ES2261315T3 - Dispositivo para la vigilancia y/o regulacion del trafico sobre carriles. - Google Patents
Dispositivo para la vigilancia y/o regulacion del trafico sobre carriles.Info
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Abstract
Dispositivo para la vigilancia y/o regulación del tráfico sobre carriles, en el que están previstos un acoplamiento (K) mutuo y al mismo tiempo una separación galvánica entre un circuito eléctrico de señal (20), en particular un circuito eléctrico (20) de un medio de señalización (22) y un circuito de control (24, 26), en el que el número de espiras N1 del arrollamiento primario (Kp) del circuito eléctrico de señal (20) es más pequeño que el número de espiras N2 del arrollamiento secundario (Ks1, Ks2) del circuito de control (24, 26) y el arrollamiento secundario (Ks1, Ks2) está conectado en un medio (OP1, OP2), en el que el arrollamiento secundario (Ks1, Ks2) casi se cortocircuita y la continuidad de corriente (Ip) del circuito eléctrico de señal (20) suministra una señal de salida 10 (Uout1, Uout2).
Description
Dispositivo para la vigilancia y/o regulación
del tráfico sobre carriles.
La invención se refiere a un dispositivo para la
vigilancia y/o regulación del tráfico sobre carriles.
El tráfico sobre carriles es muy exigente, en
particular con la seguridad del transporte de personas y mercancías.
Estos requisitos de seguridad están definidos en la norma europea
EN 50 129 con los niveles SIL0 hasta SIL4. Se necesita, por lo tanto
un sistema basado en un alto estándar de seguridad para la
vigilancia y/o regulación de los distintos trenes que frecuentan
una red ferroviaria.
Para la conducción de los trenes, están
previstas las señales ópticas e instalaciones instaladas al lado del
carril, para la repetición de señales en forma de puntos y/o de
líneas, como por ejemplo Balizas y/o cable de fugas. Mientras que
con las señales, sólo se pueden poner a la vista instrucciones
cualitativas, como por ejemplo ALTO, REDUCCIÓN DE VELOCIDAD,
MARCHA, con las instalaciones para la repetición de señales en forma
de puntos y/o forma de líneas, se pueden poner al mismo tiempo
también, al lado de esos, otros valores cuantitativos como
velocidad máxima permitida, recorrido en subida, recorrido en
descenso, que se transmiten por separado al puesto del maquinista de
una locomotora, como se describe en la memoria de patente suiza 672
913. No obstante, hoy en día se transmiten también a la locomotora
las instrucciones cualitativas, es decir una posición de señal
contigua a una señal.
Por lo tanto, de la posición de una señal
regulada se informa desde un puesto de enclavamiento hasta la señal,
y conforme a la señal se conecta posteriormente, es decir por lo
general en un regulador de señalización (LEU) ordenado al lado de
las vías. Los conceptos de señal contiguos se conectan después en
los correspondientes medios de señal luminosos. Como medios de
señal luminosos en general se utilizan las lámparas incandescentes o
los alumbrados LED, en los que en el abastecimiento del circuito
eléctrico del medio de señal luminoso fluyen corrientes alternas
con valores efectivos de hasta aproximadamente 4 amperes y tensiones
alternas con valores efectivos de hasta 400 voltios, por regla
general de 12 hasta 300 voltios, para la explotación ferroviaria
continua con las típicas frecuencias (16 2/3 hz, 50 hz, 60 hz).
Para la seguridad de la explotación ferroviaria,
es especialmente significativo, que la función de los medio de señal
luminosos, es decir la verdadera indicación de la posición de la
señal actual, se asegure y así sea adecuadamente vigilada. Para
ello hasta ahora se han utilizado dispositivos que miden la caída de
tensión del medio luminoso. Este es en el fondo el método de
medición, en gran parte sin efectos secundarios en el circuito de
señales, sin embargo adolece de la desventaja, de que los valores de
la resistencia para el medio luminoso pueden balancearse y así la
información sobre el estado del medio luminoso se puede falsificar.
Así por ejemplo, un contacto corroído puede dejar que el resultado
de la medición de tensión se haga rápidamente de alta resistencia y
comunicar un estado completamente incorrecto del medio luminoso o
incluso la continuidad de corriente se estrangula en el circuito
eléctrico del medio luminoso, de manera que la densidad lumínica
disminuye de manera inadmisible.
En DE 3145744 se describe un montaje para el
control de lámparas de señales con separación galvánica, en la cual
en caso de poca corriente el relé vuelve al reposo.
La invención tiene por tanto el objetivo de
proponer un dispositivo para la vigilancia y/o regulación del
trafico sobre carriles, que permita comprobar la función del medio
luminoso sin efectos secundarios sobre el circuito eléctrico del
medio luminoso y al mismo tiempo permitir una información segura
sobre el nivel de la corriente que fluye en el circuito eléctrico
del medio luminoso.
Este objetivo se soluciona conforme a la
invención, que prevé un dispositivo para la vigilancia y/o
regulación del tráfico sobre carriles, en el que se realiza un
acoplamiento mutuo y al mismo tiempo una separación galvánica entre
un circuito eléctrico de señal, en particular un circuito eléctrico
de un medio luminoso de señal, y un circuito de control, en el que
el número de espiras N_{1} del arrollamiento primario del circuito
eléctrico de la señal, es más pequeño que el número de espiras
N_{2} del arrollamiento secundario del circuito de control y el
arrollamiento secundario está conectado a un medio, en el que el
arrollamiento secundario casi se cortocircuita y la continuidad de
corriente del circuito eléctrico de señal suministra una señal de
salida.
De esta manera se consigue, que sólo por la
relación de los números de espiras en la frontera adecuada de la
cuota graduable, la corriente que fluye en el circuito eléctrico de
señal se desacople en el circuito de control y ahí al menos por el
cortocircuito se igualan. Así la inducción mutua del circuito de
control está aproximadamente nielada fuera en el circuito de
señales, porque en el arrollamiento secundario casi no se puede
producir ninguna tensión. Al mismo tiempo por la igualación de la
corriente desenganchada, se da la posibilidad de que la corriente
necesaria se consulte como señal para otros aprovechamientos.
Porque respecto a evitar la reacción del
circuito de control en el circuito de señal, es especialmente
representativo desenganchar una parte mas bien pequeña de la
corriente que fluye en el circuito de señales, es conveniente si el
número de espiras N_{1} no sobrepasa el arrollamiento primario 5 y
el número de espiras N_{2} no queda por debajo del arrollamiento
secundario 50. Para no poner con total seguridad en peligro la
seguridad con respecto a la potencia eléctrica conseguida en el
circuito de señal, es decir en particular la densidad lumínica
conseguida, son en particular aplicables valores para el número de
espiras N_{1} = 1 y N_{2} = 150.
Un acondicionamiento especialmente ventajoso de
la invención, prevé que el medio es una fuente de tensión regulado
por corriente, en el cual una corriente que fluye en el circuito de
control sale sobre una resistencia de realimentación. Por la
tensión de salida controlada de la corriente desenganchada de la
fuente de tensión, el nivel de la tensión suministra por
consiguiente, la masa directa para el nivel de la corriente que
fluye en el circuito de señales. Esta característica predecesora es
trasladable, de una forma especialmente fácil, en la conmutación
moderada, cuando el arrollamiento secundario está conectado a la
entrada de un amplificador de operación y la salida del amplificador
de operación en una resistencia de retroalimentación está conectado
en una rama de la entrada del amplificador de operación.
En el estado de la técnica para las soluciones
conocidas, se ha hecho posible, medir la tensión en el circuito de
control, lo que es directamente proporcional a la corriente que
fluye en el circuito de señal, con lo que la tensión es
especialmente fácil de desmontar en la salida de un amplificador de
operación invertido.
A causa del hecho de que la entrada del
amplificador de operación está en un potencial de referencia fijo,
es decir casi sobre masa, guía a éste a una tensión de desnivel
comparativamente elevado en la salida del amplificador de operación.
Para que ésta tensión de desnivel comparativamente elevada pueda ser
compensada, se prevén medios que están conectados para delimitar la
corriente de tensión de desnivel de entrada en la entrada del
amplificador de operación. Un medio adecuado para éste objetivo, es
una activa compensación de la corriente de tensión de desnivel de
entrada con otro amplificador de operación, que asimismo como
amplificador de operación invertido está conectado en
realimentación.
Porque el dispositivo por regla general está
colocado en el área cerca de las vías, en ésta posición, a causa de
la elevada corriente de tracción que fluye en la locomotora, está
también expuesta a un considerable campo alterno magnético, que en
el bucle conductor penetrado en si produce tensiones alternas, que
son proporcionales para la superficie efectiva penetrada por la
modificación de la corriente. Esto es especialmente significativo
para la fijación de la función de control, cuando la superficie del
circuito de control asciende a menos de 2 cm^{2}, preferentemente
menos que 1 cm^{2}.
Para que las condiciones de seguridad puedan ser
suficientes con respecto a la redundancia, el circuito de control
esta formado al menos de dos canales.
Otras configuraciones ventajosas de la invención
se extraen de otras reivindicaciones.
El ejemplo de ejecución de la invención se
explica más detalladamente por medio de unos dibujos. En estos se
enseñan:
En la figura 1 un cuadro básico de conexiones de
la toma de corriente en un circuito eléctrico de la lámpara de una
señal ferroviaria; y
En la figura 2 el cuadro básico de conexiones
conforme a la figura 1, con una conexión adicional para compensar la
tensión de desnivel de salida.
La figura 1 muestra un cuadro básico de
conexiones de la toma de corriente en un circuito eléctrico de la
lámpara 20 para una lámpara de la señal ferroviaria 22. En el
ejemplo de ejecución la lámpara de la señal ferroviaria 22 se
alimenta de una tensión de suministro U_{p} con 100 Volt, 50 hz,
en el que fluye una corriente I_{p} de 0.2 amperios en un
circuito eléctrico de la lámpara 20. Mediante un acoplamiento
transformador K están dos circuitos de control 24, 26 ejecutados de
forma redundante para la toma de la corriente I_{p} que fluye en
el circuito eléctrico de la lámpara 20 acoplado en el circuito
eléctrico de la lámpara 20. En este acoplamiento K se logra entre
el circuito eléctrico de la lámpara 20 y los circuitos de control
24, 26 al mismo tiempo una separación galvánica de 4 kV, en que
ambos circuitos de control 24, 26 están separados de forma galvánica
entre ellos con 3 kV.
El acoplamiento transformador K soporta en el
lado primario K_{p} con una única espira envuelta sobre un núcleo
de ferrita (número de espiras del lado primario N1 = 1). Sobre el
lado secundario K_{s1} y K_{s2} están previstas sobre este
núcleo de ferrita, para cada circuito de control 24, 26, un número
de espiras del lado secundario N2 de 150 espiras. En aceptación de
un transformador ideal, se acoplan sólo aproximadamente un 1/150 de
la corriente I_{p} que fluye sobre el lado primario K_{p} como
corriente I_{ein1}, I_{ein2} en los circuitos de control 24,
26. Este "derrame de corriente" puede ser contemplado como
completamente sin efectos secundarios en el circuito eléctrico de
la lámpara 20, es decir en particular la densidad lumínica
conseguida con la lámpara indicadora 22 se atenúa sólo de manera
poco apreciable.
Desde el punto de vista de la seguridad, pero
relevante de la ausencia de efectos secundarios, se obtiene sin
embargo por los voltajes originados U_{ein1}, U_{ein2} por las
corrientes inducidas I_{ein1}, I_{ein2} se ponen en la entrada,
en cada caso, unos amplificadores de operación OP1, OP2 en
actividad, como intensificador de corriente invertida. De esta
manera las corrientes I_{ein1}, I_{ein2} provocan en las
entradas de diferencia de los amplificadores de operación OP1, OP2
los voltajes U_{ein1}, U_{ein2}, al mismo tiempo en las salidas
de los amplificadores de operación OP1, OP2 con tensión de salida
U_{ein1}, U_{ein2} se igualan, en cuanto que las corrientes
I_{ein1}, I_{ein2} se escurren sobre las resistencias de
realimentación R3, R13. Así las diferencias de tensión U_{ein1},
U_{ein2} van en las entradas de diferencia de los amplificadores
de operación OP1, OP2 en general contra cero, es decir en caso de
una oportuna amplificación grande de los amplificadores de operación
OP1, OP2 oscilan las diferencias de tensión U_{ein1}, U_{ein2}
sólo pocos milivoltios sobre 0 voltios. Los secundarios K_{s1},
K_{s2} "ven" así de forma eléctrica un cortocircuito. De esta
manera no aparece ninguna avería provocada por la inducción mutua
en el circuito electrónico de la lámpara 20.
Para la valoración relevante a efectos de
seguridad de la tensión de salida U_{out1}, U_{out2} es una
ventaja especial, que las corrientes I_{ein1}, I_{ein2} generen
una potencia proporcional a su tamaño. Resulta así que es U_{out1}
= I_{R3} *R3 = - I_{ein1}; lo mismo vale para la tensión de
salida U_{out2}. De esta manera es posible no sólo reconocer si
la lámpara de señal 22 esta realmente encendida, sino también poder
reconocer si se obtiene un suficiente rendimiento lumínico, que
depende de la corriente I_{p} que atraviesa. Análogamente puede
analizar la altura de la tensión de salida U_{out1}, U_{out2}
mediante unidades de lógica postconectadas (no representadas aquí)
y es comunicado a un puesto de maniobras y/o son preparados para la
transmisión inalámbrica del resultado en una locomotora y/o un coche
piloto en una baliza y/o un cable de fuga.
El control efectuado de esta manera en el
circuito eléctrico de la lámpara 20, se basa así en la altura de la
corriente I_{p} que efectivamente fluye en el circuito eléctrico
de la lámpara 20, así que no puede ser registrada por si misma una
corriente no suficiente para el equivalente luminoso deseado como
urgente para controlar los errores.
Un test de los circuitos de control 24, 26 sobre
la función correcta puede ser de esta manera efectuado en cada
momento. Aquí están previstos por un lado circuitos de corriente de
excitación 28,30 condicionados como filtro de alta frecuencia con
una resistencia conectada en serie R1, R21 y capacidad C1, C21 y por
otro lado interruptores analógicos AS1, AS2. Mediante los circuitos
de corriente de excitación 28, 30 se puede comprobar por el
acoplamiento de corrientes alternas la ganancia de caudal activo por
el amplificador de operación OP1, OP2. A través de la apertura de
los interruptores analógicos AS1, AS2 se desconectan las
amplificaciones de corriente de los amplificadores de operación
OP1,OP2. Las corrientes I_{ein1}, I_{ein2} no pueden generar así
diferencias de potencial en la entrada de amplificador de operador,
porque las dos entradas (+ y -) de los dos amplificadores de
operador OP1, OP2 están acopladas sobre resistencias R2 o bien R12.
Los amplificadores de operador OP1, OP2 trabajan así sólo como
seguidor de tensión (transformador de impedancia).
El esquema del circuito de conexiones presente
está conectado en el ejemplo de realización como sigue: R1 = R21 =
4,7 k\Omega; R2 = R12 = 2 M \Omega; R3 = R13 = 6,8 k \Omega y
C1 = C21 = 47 nF. Con los valores descritos anteriormente para la
corriente I_{p} y los restantes componentes de la conexión,
resultan de esta manera potencias de salida U_{out1}, U_{out2}
de unos cien milivoltio hasta aproximadamente 5 voltios.
La figura 2 muestra el esquema del circuito de
conexiones conforme a la figura 1, con un cableado adicional para la
compensación de la tensión de desnivel de salida del amplificador de
operación OP1, OP2. Con motivo de una representación más clara, la
conexión adicional se dibuja sólo para el circuito de control 24 más
elevado en el modelo conforme a la figura 1. Una conexión similar
está también prevista en la representación gráfica para el circuito
de control 26 inferior.
Según cada caso se aplica para la compensación
de la tensión de desnivel de salida otro amplificador de operación
OP3, que esta conectado como amplificador no invertido y cuya
salida, por esa razón, esta puesta sobre una resistencia R4 en una
rama de la entrada de diferencia del amplificador de operación OP1.
De esta manera la tensión de desnivel de salida comparativamente
alta delimita (compensado) la corriente de entrada originada, que
actúa porque la entrada diferencial del amplificador de operación
OP1 está prácticamente conectado a la masa. La tensión de desnivel
de salida del amplificador de operación OP1 se conecta así sobre un
filtro de paso bajo (resistencia R7 y capacidad C3) en una rama de
la entrada diferencial de otro amplificador de operación OP3. La
otra rama de la entrada diferencial está conectada en una
resistencia R6 a la masa GND1. Dado que el otro amplificador de
operación OP3 debe funcionar también en realimentación, la salida
del otro amplificador de operación OP3 está conectada sobre la
resistencia R5 también en esta rama de la entrada. De esa manera se
realiza una compensación activa de la tensión de desnivel de
entrada. Los componentes empleados en el cuadro de conexiones, están
dimensionados en el ejemplo de realización de la siguiente manera:
R4 = 1 K\Omega; R5 = 100 K\Omega; R6 = 10 K\Omega; R7 = 220
K\Omega y C3 = 1 \muF.
Así esta variante de realización se completa
todavía de manera más minuciosa para la compensación de desnivel
activa, suministrando el valor de la tensión correspondiente
verdaderamente a la corriente I_{p}, que aumenta de nuevo la
exactitud del control del circuito eléctrico de la lámpara 20.
| 20 | Circuito eléctrico de la lámpara |
| 22 | Lámpara indicadora |
| 24, 26 | Circuito de control |
| 28, 30 | Circuito de corriente acoplada |
| AS1, AS2 | interruptores analógicos |
| C1 hasta C3 | Capacidad |
| I_{p} | Corriente primaria |
| I_{ein1}, I_{ein2} | Corriente de entrada |
| I_{R3}, I_{R13} | Corriente de realimentación |
| K | Acoplamiento mutuo |
| K_{p} | Lado primario |
| K_{s1}, K_{s2} | Lado secundario |
| N1, N2, N3 | Número de espiras |
| OP1 hasta OP3 | Amplificador de operación |
| R1 hasta R13 | Resistencias |
| U_{ein1}, U_{ein2} | Tensión de entrada |
| U_{out1}, U_{out2} | Tensión de salida |
| U_{p} | Tensión de alimentación |
Claims (11)
1. Dispositivo para la vigilancia y/o regulación
del tráfico sobre carriles, en el que están previstos un
acoplamiento (K) mutuo y al mismo tiempo una separación galvánica
entre un circuito eléctrico de señal (20), en particular un circuito
eléctrico (20) de un medio de señalización (22) y un circuito de
control (24, 26), en el que el número de espiras N_{1} del
arrollamiento primario (K_{p}) del circuito eléctrico de señal
(20) es más pequeño que el número de espiras N_{2} del
arrollamiento secundario (K_{s1}, K_{s2}) del circuito de
control (24, 26) y el arrollamiento secundario (K_{s1}, K_{s2})
está conectado en un medio (OP1, OP2), en el que el arrollamiento
secundario (K_{s1}, K_{s2}) casi se cortocircuita y la
continuidad de corriente (I_{p}) del circuito eléctrico de señal
(20) suministra una señal de salida
(U_{out1}, U_{out2}).
(U_{out1}, U_{out2}).
2. Dispositivo según la reivindicación 1.
caracterizado porque
el número de espiras N_{1} del arrollamiento
primario (K_{p}) no es más grande que 5 y el número de espiras
N_{2} del arrollamiento secundario (K_{s1}, K_{s2}) no queda
por debajo de 50.
3. Dispositivo según la reivindicación 2,
caracterizado porque
N_{1} = 1 y N_{2} = 150.
4. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 hasta 3,
caracterizado porque
el medio es una fuente de tensión encargada por
la corriente, en la cual la corriente que fluye (I_{ein1},
I_{ein2}) en un circuito de control ( 24, 26) pasa por una
resistencia de realimentación ( R3, R13).
5. Dispositivo según la reivindicación 4,
caracterizado porque
el arrollamiento secundario (K_{s1}, K_{s2})
está conectado a la entrada de un amplificador de operación (OP1,
OP2) y la salida del amplificador de operación (OP1, OP2) está
montada por la resistencia de realimentación (R3, R13) sobre una de
las ramas de la entrada del amplificador de operación (OP1,
OP2).
6. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 hasta 5,
caracterizado porque
puede tomarse sobre el circuito de control (24,
26) una tensión (U_{out1}, U_{out2}) que es proporcional a la
corriente (I_{p}) que fluye en el circuito eléctrico de señal
(20).
7. Dispositivo según la reivindicación 6,
caracterizado porque
la tensión (U_{out1}, U_{out2}) puede
tomarse a la salida de un amplificador de operación (OP1, OP2)
invertido.
8. Dispositivo según la reivindicación 6 ó
7,
caracterizado porque
están previstos medios (OP3) para que la
limitación de la tensión de desnivel de entrada, esté conectada a la
entrada del amplificador de operación (OP1, OP2).
9. Dispositivo según la reivindicación 8,
caracterizado porque
los medios son una compensación activa de los
medios de la corriente de desfase de entrada con otro amplificador
de operación (OP3).
\newpage
10. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 1 hasta 9,
caracterizado porque la superficie
ocupada por el circuito de control (24, 26) es menor que 2 cm^{2}
y preferentemente menor que 1 cm^{2}.
11. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 1 hasta 10,
caracterizada porque
el circuito de control (24, 26) esta formado por
dos canales.
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