt sich daher, wie bereits erwähnt, Vorsorge dafür zu treffen, daß, sobald die Lokomotive bzw. der Triebwagen auf das spannungslose Trennstück kommt, die bisher benutzte Schaltung mit Sicherheit abgetrennt wird. Hierzu kann man ein Nullspannungsrelais benutzen, also ein Relais, welches abfällt, sobald die Spannung einen bestimmten Wert unterschreitet, und das duch seinen Abfall die Auslösung des eingeschalteten Hauptschalters bewirkt. Da, wie vorher erläutert, die größere Gefahr für die Gleichstromschaltung besteht, kann ausserdem an den Übergangsstellen ein Anschlag neben dem Gleis vorgesehen sein, der mit einem Anschlaghebel an der Lokomotive in der Weise zusammenarbeitet, daß durch diesen der Gleichstromhauptschalter ausgelöst wird.

Die Anwendung eines Nullspannungsrelais allein gibt jedoch noch keine Gewähr, daß, nachdem beide Hauptschalter ausgeschaltet sind, der Führer nur den Hauptschalter für die richtige Stromart wieder einschalten kann. Um dies zu erreichen und gleichzeitig auch beim Befahren des spannungslosen Trennstückes Abschalten des eingeschalteten Hauptschalters zu bewirken, kann man zwei Relais vorsehen, von denen das eine nur auf Wechselstrom, das andere nur auf Gleichstrom anspricht und das Einschalten des Wechselstromschalters davon abhängig machen, daß das Wechselstromrelais angesprochen hat, das Gleichstromrelais dagegen abgefallen ist, während umgekehrt das Einschalten des Gleichstromhauptschalters nur möglich ist, wenn das Gleichstromrelais angezogen hat und das Wechselstromrelais abgefallen ist.

Ein Ausführungsbeispiel dafür zeigt die Fig. 2. Bei der Anordnung nach Fig. 2 ist angenommen, daß das Triebfahrzeug bzw. die Lokomotive zwei galvanisch getrennte Stromabnehmer besitzt, und zwar einen für Wechselstrom und einen für Gleichstrom. Im Ausführungsbeispiel sind die beiden Stromabnehmer mit 19 und 29 bezeichnet. Der Wechselstromhauptschalter mit der Einschaltspule 18 trägt das Bezugszeichen 17, der Gleichstromhauptschalter mit der Einschaltspule 28 das Bezugszeichen 27. Das Wechseslstromrelais 10 ist an dem

Stromabnehmer 19 über die Primärwicklung des Transformators 12, einem ohmschen Widerstand 11 und einem Kondensator 14 angeschlossen. Der Transformator ist sekundär mit einem ohmschen Widerstand 13 belastet. Bei Speisung mit Wechselstrom entsteht in dem Widerstand 11 ein gewisser Spannungsabfall, der Kondensator 14 ist so bemessen, daß sein Spannungsabfall nur gering ist. Die Größe des Relaistroms wird im wesentlichen durch den Widerstand 13 bestimmt. Für Gleichstrom ist der Weg durch den Kondensator 14 gesperrt. Kommt der Stromabnehmer 19 unter die Gleichstromfahrleitung, so wird zwar ein Stromstoß durch den Kondensator hindurchgehen, doch wird er hauptsächlich durch den Widerstand 11 stark abgedämpft und schnell zum Abklingen gebracht, so daß bei entsprechender Bemessung des Relais nicht zum Ansprechen kommt.

Das Relais 20 soll nur auf Gleichstrom ansprechen. Zu diesem Zweck ist der Relaisspule ein induktiver Widerstand 21 vorgeschaltet, d.h. eine Drosselspule mit möglichst hoher Selbstinduktion und möglichst geringem ohmschen Widerstand. Um die Sicherheit gegen fehlerhaftes Ansprechen noch weiter zu erhöhen, kann das Relais polarisiert ausgebildet sein, so daß es auf den hindurchtretenden restlichen Wechselstrom nicht anspricht, sondern nur auf einen längern dauernden Gleichstrom. Auch der Einschaltstromstoß, der bei Wechselstrom auftritt, kann durch richtige Bemessung der Drosselspule so klein gehalten werden, daß das Relais nicht anspricht.

Das Relais 10 spricht also nur auf Wechselstrom, das Relais 20 nur auf Gleichstrom an und beide fallen ab, wenn sie spannungslos sind. Um nun zu erreichen, daß die beiden Schalter 17 und 27 bei Befahren der spannungslosen Trennstrecke abfallen und nur der Wechselstromschalter 17 eingeschaltet werden kann, wenn der Stromabnehmer 27 nur, wenn der Stromabnehmer 29 Gleichspannung erhält, liegt im Stromkreis der Einschaltspule 18 des Wechselstromschalters der Arbeitskontakt 15 des Relais 10 in Reihe mit dem Ruhekontakt 26 des Relais 20, während im Stromkreis der Einschaltspule 28 des Gleichstromhauptschalters 27 die Reihenschaltung aus dem Arbeitskontakt 25 des Gleichstromrelais 20 und dem Ruhekontakt 16 des Wechselstromrelais 10 liegt. Wie die Schaltung zeigt, ist also in der Tat ein Schließen des Wechselstromschalters nur möglich, wenn das Wechselstromrelais 17 angezogen und das Gleichstromrelais 20 abgefallen ist. Ebenso kann umgekehrt der Gleichstromhauptschalter nur eingeschaltet werden, wenn das Wechselstromrelais 19 abgefallen und das Gleichstromrelais 20 angezogen ist. Außerdem werden die Einschaltspulen spannungslos, sobald das zugehörige Relais abgefallen ist, so daß bei einem Befahren der spannungslosen Trennstrecke der bisher eingeschaltete Hauptschalter ausgeschaltet wird, da er nur eingeschaltet bleibt, wenn die zugehörige Einschaltspule nicht stromlos wird.

Wenn die aufeinanderfolgenden Fahrleitungen Spannungen verschiedener Frequenz besitzen, z.B. 50 Perioden/sec und 16 2/3 Perioden/sec., so kann man ebenfalls zwei Relais verwenden, von denen das eine nur auf 50 Perioden/sec, das andere nur auf 16 2/3 Perioden/sec anspricht und die Kontakte der Relais in der gleichen Weise mit den Einschaltspulen der Hauptschalter für 50 und 16 2/3 Perioden/sec verbinden. Damit das eine Relais nur auf 50 Perioden/sec anspricht, kann man das Relais durch einen Vorschaltkondensator auf 50 Perioden/sec abstimmen und gegebenenfalls noch parallel zur Relaisspule einen Reihenresonanzkreis für 16 2/3 Perioden/sec schalten. Entsprechend kann für das Relais, das auf die Spannung von 16 2/3 Perioden/sec allein ansprechen soll, eine Abstimmung auf diese Frequenz und ein Reihenresonanzkreis für 50 Perioden/sec parallel zur Relaisspule vorgesehen werden.

Sind die Spannungen der beiden Fahrleitungen nur in ihrer Größe verschieden, so kann man zwei Relais vorsehen, von denen das eine bereits bei der niedrigen Spannung, das andere aber erst bei der höheren Spannung anspricht. Das Einschalten des Hauptschalters für die höhere Spannung wird dann beispielsweise davon abhängig gemacht, daß je nach Arbeitskontakt der beiden Relais geschlossen ist, während das Einschalten des Hauptschalters für die niedrige Spannung davon abhängig gemacht wird, daß ein Arbeitskontakt des Relais für die niedrige Spannung geschlossen und ein Ruhekontakt des Relais für die höhere Spannung geöffnet ist.

Claims (7)

1. Sicherheitsvorrichtung für elektrische Triebfahrzeuge, die aus aufeinanderfolgenden Fahrleitungen gespeist werden, deren Spannung in Größe, Phase, Frequenz, Stromart oder in mehreren dieser Größen verschieden sind, dadurch gekennzeichnet, daß an der Übergangsstelle von dem einen Spannungssytem zum anderen zwei spannungslose Trennstücke eingeschaltet sind, und daß die Länge jedes dieser Trennstücke größer ist als der Abstand der am weitesten voneinander entfernten Stromabnehmer der längsten Zugkombination.

2. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Trennstück mit der benachbarten Fahrleitung durch einen Schalter verbunden ist, und daß die beiden Schalter so gegeneinander verriegelt sind, daß immer nur einer eingeschaltet werden kann.

3. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Öffnen und Schließen dieser Schalter von einer Zentralstelle aus erfolgt.

4. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließen der Hauptschalter auf den Triebfahrzeugen für die beiden Spannungssysteme so von zwei Relais von den beiden Spannungssystemen abhängig gemacht ist, daß immer nur der Schalter für das Spannungssystem eingeschaltet werden kann, welches das Triebfahrzeug speist.

5. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 4 für Fahrleitungen, deren Spannung sich in Frequenz oder Stromart unterscheiden, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Relais nur auf die Spannung der einen Frequenz bzw. Stromart, das andere nur auf die Spannung dder anderen Frequenz bzw. Stromart anspricht, und daß das Einschalten des Hauptschalters für die Spannung der einen Frequenz bzw. Stromart von dem Ansprechen des Relais für die Spannung dieser Frequenz bzw. Stromart und dem Abfallen des Relais für die Spannung der anderen Frequenz bzw. Stromart abhängig ist und umgekehrt.

6. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 5 für Fahrleitungen, von denen die eine mit Wechselstrom, die andere mit Gleichstrom betrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß im Stromkreis des nur auf Wechselstrom ansprechenden Relais ein Kondensator in Reihe mit einem ohmschen Widerstand und im Stromkreis des nur auf Gleichstrom ansprechenden Relais eine Drosselspule geschaltet ist.

7. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das nur auf Gleichstrom ansprechende Relais polarisiert ist.