EP1196975A1 - Einrichtung zum kurzschliessen - Google Patents

Einrichtung zum kurzschliessen

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Publication number
EP1196975A1
EP1196975A1 EP00952937A EP00952937A EP1196975A1 EP 1196975 A1 EP1196975 A1 EP 1196975A1 EP 00952937 A EP00952937 A EP 00952937A EP 00952937 A EP00952937 A EP 00952937A EP 1196975 A1 EP1196975 A1 EP 1196975A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
switching device
electrical line
electronic switching
short
thyristor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP00952937A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Egid Schneider
Markus Zachmeier
Ulrich Schmidt
Martin HÜNNER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP1196975A1 publication Critical patent/EP1196975A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • H02H9/041—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage using a short-circuiting device
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60M—POWER SUPPLY LINES, AND DEVICES ALONG RAILS, FOR ELECTRICALLY- PROPELLED VEHICLES
    • B60M5/00—Arrangements along running rails or at joints thereof for current conduction or insulation, e.g. safety devices for reducing earth currents
    • B60M5/02—Means for reducing potential difference between rail and adjacent ground
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/541—Contacts shunted by semiconductor devices
    • H01H9/542—Contacts shunted by static switch means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/14—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to occurrence of voltage on parts normally at earth potential
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/26—Rail vehicles

Definitions

  • the invention relates to a device for short-circuiting a first electrical line with a second electrical line, the first electrical line and the second electrical line being able to be short-circuited by a mechanical switching device.
  • Such shorting devices are e.g. B. from the Siemens product information "Short-circuiter SITRAS ® SCD9 ⁇ voltage limiting device for DC train systems", order no. A52811-C2720-D11-A5-00B1.
  • the known devices for short-circuiting are used in traction power supply systems.
  • the first electrical line is formed by the return line (in the case of direct current railway systems, this is the travel rail) and the second electrical line is formed by the ground line.
  • EP-PS 0 806 071 discloses a device for short-circuiting, in which a first electrical line can be short-circuited with a second electrical line by means of an elaborately controlled electromechanical short-circuit bridge.
  • CA-PS 1,307,822 describes a device for short-circuiting, in which a first electrical line can be short-circuited by electronic means with a second electrical line. This device also requires a comparatively complex control.
  • the object of the present invention is to create a simply constructed device for short-circuiting, which has short response times.
  • the device according to the invention for short-circuiting a first electrical line with a second electrical line has a mechanical switching device by means of which the first electrical line and the second electrical line can be short-circuited.
  • at least one first electronic switching device is arranged parallel to the mechanical switching device and at least one second electronic switching device is arranged antiparallel to the first electronic switching device, wherein a voltage difference between the first electrical line and the second electrical line can be bridged by at least one of the electronic switching devices.
  • the first electronic switching device switches when the potential of the second electrical line is greater than the potential of the first electrical line by a predeterminable difference value and the second electronic switching device switches when the potential of the first electrical line Line is greater than the potential of the second electrical line by a predeterminable differential value.
  • the device according to claim 1 thus has a mechanical switching unit and an electronic switching unit, which are each independent in their function.
  • the mechanical switching unit consists of at least one mechanical switching device and the electronic switching unit is made up of at least one first electronic switching device and at least one second electronic switching device
  • Both switching units are each controlled by at least one independent control and thus independently short-circuit the first electrical line and the second electrical line.
  • the control of the electronic switching unit d. H. the control of the first electronic switching device and the second electronic switching device does not require any auxiliary voltage. If one switching unit fails or the auxiliary voltage fails, the function of short-circuiting by the other switching unit is still guaranteed, at least at high voltages.
  • the redundancy of the device according to claim 1 ensures optimal personal protection.
  • the short-circuiting device defined in claim 1 has a significantly shorter response time.
  • the response behavior of the device according to the invention is also independent of the sign of the voltage difference occurring between the first electrical line and the second electrical line. This improves the protection of people against electric shock and the protection of electronic components that are connected between the rails and the earthing system in traction power supply systems, since overvoltages between the first electrical line (return line, which is formed by the rail) and the second electrical line (earthing line) no longer occur or only for a short time. Damage to the electronic assemblies between the rails and the earthing system can thus be avoided with a high degree of probability.
  • the mechanical switching device is additionally triggered by at least one of the electronic switching devices.
  • the bridging electronic switching device is advantageously loaded for only a very short time by the high short-circuit current, since after the mechanical switching device has responded, the short-circuit current flows exclusively via the mechanical switching device which can withstand higher currents.
  • the power semiconductors in the electronic switching devices can be designed, for example, as GTO thyristors, as thyristors or as transistors.
  • the electronic switching devices are designed as thyristor circuits.
  • the thyristor circuit comprises at least one thyristor, the cathode of which is connected to the first electrical line and the anode of which is connected to the second electrical line.
  • a drive circuit is connected to the gate of the thyristor, which comprises a series circuit comprising a breakover diode, a series resistor and a protective diode.
  • the thyristor circuit comprises at least one thyristor, the cathode of which is connected to the second electrical line and the anode of which is connected to the first electrical line.
  • a drive circuit which comprises a series circuit comprising a breakover diode, a series resistor and a protective diode.
  • the thyristor is additionally connected upstream of a current detection device which controls the mechanical switch. After the mechanical switching device is closed, the thyristor automatically goes out due to its parallel arrangement to the mechanical switching device. In contrast, a GTO thyristor can be additionally force-cleared.
  • the device according to claim 6 offers a further improved protection against overvoltage damage for the electronic assemblies.
  • 1 denotes a first electrical line, which represents the return line in a traction power supply.
  • the return line is formed by at least one travel rail.
  • 2 designates a second electrical line, which forms an earthing line (building earth) in the exemplary embodiment shown.
  • a mechanical switching device SM is arranged between the return line 1 and the ground line 2, by means of which the return line 1 and the ground line 2 can be short-circuited.
  • the mechanical switching device SM comprises a mechanical switch S and a voltage detection device FU, which triggers the mechanical switch S when an inadmissible voltage difference between the two electrical conductors 1 and 2 occurs (possibly with a time delay).
  • At least one first electronic switching device is parallel to the mechanical switching device SM SEI and at least one second electronic switching device SE2 arranged antiparallel to the first electronic switching device SEI.
  • the exemplary embodiment shown has exactly one first electronic switching device SEI and exactly one second electronic switching device SE2.
  • the voltage difference between the return line 1 and the ground line 2 can be bridged by at least one of the electronic switching devices SEI and SE2.
  • the first electronic switching device SEI switches when the potential U2 of the second electrical line 2 is greater than the potential U1 of the first electrical line 1 by a predeterminable difference value
  • the second electronic switching device SE switches when the potential U1 of the first electrical line 1 by one predeterminable differential value is greater than the potential U2 of the second electrical line 2.
  • the first electronic switching device SEI and / or the second electronic switching device SE2 after the first electrical line 1 and the second electrical line 2 have been bridged additionally the mechanical switching device SM can be triggered, which then switches off.
  • the electronic switching devices SEI and SE2 are designed as thyristor circuits.
  • the thyristor circuit comprises a thyristor T1, the cathode of which is connected to the return line 1. Furthermore, the thyristor Tl is connected with its anode to the ground line 2. A drive circuit is connected to the gate of the thyristor T1.
  • the control circuit in the embodiment shown in the drawing consists of a protective diode Dl, which is followed by an ignition resistor Rl.
  • a breakover diode BOD1 is connected downstream of the ignition resistor R1.
  • the thyristor circuit comprises a thyristor T2, the cathode of which is connected to the ground line 2. Furthermore, the thyristor T2 is connected with its anode to the return line 1.
  • a drive circuit is connected to the gate of thyristor T2.
  • the control circuit consists of a protective diode D2, which is followed by an ignition resistor R2.
  • a breakover diode BOD2 is connected downstream of the ignition resistor R2.
  • the protective diode D1 or D2 in the control circuit for the first electronic switching device SEI or for the second electronic switching device SE2 can also be omitted.
  • a voltage-sensing component instead of the breakover diode B0D1 or BOD2 z.
  • B. a Zener diode can also be used.
  • a current detection device FI is connected in series with the electronic switching devices SEI and SE2 arranged antiparallel to one another.
  • the mechanical switching device SM is controlled by the current detection device FI.
  • the thyristor Tl switches when the earth line 2 (building earth) assumes a positive potential with respect to the return line 1 (railway earth, rail). This is the case, for example, when a positive lightning strikes a lightning arrester that is at the potential of the building earth, or when a contact wire that has a positive voltage with respect to the running rail falls on the platform.
  • the thyristor T2 switches when the return line 1 (railway earth, rail) assumes a positive potential with respect to the earth line 2 (building earth). This is e.g. B. the case when a positive lightning strikes the rail or when a contact wire, which has a positive voltage with respect to the travel rail, falls onto the travel rail.
  • the thyristors Tl and T2 should only be used in the event of voltage flashovers, i.e. H. In the event of a fault in the traction power supply system, ignite and connect the return line 1 and the earth line 2 to one another.
  • the technical requirements for the thyristors T1 and T2 thus result from the possible short-circuit or line follow currents.
  • the level of the line follow currents is determined both by the distance of the short circuit to the substation and by the contact resistance between the earthing line 2 and the return line 1. For applications in traction power supply with, for example, a contact wire DC voltage of 1500 volts, uninfluenced short-circuit currents of up to 75 kA can occur. Thyristors with the highest possible current carrying capacity should therefore be selected.
  • the thyristors Tl and T2 are controlled via the control circuit, which is formed in each case by the protective diode D1 or D2, the ignition resistor Rl or R2 and the breakover diode B0D1 or B0D2.
  • the control circuit has a simple structure and, unlike other electronic controls, does not require an auxiliary voltage supply.
  • the ignition voltage selected for driving the thyristors T1 and T2 is preferably 200-800 volts. This is currently the lowest ignition voltage available as standard for breakover diodes. This ignition voltage is safely above the operational response voltage of the mechanical switching device SM. On the other hand, this ignition voltage is sufficiently low for the desired improvement of the system protection.
  • the ignition series resistors R1 and R2 are to be dimensioned such that on the one hand the breakover diodes BOD1 and BOD2 are not destroyed and that on the other hand the current pulses for driving the thyristors T1 and T2 are sufficiently large.
  • the protection diodes Dl and D2 protect the breakover diodes BOD1 and B0D2 from reverse overvoltages.
  • the mechanical switching device SM of the device for short-circuiting is controlled via a potential-free contact.
  • the potential-free contact of the current detection device FI is closed at a minimum current of 15 amperes, for example.
  • Thyristor Tl takes over the load current after approx. 1 to 2 microseconds.
  • the mechanical switching device SM switches on after approximately 65 milliseconds and takes over the load current.
  • the thyristor Tl goes out.
  • the complete commutation of the load current from the thyristor T1 to the mechanical switching device SM takes about 0.5 milliseconds.
  • the thyristor T2 fires first.
  • the thyristor T2 takes over the load current after approx. 1 to 2 microseconds.
  • the mechanical switching device SM switches on and takes over the load current.
  • Thyristor T2 goes out.
  • the complete commutation of the load current from the thyristor T2 to the mechanical switching device SM takes about 0.5 milliseconds.
  • the thyristor circuit shown in the drawing with ignition via a breakover diode acts as a simple and functionally reliable short-circuit device within approximately 2 microseconds, the current detection device FI actuating the mechanical switching device SM (driver circuit).
  • the thyristor Tl or T2 extinguishes automatically after the mechanical switching device SM has responded.

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Abstract

Bei einer Einrichtung zum Kurzschliessen einer ersten elektrischen Leitung (1) mit einer zweiten elektrischen Leitung (2) durch wenigstens eine mechanische Schaltvorrichtung (SM) ist parallel zur mechanischen Schaltvorrichtung (SM) wenigstens eine erste elektronische Schaltvorrichtung (SE1) und antiparallel zu dieser wenigstens eine zweite elektronische Schaltvorrichtung (SE2) angeordnet, durch die eine auftretende Spannungsdifferenz zwischen der ersten elektrischen Leitung (1) und der zweiten elektrischen Leitung (2) überbrückbar ist. Eine derartige Einrichtung ist einfach aufgebaut und weist kurze Ansprechzeiten auf.

Description

Beschreibung
Einrichtung zum Kurzschließen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Kurzschließen einer ersten elektrischen Leitung mit einer zweiten elektrischen Leitung, wobei die erste elektrische Leitung und die zweite elektrische Leitung durch eine mechanische Schaltvorrichtung kurzschließbar sind.
Derartige Einrichtungen zum Kurzschließen sind z. B. aus der Siemens-Produktinformation "Kurzschließer SITRAS®SCD9β Span- nungsbegrenzungseinrichtung für Gleichstrom-Bahnanlagen", Bestell-Nr. A52811-C2720-D11-A5-00B1, bekannt. Die bekannten Einrichtungen zum Kurzschließen werden in Bahnstromversorgungsanlagen eingesetzt. Bei Gleichstromversorgung wird hierbei die erste elektrische Leitung von der Rückleitung (bei Gleichstrom-Bahnanlagen ist dies die Fahrschiene) und die zweite elektrische Leitung von der Erdungsleitung gebildet.
Bei Isolatorüberschlägen, bei Überschlägen an Hörnerableitern der Fahrleitungsanlage und bei anderen ungewollten Verbindungen zwischen der Fahrdrahtspannung von beispielsweise 1500 Volt Gleichspannung und geerdeten Anlagenbauteilen treten Spannungen zwischen den Fahrschienen, die die Rückleitungen bilden, und der Erdungsanlage bis maximal 1500 Volt auf. Damit können zum einen unzulässige Berührungsspannungen an der Rückleitung auftreten. Andererseits können Baugruppen, die an die Fahrschienen angeschlossen sind und keine ausreichende Spannungsfestigkeit aufweisen, zerstört werden. Verlöschen die Lichtbögen nicht wegen der Netzfolgeströme oder bleiben die Kurzschlüsse aus anderen Gründen bestehen, greift die elektro-mechanische Schaltvorrichtung des Kurzschließers nach einer Ansprechzeit von beispielsweise 60 Millisekunden ein und verbindet Rückleitung und Erdungsanlage. Bei stromstarken Fehlern löst der Streckenschutz aus. Durch die EP-PS 0 806 071 ist ein Einrichtung zum Kurzschließen bekannt, bei der mittels einer aufwendig angesteuerten elektro-mechanischen Kurzschlußbrücke eine erste elektrische Leitung mit einer zweiten elektrischen Leitung kurzschließbar ist .
Die CA-PS 1,307,822 beschreibt eine Einrichtung zum Kurzschließen, bei der durch elektronische Mittel eine erste elektrische Leitung mit einer zweiten elektrischen Leitung kurzschließbar ist. Auch diese Einrichtung erfordert eine vergleichsweise komplexe Ansteuerung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfach aufgebaute Einrichtung zum Kurzschließen zu schaffen, die kurze Ansprechzeiten aufweist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand von weiteren Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Einrichtung zum Kurzschließen einer ersten elektrischen Leitung mit einer zweiten elektrischen Leitung weist eine mechanische Schaltvorrichtung auf, durch die die erste elektrische Leitung und die zweite elektrische Lei- tung kurzschließbar sind. Erfindungsgemäß ist parallel zur mechanischen Schaltvorrichtung wenigstens eine erste elektronische Schaltvorrichtung und antiparallel zur ersten elektronischen Schaltvorrichtung wenigstens eine zweite elektronische Schaltvorrichtung angeordnet, wobei durch wenigstens ei- ne der elektronischen Schaltvorrichtungen eine auftretende Spannungsdifferenz zwischen der ersten elektrischen Leitung und der zweiten elektrischen Leitung überbrückbar ist. Die erste elektronische Schaltvorrichtung schaltet, wenn das Potential der zweiten elektrischen Leitung um einen vorgebbaren Differenzwert größer ist als das Potential der ersten elektrischen Leitung und die zweite elektronische Schaltvorrichtung schaltet, wenn das Potential der ersten elektrischen Leitung um einen vorgebbaren Differenzwert größer ist als das Potential der zweiten elektrischen Leitung.
Die Einrichtung nach Anspruch 1 weist damit eine mechanische Schalteinheit und eine elektronische Schalteinheit auf, die in ihrer Funktion jeweils unabhängig voneinander sind. Die mechanische Schalteinheit besteht aus wenigstens einer mechanischen Schaltvorrichtung und die elektronische Schalteinheit wird von wenigstens einer ersten elektronischen Schaltvor- richtung sowie von wenigstens einer zweiten elektronischen
Schaltvorrichtung gebildet. Beide Schalteinheiten werden jeweils von wenigstens einer eigenen unabhängigen Ansteuerung angesteuert und schließen somit voneinander unabhängig die erste elektrische Leitung und die zweite elektrische Leitung kurz. Die Ansteuerung der elektronischen Schalteinheit, d. h. die Ansteuerung der ersten elektronischen Schaltvorrichtung und der zweiten elektronischen Schaltvorrichtung benötigt keine Hilfsspannung. Bei Versagen einer Schalteinheit oder Ausfall der Hilfsspannung ist damit - zumindest bei hohen Spannungen - immer noch die Funktion des Kurzschließens durch die andere Schalteinheit gewährleistet. Durch die Redundanz der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 ist damit ein optimaler Personenschutz sichergestellt.
Durch wenigstens eine erste elektronische Schaltvorrichtung und wenigstens eine zweite elektronische Schaltvorrichtung weist die in Anspruch 1 definierte Einrichtung zum Kurzschließen eine wesentlich kürzere Ansprechzeit auf. Das Ansprechverhalten der erfindungsgemäßen Einrichtung ist darüber hinaus unabhängig vom Vorzeichen der auftretenden Spannungsdifferenz zwischen der ersten elektrischen Leitung und der zweiten elektrischen Leitung. Dadurch wird der Schutz von Personen gegen elektrischen Schlag und der Schutz von Elektronikbaugruppen, die bei Bahnstromversorgungsanlagen zwi- sehen Fahrschienen und Erdungsanlage angeschlossen sind, verbessert, da Überspannungen zwischen der ersten elektrischen Leitung (Rückleitung, die von der Fahrschiene gebildet wird) und der zweiten elektrischen Leitung (Erdungsleitung) nicht mehr oder nur noch kurzzeitig auftreten. Damit lassen sich Schäden an den Elektronikbaugruppen zwischen Fahrschienen und Erdungsanlage mit hoher Wahrscheinlichkeit vermeiden.
Gemäß einer Ausgestaltung nach Anspruch 2 wird nach dem Überbrücken der ersten elektrischen Leitung und der zweiten elektrischen Leitung durch wenigstens eine der elektronischen Schaltvorrichtungen von diesen zusätzlich die mechanische Schaltvorrichtung ausgelöst. Dadurch wird in vorteilhafter Weise die überbrückende elektronische Schaltvorrichtung nur eine sehr kurze Zeit durch den hohen Kurzschlußstrom belastet, da nach dem Ansprechen der mechanischen Schaltvorrichtung der Kurzschlußstrom ausschließlich über die strommäßig höher belastbare mechanische Schaltvorrichtung fließt.
Im Rahmen der Erfindung können die Leistungshalbleiter bei den elektronischen Schaltvorrichtungen beispielsweise als GTO-Thyristoren, als Thyristoren oder als Transistoren ausge- bildet sein.
Bei Ausführungsformen gemäß den Ansprüchen 4 und 5 sind die elektronischen Schaltvorrichtungen als Thyristorbeschaltungen ausgebildet .
Bei der Ausführungsform nach Anspruch 4 umfaßt die Thyristor- beschaltung wenigstens einen Thyristor, dessen Kathode mit der ersten elektrischen Leitung und dessen Anode mit der zweiten elektrischen Leitung verbunden ist. An das Gate des Thyristors ist eine Ansteuerschaltung geführt, die eine Reihenschaltung aus Breakover Diode, Zündvorwiderstand und Schutzdiode umfaßt.
Bei der Ausführungsform nach Anspruch 5 umfaßt die Thyristor- beschaltung wenigstens einen Thyristor, dessen Kathode mit der zweiten elektrischen Leitung und dessen Anode mit der ersten elektrischen Leitung verbunden ist. An das Gate des Thy- ristors ist eine Ansteuerschaltung gefuhrt, die eine Reihenschaltung aus Breakover Diode, Zundvorwiderstand und Schutzdiode umfaßt .
Gemäß einer Ausgestaltung nach Anspruch 6 ist dem Thyristor zusatzlich eine Stromerfassungseinrichtung vorgeschaltet, das den mechanischen Schalter ansteuert. Nach dem Schließen der mechanischen Schaltvorrichtung verloscht der Thyristor aufgrund seiner parallelen Anordnung zur mechanischen Schaltvorrichtung selbsttätig. Demgegenüber kann ein GTO-Thyristor zusatzlich zwangsgeloscht werden. Die Einrichtung gemäß Anspruch 6 bietet für die Elektronikbaugruppen einen nochmals verbesserten Schutz vor Uberspannungsschaden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand eines nachfolgend in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispiels naher erläutert.
In der Zeichnung ist mit 1 eine erste elektrische Leitung be- zeichnet, die bei einer Bahnstromversorgung die Ruckleitung darstellt. Bei Gleichstromversorgung wird die Ruckleitung von wenigstens einer Fahrschiene gebildet. Mit 2 ist eine zweite elektrische Leitung bezeichnet, die im gezeigten Ausfuhrungsbeispiel eine Erdungsleitung (Bauwerkserde) bildet.
Zwischen der Ruckleitung 1 und der Erdungsleitung 2 ist eine mechanische Schaltvorrichtung SM angeordnet, durch die die Ruckleitung 1 und die Erdungsleitung 2 kurzschließbar sind.
Die mechanische Schaltvorrichtung SM umfaßt einen mechanischen Schalter S sowie eine Spannungserfassungseinrichtung FU, die beim Auftreten einer unzulässigen Spannungsdifferenz zwischen den beiden elektrischen Leitern 1 und 2 (evtl. zeit- verzogert) den mechanischen Schalter S auslost.
Erfindungsgemaß ist parallel zur mechanischen Schaltvorrichtung SM wenigstens eine erste elektronische Schaltvorrichtung SEI und antiparallel zur ersten elektronischen Schaltvorrichtung SEI wenigstens eine zweite elektronische Schaltvorrichtung SE2 angeordnet. Das dargestellte Ausführungsbeispiel weist genau eine erste elektronische Schaltvorrichtung SEI und genau eine zweite elektronische Schaltvorrichtung SE2 auf. Durch wenigstens eine der elektronischen Schaltvorrichtungen SEI und SE2 ist die Spannungsdifferenz zwischen der Rückleitung 1 und der Erdungsleitung 2 überbrückbar. Die erste elektronische Schaltvorrichtung SEI schaltet, wenn das Potential U2 der zweiten elektrischen Leitung 2 um einen vorgebbaren Differenzwert größer ist als das Potential Ul der ersten elektrischen Leitung 1 und die zweite elektronische Schaltvorrichtung SE schaltet, wenn das Potential Ul der ersten elektrischen Leitung 1 um einen vorgebbaren Differenz- wert größer ist als das Potential U2 der zweiten elektrischen Leitung 2. Bei dem in Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist durch die erste elektronische Schaltvorrichtung SEI und/oder zweite elektronische Schaltvorrichtung SE2 nach dem Überbrücken der ersten elektrischen Leitung 1 und der zweiten elektrischen Leitung 2 zusätzlich die mechanische Schaltvorrichtung SM auslösbar, die dann stromlos schaltet.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die elektronischen Schaltvorrichtungen SEI und SE2 als Thyristorbeschaltungen ausgebildet.
Bei der ersten elektronischen Schaltvorrichtung SEI umfaßt die Thyristorbeschaltung einen Thyristor Tl, dessen Kathode mit der Rückleitung 1 verbunden ist. Weiterhin ist der Thyri- stör Tl mit seiner Anode mit der Erdungsleitung 2 verbunden. An das Gate des Thyristors Tl ist eine Ansteuerschaltung geführt. Die Ansteuerschaltung besteht bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer Schutzdiode Dl, der ein Zündvorwiderstand Rl nachgeschaltet ist. Dem Zündwi- derstand Rl ist eine Breakover Diode BOD1 nachgeschaltet. Bei der zweiten elektronischen Schaltvorrichtung SE2 umfaßt die Thyristorbeschaltung einen Thyristor T2, dessen Kathode mit der Erdungsleitung 2 verbunden ist. Weiterhin ist der Thyristor T2 mit seiner Anode mit der Rückleitung 1 verbunden. An das Gate des Thyristors T2 ist eine Ansteuerschaltung geführt. Die Ansteuerschaltung besteht aus einer Schutzdiode D2, der ein Zündvorwiderstand R2 nachgeschaltet ist. Dem Zündwiderstand R2 ist eine Breakover Diode BOD2 nachgeschaltet.
Die Schutzdiode Dl bzw. D2 in der Ansteuerschaltung für die erste elektronische Schaltvorrichtung SEI bzw. für die zweite elektronische Schaltvorrichtung SE2 kann auch entfallen. Außerdem kann als Spannungserkennendes Bauteil anstelle der Breakover Diode B0D1 bzw. BOD2 z. B. auch eine Zenerdiode verwendet werden.
Weiterhin ist bei gezeigten Ausführungsform zu den zueinander antiparallel angeordneten elektronischen Schaltvorrichtungen SEI und SE2 eine Stromerfassungseinrichtung FI in Reihe geschaltet. Durch die Stromerfassungseinrichtung FI wird die mechanische Schaltvorrichtung SM angesteuert.
Bei der ersten elektronischen Schaltvorrichtung SEI schaltet der Thyristor Tl, wenn die Erdungsleitung 2 (Bauwerkserde) gegenüber der Rückleitung 1 (Bahnerde, Fahrschiene) positives Potential annimmt. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn ein positiver Blitz in einen Blitzableiter einschlägt, der auf dem Potential der Bauwerkserde liegt, oder wenn ein Fahrdraht, der gegenüber der Fahrschiene eine positive Spannung aufweist, auf den Bahnsteig fällt.
Bei der zweiten elektronischen Schaltvorrichtung SE2 schaltet der Thyristor T2, wenn die Rückleitung 1 (Bahnerde, Fahr- schiene) gegenüber der Erdungsleitung 2 (Bauwerkserde) positives Potential annimmt. Dies ist z. B. dann der Fall, wenn ein positiver Blitz in die Fahrschiene einschlägt oder wenn ein Fahrdraht, der gegenüber der Fahrschiene eine positive Spannung aufweist, auf die Fahrschiene fallt.
Die Thyristoren Tl und T2 sollen nur bei Spannungsuberschla- gen, d. h. bei einem Fehlerfall in der Bahnstromversorgungsanlage zünden und die Ruckleitung 1 und die Erdungsleitung 2 miteinander verbinden. Damit ergeben sich die technischen Anforderungen an die Thyristoren Tl und T2 aus den möglichen Kurzschluß- bzw. Netzfolgestromen.
Die Hohe der Netzfolgestrome wird sowohl von der Entfernung des Kurzschlusses zum Unterwerk als auch vom Ubergangswider- stand zwischen der Erdungsleitung 2 und der Ruckleitung 1 bestimmt. Bei Anwendungen in der Bahnstromversorgung mit bei- spielsweise einer Fahrdrahtgleichspannung von 1500 Volt können damit unbeeinflußte Kurzschlußstrome bis zu 75 kA auftreten. Es sollten deshalb Thyristoren mit möglichst hoher Strombelastbarkeit gewählt werden.
Die Ansteuerung der Thyristoren Tl und T2 erfolgt über die Ansteuerschaltung, die jeweils von der Schutzdiode Dl bzw. D2, dem Zundvorwiderstand Rl bzw. R2 und der Breakover Diode B0D1 bzw. B0D2 gebildet wird. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist die Ansteuerschaltung einfach aufgebaut und beno- tigt im Gegensatz zu anderen elektronischen Ansteuerungen keine Hilfsspannungsversorgung.
Für die Ansteuerung der Thyristoren Tl und T2 gewählte Zündspannung liegt vorzugsweise bei 200 - 800 Volt. Dies ist der- zeit die niedrigste, standardmäßig verfugbare Zündspannung bei Breakover Dioden. Diese Zündspannung liegt sicher über der betriebsmäßigen Ansprechspannung der mechanischen Schaltvorrichtung SM. Andererseits ist diese Zündspannung aber ausreichend niedrig für die angestrebte Verbesserung des Anla- genschutzes. Die Zundvorwiderstande Rl und R2 sind so zu dimensionieren, daß einerseits die Breakover Dioden BOD1 und BOD2 nicht zerstört werden und daß andererseits die Stromimpulse für die Ansteuerung der Thyristoren Tl und T2 ausreichend groß sind.
Durch die Schutzdioden Dl und D2 wird der Schutz der Breakover Dioden BOD1 und B0D2 vor rückwärtigen Überspannungen gewahrleistet .
Über die Stromerfassungseinrichtung FI, die dem Thyristor Tl vorgeschaltet bzw. dem Thyristor T2 nachgeschaltet ist, wird über einen potentialfreien Kontakt die mechanische Schaltvorrichtung SM der Einrichtung zum Kurzschließen angesteuert. Der potentialfreie Kontakt der Stromerfassungseinrichtung FI wird hierbei bei einem Mindeststrom von beispielsweise 15 Ampere geschlossen.
Bei einem Auftreten von Kurzschlüssen oder Netzfolgestromen, die dazu fuhren, daß die Erdungsleitung 2 gegenüber der Ruck- leitung 1 positives Potential annimmt, zündet zunächst der
Thyristor Tl. Der Thyristor Tl übernimmt nach ca. 1 bis 2 Mi- krosekunden den Laststrom. Im beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel schaltet beispielsweise nach ca. 65 Millisekunden die mechanische Schaltvorrichtung SM zu und übernimmt den Last- ström. Der Thyristor Tl verloscht. Die vollständige Kommutierung des Laststromes vom Thyristor Tl zur mechanischen Schaltvorrichtung SM dauert etwa 0,5 Millisekunden.
Für den Fall, daß die Ruckleitung 1 gegenüber der Erdungslei- tung 2 positives Potential annimmt, zündet zunächst der Thyristor T2. Der Thyristor T2 übernimmt nach ca. 1 bis 2 Mikro- sekunden den Laststrom. Nach ca. 65 Millisekunden schaltet die mechanische Schaltvorrichtung SM zu und übernimmt den Laststrom. Der Thyristor T2 verloscht. Die vollständige Kom- mutierung des Laststromes vom Thyristor T2 zur mechanischen Schaltvorrichtung SM dauert etwa 0,5 Millisekunden. Die in der Zeichnung dargestellte Thyristorbeschaltung mit Zündung über eine Breakover Diode wirkt als einfache und funktionssichere Kurzschlußeinrichtung innerhalb von ca. 2 Mikrosekunden, wobei die Stromerfassungseinrichtung FI die mechanische Schaltvorrichtung SM ansteuert (Mitnahmeschaltung) . Der Thyristor Tl bzw. T2 verlöscht nach Ansprechen der mechanischen Schaltvorrichtung SM selbsttätig.

Claims

Patentansprüche
1. Einrichtung zum Kurzschließen einer ersten elektrischen Leitung (1) mit einer zweiten elektrischen Leitung (2), wobei die erste elektrische Leitung (1) und die zweite elektrische Leitung (2) durch wenigstens eine mechanische Schaltvorrichtung (SM) kurzschließbar sind, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Merkmale: parallel zur mechanischen Schaltvorrichtung (SM) ist we- nigstens eine erste elektronische Schaltvorrichtung (SEI) und antiparallel zur ersten elektronischen Schaltvorrichtung (SEI) ist wenigstens eine zweite elektronische Schaltvorrichtung (SE2) angeordnet, wobei durch wenigstens eine der elektronischen Schaltvorrichtun- gen (SEI, SE2) eine auftretende Spannungsdifferenz zwischen der ersten elektrischen Leitung (1) und der zweiten elektrischen Leitung (2) überbrückbar ist und die erste elektronische Schaltvorrichtung (SEI) schaltet, wenn das Potential (U2) der zweiten elektrischen Leitung (2) um einen vorgebbaren Differenzwert größer ist als das Potential (Ul) der ersten elektrischen Leitung (1) und die zweite elektronische Schaltvorrichtung (SE2) schaltet, wenn das Potential (Ul) der ersten elektrischen Leitung (1) um einen vorgebbaren Differenzwert größer ist als das Potential (U2) der zweiten elektrischen Leitung (2) .
2. Einrichtung zum Kurzschließen nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgendes Merkmal: durch die erste elektronische Schaltvorrichtung (SEI) und/oder durch die zweite elektronische Schaltvorrichtung (SE2) ist nach dem Überbrücken der ersten elektrischen Leitung (1) und der zweiten elektrischen Leitung (2) zusätzlich die mechanische Schaltvorrichtung (SM) auslösbar.
3. Einrichtung zum Kurzschließen nach Anspruch 2, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgendes Merkmal: nach dem Schließen der mechanischen Schaltvorrichtung (SM) sind die erste elektronische Schaltvorrichtung (SEI) und/oder die zweite elektronische Schaltvorrichtung (SE2) spannungsfrei schaltbar.
4. Einrichtung zum Kurzschließen nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Merkmale: die erste elektronische Schaltvorrichtung (SEI) ist als Thyristorbeschaltung ausgebildet, wobei - die Thyristorbeschaltung wenigstens einen Thyristor (Tl) umfaßt, dessen Kathode mit der ersten elektrischen Leitung
(1) und dessen Anode mit der zweiten elektrischen Leitung
(2) verbunden ist, und wobei an das Gate des Thyristors (Tl) eine Ansteuerschaltung ge- führt ist, die eine Reihenschaltung aus Breakover Diode (BOD1) , Zündvorwiderstand (Rl) und Schutzdiode (Dl) umfaßt.
5. Einrichtung zum Kurzschließen nach Anspruch 1 oder 4, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Merkmale: die zweite elektronische Schaltvorrichtung (SE2) ist als Thyristorbeschaltung ausgebildet, wobei die Thyristorbeschaltung wenigstens einen Thyristor (T2) umfaßt, dessen Kathode mit der zweiten elektrischen Lei- tung (2) und dessen Anode mit der ersten elektrischen Leitung (1) verbunden ist, und wobei an das Gate des Thyristors (T2) eine Ansteuerschaltung geführt ist, die eine Reihenschaltung aus Breakover Diode (BOD2), Zündvorwiderstand (R2) und Schutzdiode (D2) um- faßt.
6. Einrichtung zum Kurzschließen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgendes
Merkmal : - zu der ersten elektronischen Schaltvorrichtung (SEI) und/oder der zweiten elektronischen Schaltvorrichtung (SE2) ist eine Stromerfassungseinrichtung (FI) in Reihe geschaltet, die nach dem Überbrücken der ersten elektrischen Leitung (1) und der zweiten elektrischen Leitung (2) die mechanische Schaltvorrichtung (SM) ansteuert.
7. Einrichtung zum Kurzschließen nach einem der Ansprüche 4 bis 6, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgendes
Merkmal : der Thyristor (Tl; T2 ) besitzt Ansprechzeiten von ca. 1 bis 2 MikroSekunden.
8. Einrichtung zum Kurzschließen nach einem der Ansprüche 4 bis 6, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgendes
Merkmal : die Breakover Diode (BODl; BOD2) besitzt eine Zündspannung von 200 bis 800 Volt.
9. Einrichtung zum Kurzschließen nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgendes Merkmal: die mechanische Schaltvorrichtung (SM) und/oder wenigstens eine der elektronischen Schaltvorrichtungen (SEI, SE2) öffnen nach einer vorgebbaren Zeitdauer.
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