EP3356199A1 - System und verfahren zum automatischen beseitigen einer überhöhten beeinflussungsspannung in einem energiebus - Google Patents
System und verfahren zum automatischen beseitigen einer überhöhten beeinflussungsspannung in einem energiebusInfo
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- EP3356199A1 EP3356199A1 EP16738826.3A EP16738826A EP3356199A1 EP 3356199 A1 EP3356199 A1 EP 3356199A1 EP 16738826 A EP16738826 A EP 16738826A EP 3356199 A1 EP3356199 A1 EP 3356199A1
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Abstract
Erfindungsgemäss sind ein System (Sys) und ein Verfahren zum automatischen Beseitigen einer überhöhten Beeinflussungsspannung in einem Energiebus (EB) offenbart, über den in einer industriellen Anlage angeordnete dezentrale Funktionseinheiten (E) mit elektrischer Energie versorgt werden, wobei: a) ein übergeordnetes Steuerungssystem (STW) vorgesehen ist, das mit den dezentralen Funktionseinheiten (E) mittels Datentelegrammen Informationen über einen Datenbus (CB, NB1, NB2) austauscht, b) Netzknoteneinheiten (SND) sequentiell zwischen zwei Speisepunkten (PS1, PS2) eines ringartig aufgebauten Energiebusses (EB) angeordnet sind, die den dezentralen Funktionseinheiten (E) den Zugang zu dem Energiebus (EB) und optional auch zum Datenbus (CB, NB1, NB2) bereitstellen, c) die Netzknoteneinheiten (SND) über ein steuerbares Schaltmodul (S) verfügen, das einen ersten Schalter (S1) und einenzweiten Schalter (S2) umfasst, wobei mit den beiden Schaltern (S1, S2) je ein Zugang zu den beiden Speisepunkten (PS1, PS2) schaltbar ist, d) ein Auswertemodul (CPU, SL) vorgesehen ist, das die Beeinflussungsspannung misst und mit einem Grenzwert vergleicht und/oder den Energiebus (EB) auf das Vorliegen eines Erdschlusses einer der Adern des Energiebusses untersucht, wobei bei einer Überschreitung des Grenzwerts für die Beeinflussungsspannung und/oder bei dem Vorliegen eines Erdschlusses einer der beiden Schalter (S2) einer Netzknoteneinheit (SND4) öffenbar ist.
Description
System und Verfahren zum automatischen Beseitigen einer überhöhten BeeinflussungsSpannung in einem Energiebus
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren zum automatischen Beseitigen einer
überhöhten Beeinflussungsspannung in einem Energiebus, über den in einer industriellen Anlage angeordnete dezentrale Funktionseinheiten mit elektrischer Energie versorgt werden.
Derartige dezentrale Funktionseinheiten werden im
Besonderen in Schienenverkehrsnetzwerken z.B wie die Eisenbahn eingesetzt, wo diese genutzt werden, um
Fahrzeug beeinflussende und/oder Fahrzeug überwachende Einheiten zu steuern und bezüglich der Funktionalität zu überwachen und um Prozessdaten aufzunehmen und zurück an eine zentrale Steuerungs- und/oder Überwachungszentrale, wie zum Beispiel eine Leitstelle oder ein Stellwerk, zu melden. Als zugbeeinflussende Einheiten, die also
Anweisungen an den Fahrzeugführer geben oder sogar direkt Eingriffe in der Fahrzeugsteuerung vornehmen oder direkt einen sicheren Fahrweg einstellen, können beispielsweise Signale, Weichen, Balisen, Linienleiter, Gleismagnete und dergleichen sowie auch Sensoren zum Erfassen von
Prozessgrössen des fahrenden Zuges, wie
Leistungsaufnahme, Geschwindigkeit und dergleichen, betrachtet werden. Als Zug- und Gleisabschnitt
überwachende Einheiten können ebenfalls Balisen und
Linienleiter, aber auch Achszähler und Gleisstromkreise und andere Gleisfreimeldesysteme genannt werden.
Grundsätzlich betrifft die vorliegende Erfindung aber alle industriellen Anlagen, in denen funktionale
Einheiten über grössere Strecken verteilt sind und dennoch zentral gesteuert werden müssen. Die zentrale Steuerung kann dabei von einer ortsfesten Leitstelle, aber auch durch eine nicht-ortsfeste virtuelle Leitstelle wahrgenommen werden.
Im Eisenbahnverkehr ist es üblicherweise so, dass diese dezentralen Funktionseinheiten von einem Stellwerk oder einem abgesetzten Stellwerkrechner gesteuert werden. Für den Datentransfer zwischen dem Stellwerk und den
Funktionseinheiten im Gleisbereich sind heute in der
Regel standardisierte Kupferkabel vorgesehen, für deren klassische Stelldistanzlängen wegen der physikalischen Übertragungsparameter, den Kabelbelägen (RLC) , bei 10 km in der Praxis die obere Grenze liegt. Bei gewissen Typen von Funktionseinheiten kann diese obere Limite jedoch auch nur bei maximal 6,5 km liegen.
Aus dem Projekt Sinet® der Siemens Schweiz AG und der dazu korrespondierenden europäischen Patentanmeldung EP 2 301 202 AI sind eine Einrichtung und ein Verfahren zur Steuerung und/oder Überwachung von entlang eines
Verkehrsnetzwerks angeordneten dezentralen
Funktionseinheiten bekannt, welche folgenden Kernpunkte umfassen :
a) ein übergeordnetes Steuerungssystem, das mit den dezentralen Funktionseinheiten mittels Datentelegrammen Informationen austauscht,
b) ein Datentransportnetzwerk mit einer Anzahl von
Netzzugangspunkten, wobei das übergeordnete
Steuerungssystem über mindestens einen Netzzugangspunkt an dem Datentransportnetzwerk angekoppelt ist;
c) Kommunikationseinheiten, die jeweils an einem
Netzzugangspunkt angeschlossen sind, wobei:
d) die dezentralen Funktionseinheiten zu Untergruppen mit jeweils eigenem Subnetzwerk zusammengefasst sind; und wobei
e) das Subnetzwerk jeder der Untergruppen an jedem seiner beiden Ende jeweils über eine Kommunikationseinheit und über einem Netzzugangspunkt an dem Datentransportnetzwerk angekoppelt ist.
Auf diese Weise kann für die Ankopplung der dezentralen Funktionseinheiten ein digitales Datentransportnetzwerk
genutzt werden, welches in jeder Weise robust gegen ein einfaches Fehlerereignis ist, dennoch eine sehr
geschickte Verwendung von sehr breit in der Bahntechnik eingesetzten Cu-Kabeln, zum Beispiel bisher vorhandenen Stellwerkskabeln, erlaubt und schliesslich auch nur eine vergleichsweise geringe Zahl von Netzzugangspunkten benötigt .
Eine derartige Einrichtung ist dabei in besonders
vorteilhafter Weise für ein Schienennetz für den
Eisenbahnverkehr einsetzbar. Folglich ist dann
zweckmässig, mittels den dezentralen Funktionseinheiten verkehrsüberwachende und verkehrssteuernde
Funktionseinheiten, wie insbesondere Signale, Weichen, Achszähler, Gleisstromkreise, punkt- und linienförmige
Zugbeeinflussungselemente, an das Datentransportnetzwerk anzukoppeln .
Der Aufbau von technischen Anlagen, besonders auch in der Bahninfrastruktur, ist aufgrund der über 100 jährigen Geschichte des Industrieanlagenbaus und des
Eisenbahnwesens auf Robustheit und Zuverlässigkeit ausgelegt. In der damaligen Konzeption wurden besonders die Aussenelemente der Bahnsicherungsanlagen über relativ kräftige Kabeladern angeschlossen, um die Schaltzustände über die definierten Distanzen sicher detektieren zu können, d.h. die Auslegung erfolgt entsprechend der
Spitzenbelastungen mit ausreichender Reserve. Mit dem Schaltvorgang der Aussenelemente wird über die
Energiezuführung auch die Information übermittelt. Daraus folgt aber in naheliegender Weise auch, dass die
möglichen Distanzen durch den detektierbaren Energiefluss begrenzt sind. Unter heutigen Flexibilitäts- , Kosten- und Ressourcenpolitischen -Aspekten sind diese etablierten Konzepte neben der durch die EP 2 301 202 AI offenbarten Kommunikationsstruktur dringend auch im Bereich der
Energiezuführung zu innovieren und so die bisherige
Kopplung von Information und Energie aufzulösen.
Hierzu offenbart die internationalen Patentanmeldung WO 2013/013908 AI eine Lösung. Diese Lösung sieht eine
Einrichtung und ein Verfahren zum Betreiben von in einer industriellen Anlage angeordneten dezentralen
Funktionseinheiten vor, umfassend:
a) ein übergeordnetes Steuerungssystem, das mit den dezentralen Funktionseinheiten mittels Datentelegrammen Informationen austauscht,
b) ein Datentransportnetzwerk mit einer Anzahl von
Netzzugangspunkten, wobei das übergeordnete
Steuerungssystem über mindestens einen Netzzugangspunkt an dem Datentransportnetzwerk angekoppelt ist;
c) Kommunikationseinheiten, die an einem Netzzugangspunkt angeschlossen sind und den dezentralen Funktionseinheiten den Zugang zu dem Datentransportnetzwerk bereitstellen, und
d) ein Energietransportnetz, an das die dezentralen
Funktionseinheiten angeschlossen sind und das die
dezentralen Funktionseinheiten mit elektrischer Energie versorgt. Auf diese Weise ist nun auch das
Energietransportnetz vollkommen von einem Stellwerk entkoppelt . Ausgehend von der heutigen Stellwerkarchitektur mit dezentralen Stationen, aber Punkt-zu-Punkt- Energiezuführung, wird hiermit ein neuer, innovativer Ansatz beschritten, der von der Siemens Schweiz AG unter dem Namen Sigrid® vertrieben. Die heutigen kabel- und arbeitsintensiven Punkt- zu Punkt-Verbindungen für die
Stromversorgung bzw. die Energieversorgung der peripheren Elemente entlang dem Gleis (Element Controller oder auch dezentrale Funktionseinheit genannt) werden ersetzt durch adernsparende und einfach zu montierende Bus- oder
Ringleitungen.
Die in der WO 2013/013908 AI offenbarte Lösung beschränkt sich aber längst nicht nur auf den beschriebenen
Anwendungsfall der Stellwerksarchitektur von Bahnanlagen, sondern geht weit darüber hinaus. Als zukünftige
Beispiele werden das Energiemanagement für Gebäude oder für Grossanlagen in der produzierenden oder
verarbeitenden Industrie auf der Basis dezentraler
Energieversorgung gesehen.
Wenn der Energiebus zwischen zwei Stellwerken oder sonstigen Einrichtungen mit Anschluss zu den
Energieversorgungsnetzen verlegt wird, so kann die
Versorgung der angeschlossenen Verbraucher (dezentrale Funktionseinheiten) von beiden Speiseseiten erfolgen. Dadurch wird eine bisher noch nicht verfügbare Redundanz der Energieversorgung geschaffen. Die dezentralen
Funktionseinheiten - auch Element Controller oder kurz EC genannt) werden dabei durch Netzknoteneinheiten - auch Buskoppler oder kurz SND - Smart Node Device genannt - an den Datenbus und den Energiebus angeschlossen, die
Steuerungs-, Überwachungs- und Diagnosefunktionen
übernehmen können. Die SND können beispielsweise den
Energiebus unterbrechen bzw. durchschalten, sowie Ströme und Spannungen im Energiebus messen.
Einfache Defekte, also beispielsweise Kurzschlüsse,
Erdschlüsse oder Unterbrüche, im Energiebus führen bei korrekter Behandlung aufgrund der Redundanz nicht
unmittelbar zu einem Ausfall von Elementen. Im Fall einer ausfallenden Speiseseite würde die Versorgung aller dezentralen Funktionselemente von der zweiten Speiseseite übernommen.
Bei der Versorgung der dezentralen Funktionseinheiten sollen nun für den Energiebus Distanzen von 20 km und mehr erreicht werden können. Alle Kabel und hier
besonders im vorliegenden Fall des Energiebusses für den Bahnbetrieb die Adern des Energiebusses, die in der Nähe der Bahnstromversorgung (Fahrdraht) angeordnet sind, sind einer Beeinflussungsspannung aufgrund des Kabelbelags
ausgesetzt. Dabei kann die Beeinflussung ohmscher, kapazitiver und/oder induktiver Natur sein. Die induktive Beeinflussungsart ist mit dem Vorliegen der
Bahnstromversorgung hierbei die dominante Beeinflussung und wirkt als Gleichtaktquelle, die bei potentialfreien Adern ein gleich grosses, phasengleiches Störsignal mit der Frequenz der Fahrdrahtspeisung einkoppelt.
Gemäss den gültigen Vorschriften im Bahnbereich sind anlagenseitig Vorkehrungen zu treffen, damit die
Beeinflussungsspannung bei den Kabeln entlang der
Bahnstrecke nie grösser als ein vorgegebener Grenzwert für die Beeinflussungsspannung, z.B. 250 VAC, wird. Mit der Kenntnis des maximal möglichen Fahrstroms und
weiterer die Beeinflussungsspannung beeinflussenden
Grössen, wie z.B. die Eigenschaften des Energiekabels, die Erdungsverhältnisse usw.) und des vorgegebenen
Grenzwerts ist es möglich, die maximal zulässige Länge des Energiebusses rechnerisch zu ermitteln. Aktuelle Berechnungen zeigen hier derzeit, dass bei
konventionellen Anlagen, bei TSI-Bahnstrecken (TSI = Technische Spezifikationen für Interoperabilität) oder bei Hochgeschwindigkeitsstrecken bei Energiebuslängen im Bereich von 10 km die zulässigen Grenzwerte erreicht werden, was hinsichtlich der eigentlich gewünschten Länge von 20 km und mehr unbefriedigend ist. Daher sind die Auswirkungen der Beeinflussungsspannungen genau zu betrachten . Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein System und ein Verfahren zum automatischen Beseitigen einer überhöhten Beeinflussungsspannung in einem Energiebus anzugeben, der in einer industriellen Anlage angeordnete dezentrale Funktionseinheiten mit elektrischer Energie vorsorgt. Dabei soll eine zu hohe Beeinflussungsspannung im Energiebus und/oder ein
Erdschluss zuverlässig und schnell detektierbar sein, sodass umgehend Massnahmen zur Wiederherstellung der
korrekten Funktion des Energiebusses eingeleitet werden können .
Die Aufgabe wird bezüglich des Systems erfindungsgemäss durch ein System zum automatischen Beseitigen einer überhöhten Beeinflussungsspannung in einem Energiebus gelöst, über den in einer industriellen Anlage
angeordnete dezentrale Funktionseinheiten mit
elektrischer Energie versorgt werden, wobei:
a) ein übergeordnetes Steuerungssystem vorgesehen ist, das mit den dezentralen Funktionseinheiten mittels
Datentelegrammen Informationen über einen Datenbus austauscht,
b) Netzknoteneinheiten sequentiell zwischen zwei
Speisepunkten eines ringartig aufgebauten Energiebusses angeordnet sind, die den dezentralen Funktionseinheiten den Zugang zu dem Energiebus und optional auch zum
Datenbus bereitstellen,
c) die Netzknoteneinheiten über ein steuerbares
Schaltmodul verfügen, das einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter umfasst, wobei mit den beiden Schaltern je ein Zugang zu den beiden Speisepunkten schaltbar ist, d) ein Auswertemodul vorgesehen ist, das die
Beeinflussungsspannung misst und mit einem Grenzwert vergleicht und/oder den Energiebus auf das Vorliegen eines Erdschlusses einer der Adern des Energiebusses untersucht, wobei bei einer Überschreitung des Grenzwerts für die Beeinflussungsspannung und/oder bei dem Vorliegen eines Erdschlusses einer der beiden Schalter einer
Netzknoteneinheit offenbar ist.
Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe
erfindungsgemäss durch ein Verfahren zum automatischen Beseitigen einer überhöhten Beeinflussungsspannung in einem Energiebus gelöst, über den in einer industriellen Anlage angeordnete dezentrale Funktionseinheiten mit elektrischer Energie versorgt werden, wobei:
a) ein übergeordnetes Steuerungssystem vorgesehen ist, das mit den dezentralen Funktionseinheiten mittels
Datentelegrammen Informationen über einen Datenbus austauscht,
b) Netzknoteneinheiten sequentiell zwischen zwei
Speisepunkten eines ringartig aufgebauten Energiebusses angeordnet sind, die den dezentralen Funktionseinheiten den Zugang zu dem Energiebus und optional auch zum
Datenbus bereitstellen,
c) die Netzknoteneinheiten über ein steuerbares
Schaltmodul verfügen, das einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter umfasst, wobei mit den beiden Schaltern je ein Zugang zu den beiden Speisepunkten schaltbar ist, d) ein Auswertemodul vorgesehen ist, das die
Beeinflussungsspannung misst und mit einem Grenzwert vergleicht und/oder den Energiebus auf das Vorliegen eines Erdschlusses einer der Adern des Energiebusses untersucht, wobei bei einer Überschreitung des Grenzwerts für die Beeinflussungsspannung und/oder bei dem Vorliegen eines Erdschlusses einer der beiden Schalter einer
Netzknoteneinheit geöffnet wird.
Auf diese Weise ist sichergestellt, dass durch die gezielte Auftrennung eines der beiden Schalter einer Netzknoteneinheit der Energiebus zwar unterbrochen wird, wobei aber aufgrund der redundanten Einspeisung in den Energiebus von den beiden Seiten her kein Verbraucher vom Energiebus abgetrennt wird und damit sämtliche dezentrale Funktionseinheiten für den Industrie-/Bahnbetrieb
verfügbar bleiben.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung können die beiden Speisepunkte ihre Energie von zwei voneinander unabhängigen Energienetzen beziehen und diese potentialgetrennt in den Energiebus einspeisen. Somit ist der Energiebus potentialfrei darstellbar und weist wegen der Unabhängigkeit der beiden Energienetze eine extrem hohe Verfügbarkeit auf.
Besonders vorteilhaft kann es weiter sein, wenn die einen Schalter öffnende Netzknoteneinheit zuvor für diesen Anwendungsfall projektiert worden ist. Auf diese Weise ist keinerlei Kommunikation unter den Netzknoteneinheiten untereinander erforderlich, sondern es genügt allein die Detektion einer überhöhten Beeinflussungsspannung
und/oder eines Erdschlusses. Die derart vorbestimmte Netzknoteneinheit kann die Busauftrennung auch dann ausführen, wenn sich der Energiebus in dem Zustand
Erdschluss befindet und ggfs. zusätzlich auch noch die Beeinflussungsspannung den entsprechenden Grenzwert übersteigt. Diese Messung kann dabei dieser vorbestimmten Netzknoteneinheit allein überlassen bleiben.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der
Erfindung kann die einen Schalter öffnende
Netzknoteneinheit im Bereich des geographischen Mitte des Energiebusses angeordnet sein. So ist es zum Beispiel im Falle eines Erdschlusses möglich die induktive Wirkung des Fahrdrahtes auf den Energiebus in etwa zu halbieren, sodass doppelt so hohe Distanzen für den Energiebus realisierbar sind. Zudem kann im Falles eines
Erdschlusses die Gefahr für das Unterhaltspersonal ebenso etwa halbiert werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, die diesbezüglich praktisch keine Kommunikation zwischen den Netzknoteneinheiten benötigt, kann erreicht werden, wenn jede Netzknoteneinheit selbst über das Auswertemodul verfügt .
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 in schematischer Ansicht eine
Stellwerkarchitektur mit einem Datenbus und einem Energiebus;
Figur 2 in schematischer Ansicht eine Netzknoteneinheit zur Verbindung einer dezentralen
Funktionseinheit mit dem Datenbus und Energiebus; und
Figur 3 in schematischer Ansicht ein Beispiel für die
Unterbrechung des Energiebusses durch eine Netzknoteneinheit . Figur 1 zeigt schematisch eine Stellwerkarchitektur mit einem System Sys, das u.a. ein Stellwerk STW, einen redunant abgebauten Datenbackbone NB1, NB2, einen
Datenbus CB und einen Energiebus EB mit zwei
Speisestellen PS1 und PS2 aufweist. Das Stellwerk STW steuert einen Zugverkehr auf einem Gleisabschnitt G, in welchem Signale S, Weichen W, ein Bahnübergang Bue und Achszähler AC angeordnet sind. Diese Zugsicherungs- und Zugbeeinflussungskomponenten koppeln jeweils mit einer dezentralen Funktionseinheit - auch Element Controller Unit E genannt - an dem Datenbus CB und dem Energiebus EB an. Die dezentralen Funktionseinheiten E sind dabei so an den ringförmigen Datenbus CB angeschlossen, dass über jede Seite des ringförmigen Datenbusses CB entweder der Zugriff auf den Datenbackbone NB1 bzw. NB2 gegeben ist. Der Datenbus CB koppelt dabei mit entsprechenden
Routern/Switches SW an dem jeweiligen Datenbackbone NB1, NB2 an. Zudem gewährleistet der sequentielle Anschluss der Element Controller Unit E an den ringförmigen Energiebus EB, dass jede Element Controller Unit E von beiden Seiten her und damit redundant mit elektrischer Energie versorgt werden kann.
Figur 2 zeigt nun schematisch die daten- und energieversorungstechnische Anschaltung der Element
Controller Unit E einer Zugbeeinflussungskomponente, hier zum Beispiel eine Weiche W, an den Datenbus CB und den Energiebus EB . Ein derartiger Anschaltpunkt umfasst eine Netzknoteneinheit SND und den eigentlichen Element
Controller EC. Die Netzknoteneinheit SND umfasst eine Kommunikationseinheit SCU zum Datenaustausch über beide Äste des Datenbusses CB . Energieseitig ist die
Netzknoteneinheit SND so ausgestaltet, dass sie an beiden Ästen des Energiebusses EB ankoppelt und damit immer, ggfs. über andere Netzknoteneinheiten SND hinweg - ein Zugang zu beiden Einspeisepunkten PS1 und PS2 besteht (wie in Figur 1 gezeigt) .
Die Netzknoteneinheit SND verfügt weiter über eine
Steuer- und Auswertelogik SL, die zum Beispiel in ein Schaltmodul S integriert sein kann, und steuert und überwacht damit den Energiebus EB . Im Besonderen
detektiert die Steuer-und Auswertelogik SL
Stromüberschreitungen und/oder Spannungseinbrüche
und/oder Beeinflussungsspannungen innerhalb des
Energiebusses EB und/oder beim angeschlossenen
Verbraucher (SPU mit EC) und wertet diese Daten u.a. auf einen möglicherweise vorliegenden Erdschluss einer Ader des Energiebusses EB und/oder ein Überschreiten des Grenzwerts für die Beeinflussungsspannung aus.
Somit wird die Netzknoteneinheit SND immer in redundanter Weise von zwei Seiten her mit elektrischer Energie versorgt und verfügt daher im Rahmen des Schaltmoduls S über einen linken Schalter Sl und einen rechten Schalter S2 sowie über einen Lastschalter S3 zur
Versorgungseinheit SPU des Element Controllers EC.
Die Netzknoteneinheit SND versorgt auch die
Kommunikationseinheit SCU mit Spannung und kann mit dieser auch über eine Ethernet-Verbindung Daten
austauschen und ist damit in den Datenbus CB eingebunden (z.B. Aktivieren des Handbetriebs des SND über
Fernzugriff und Betätigen der Schalter Sl bis S3, Abgabe von Diagnosedaten an das Stellwerk oder ein
übergeordnetes Service- und Diagnosesytem, Abfrage der aktuellen Spannungen, Ströme, Energie- und
Leistungswerte, Parametrierung des SND, Daten für
Aufladung eines hier nicht weiter dargestellten
Energiespeichers oder die Anmeldung eines zukünftigen Leistungsbedarfs) . In die Netzknoteneinheit SND ist hier über den Schalter S3 die Versorgungseinheit SPU
integriert, die die Spannung des Energiebusses EB auf die für den Element Controller EC erforderliche
Eingangsspannung konvertiert. Zudem ist eine
Datenverbindung zwischen dem Schaltmodul S der
Netzknoteneinheit SND und der Versorgungseinheit SPU, z.B. in Form einer serielle RS 422, vorgesehen.
Energietechnisch typisch ist hier zum Beispiel eine dreiphasige Verbindung mit 400 VAC . Der Element
Controller EC steuert und versorgt in Figur 2 vorliegend die Weiche W. Dabei empfängt der Element Controller EC Datentelegramme von einem übergeordneten
Stellwerksrechner CPU via einer Ethernet-Verbindung von der Kommunikationseinheit SCU und gibt über diese
Kommunikationseinheit SCU die Rückmeldungen an den
Stellwerksrechner CPU. Der Stellwerksrechner CPU kann auch ein entsprechendes Auswertemodul repräsentieren, dass die empfangenen Daten bestimmungsgemäss auswertet. Vorliegend wird aber in diesem Ausführungsbeispiel der Schwerpunkt auf die in die Netzknoteneinheit integrierte Steuer- und Auswertelogik SL gelegt.
Figur 3 zeigt in schematischer Ansicht ein Beispiel für die Auftrennung des Energiebusses EB im Fall der
Detektion eines Erdschlusses und/oder eines überhöhten
Wertes für die Beeinflussungsspannung. PS1 bzw. PS2 sind die Einspeisestellen für den Energiebus EB . Im weiteren Verlauf wird die Einspeisestelle PS1 auch als linke
Einspeisestelle PS1 und entsprechend die Einspeisestelle PS2 als rechte Einspeisestelle PS2 bezeichnet. In der vorliegenden Darstellung sind sieben Netzknoteneinheiten SND1 bis SND7 sequentiell in den Energiebus EB
geschaltet. Die gesamten Stromverbraucher der Element Controller Unit E werden hier vereinfacht entsprechend als Verbraucher VI bis V7 bezeichnet. Stromverbraucher in diesem Sinne sind dabei u.a. die Element Controller EC und die vorgeschaltete Versorgungseinheit SPU.
Jede Netzknoteneinheit SND1 bis SND7 misst die
Beeinflussungsspannungen und prüft auf das Vorliegen eines nicht betriebskonformen Erdschlusses. Wenn nun der Grenzwert für die Beeinflussungsspannung überschritten wird und/oder das Vorliegen eines Erdschlusses detektiert wird, wird der Energiebus EB proj ektierungsgemäss durch die Netzknoteneinheiten SND4 aufgetrennt. Hierzu ist die Netzknoteneinheit SND 4 so projektiert, dass sie ihren rechten Schalter S2 öffnet. Die Verbraucher VI bis V4 werden dann nur noch einseitig von der linken
Einspeisestelle PS1 versorgt und die Verbraucher V5 bis V7 entsprechend nur noch von der rechten Einspeisestelle PS2. Durch die Auftrennung des Energiebusses im
Fehlerfall „Erdschluss" und/oder im Fehlerfall „Überhöhte Beeinflussungsspannung", die etwa an der am nächsten zur geographische Mitte des Energiebusses gelegenen
Netzknoteneinheit SND4 vorgenommen wird, wird die Wirkung der induktiven Beeinflussung der Adern des Energiebusses EB durch einen hier nicht weiter dargestellten Fahrdraht etwa halbiert. Auf diese Weise kann der Energiebus, wie in Figur 3 gezeigt, eine Länge von etwa 20 km haben.
Im vorliegenden Fall wird der Energiebus EB von zwei voneinander unabhängigen Energienetzen ENI, EN2 gespeist. Die Einspeisung an den Einspeisestellen PS1, PS2 erfolgt potentialgetrennt. Bei der Lösung durch die Auftrennung des Energiebusses EB wird besonders berücksichtigt, dass die Beeinflussungsspannung in der Regel dann
systemrelevant wird, wenn bedingt durch einen Fehler bei einer Ader des Energiebusses EB ein Erdschluss vorliegt, der zudem für das Unterhaltspersonal eine erhebliche Gefahrquelle für einen Stromschlag darstellt. Durch die Auftrennung des Energiebusses EB etwa in der
geographischen Mitte wird auch diese Gefahr in etwa halbiert. Nach der Auftrennung setzt die entsprechend projektierte Netzknoteneinheit SND4 eine entsprechende Meldung an eine Diagnose- und Wartungseinheit ab, die sich dann um die Behebung des Erdschlusses und/oder der überhöhten Beeinflussungsspannung kümmern kann.
Claims
1. System (Sys) zum automatischen Beseitigen einer überhöhten Beeinflussungsspannung in einem Energiebus (EB) , über den in einer industriellen Anlage angeordnete dezentrale Funktionseinheiten (E) mit elektrischer
Energie versorgt werden, wobei:
a) ein übergeordnetes Steuerungssystem (STW) vorgesehen ist, das mit den dezentralen Funktionseinheiten (E) mittels Datentelegrammen Informationen über einen
Datenbus (CB, NB1, NB2) austauscht,
b) Netzknoteneinheiten (SND, SND1 bis SND7) sequentiell zwischen zwei Speisepunkten (PS1, PS2) eines ringartig aufgebauten Energiebusses (EB) angeordnet sind, die den dezentralen Funktionseinheiten (E) den Zugang zu dem Energiebus (EB) und optional auch zum Datenbus (CB) bereitstellen,
c) die Netzknoteneinheiten (SND) über ein steuerbares Schaltmodul (S) verfügen, das einen ersten Schalter (Sl) und einen zweiten Schalter (S2) umfasst, wobei mit den beiden Schaltern (Sl, S2) je ein Zugang zu den beiden Speisepunkten (PS1, PS2) schaltbar ist,
d) ein Auswertemodul (CPU, SL) vorgesehen ist, das die Beeinflussungsspannung misst und mit einem Grenzwert vergleicht und/oder den Energiebus (EB) auf das Vorliegen eines Erdschlusses einer der Adern des Energiebusses untersucht, wobei bei einer Überschreitung des Grenzwerts für die Beeinflussungsspannung und/oder bei dem Vorliegen eines Erdschlusses einer der beiden Schalter (S2) einer Netzknoteneinheit (SND4) geöffnet wird.
2. System nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die beiden Speisepunkte ihre Energie von zwei voneinander unabhängigen Energienetzen beziehen und diese
potentialgetrennt in den Energiebus einspeisen.
3. System nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die einen Schalter öffnende Netzknoteneinheit zuvor für diesen Anwendungsfall projektiert worden ist.
4. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die einen Schalter öffnende Netzknoteneinheit im Bereich des geographischen Mitte des Energiebusses angeordnet ist .
5. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
jede Netzknoteneinheit (SND, SND1 bis SND7) über ein Auswertemodul (SL) verfügt.
6. Verfahren zum automatischen Beseitigen einer
überhöhten Beeinflussungsspannung in einem Energiebus (EB) , über den in einer industriellen Anlage angeordnete dezentrale Funktionseinheiten (E) mit elektrischer
Energie versorgt werden, wobei:
a) ein übergeordnetes Steuerungssystem (STW) vorgesehen ist, das mit den dezentralen Funktionseinheiten (E) mittels Datentelegrammen Informationen über einen
Datenbus (CB, NB1, NB2) austauscht,
b) Netzknoteneinheiten (SND) sequentiell zwischen zwei Speisepunkten (PS1, PS2) eines ringartig aufgebauten
Energiebusses (EB) angeordnet sind, die den dezentralen Funktionseinheiten (E) den Zugang zu dem Energiebus (EB) und optional auch zum Datenbus (CB, NB1, NB2)
bereitstellen,
c) die Netzknoteneinheiten (SND) über ein steuerbares
Schaltmodul (S) verfügen, das einen ersten Schalter (Sl) und einen zweiten Schalter (S2) umfasst, wobei mit den beiden Schaltern (Sl, S2) je ein Zugang zu den beiden Speisepunkten (PS1, PS2) schaltbar ist,
d) ein Auswertemodul (CPU, SL) vorgesehen ist, das die Beeinflussungsspannung misst und mit einem Grenzwert vergleicht und/oder den Energiebus (EB) auf das Vorliegen eines Erdschlusses einer der Adern des Energiebusses
untersucht, wobei bei einer Überschreitung des Grenzwerts für die Beeinflussungsspannung und/oder bei dem Vorliegen eines Erdschlusses einer der beiden Schalter (S2) einer Netzknoteneinheit (SND4) offenbar ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die beiden Speisepunkte ihre Energie von zwei voneinander unabhängigen Energienetzen beziehen und diese
potentialgetrennt in den Energiebus einspeisen.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die einen Schalter öffnende Netzknoteneinheit zuvor für diesen Anwendungsfall projektiert worden ist.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass
die einen Schalter öffnende Netzknoteneinheit in der Nähe der geographischen Mitte des Energiebusses angeordnet ist .
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass
jede Netzknoteneinheit (SND, SND1 bis SND7) über ein Auswertemodul (SL) verfügt.
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