DE19727218C1

DE19727218C1 - Diskriminatorschaltung zur Unterscheidung von Hochspannungs-Gleichspannung und Hochspannungs-Wechselspannung

Info

Publication number: DE19727218C1
Application number: DE1997127218
Authority: DE
Inventors: Stephan Dipl Ing Schaller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-06-26
Filing date: 1997-06-26
Publication date: 1999-03-11
Anticipated expiration: 2017-06-27
Also published as: EP0887648A3; EP0887648A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Diskriminatorschal tung zur Unterscheidung von Hochspannungs-Gleichspannung und Hochspannungs-Wechselspannung.

Bei Hochspannungsstromkreisen ist es erforderlich, mittels einer Diskriminatorschaltung zu detektieren, mit welcher Spannung der Hochspannungsstromkreis mit Strom versorgt wird, da eine Überspannung zerstörende Wirkung haben könnte. Ferner muß Gleich- von Wechselspannung unterschieden werden können.

Im Stand der Technik ist eine Reihenschaltung bekannt, die aus einem Festwiderstand und einem Potentiometer besteht und einerseits mit einem Bezugspotential und andererseits mit ei nem gegenüber dem Bezugspotential Hochspannung führenden Lei ter verbunden ist. Parallel zu dem Festwiderstand ist ein Re lais angeordnet, dessen einer Eingangsanschluß mit dem von dem Potentiometer abgewandten Ende des Festwiderstands und dessen anderer Eingangsanschluß mit dem Schleifkontakt des Potentiometers verbunden ist. Durch Verstellen des Schleif kontakts des Potentiometers wird eingestellt, bei welcher Leiterspannung das Relais schaltet und so über seine Schalt anschlüsse das Überschreiten einer bestimmten Hochspannung anzeigt. Aufgrund der Anzeige können dann weitere Maßnahmen ergriffen werden, insbesondere Stromkreise mit dem Leiter verbunden bzw. von ihm getrennt werden.

Die Diskriminatorschaltung des Standes der Technik ist inso fern nachteilig, als sowohl der Festwiderstand als auch das Potentiometer und das Relais hochspannungsfest sein müssen. Die genannten Teile sind folglich teuer. Ferner dürfen sie, wenn sie unter Spannung stehen könnten, nur von speziell aus gebildetem Personal gewartet und bedient werden. Dies ist insbesondere bei der Einstellung des Potentiometers der Fall. Darüber hinaus kann nicht zwischen Gleich- und Wechselspan nung unterschieden werden.

Aus der DD 2 98 161 A5 ist eine Meßschaltung zur Messung von Hochspannungen bekannt, die einen ersten Festwiderstand, ei nen zweiten Festwiderstand und ein Einstellelement aufweist. Eine aus dem ersten Festwiderstand und dem zweiten Festwider stand bestehende Reihenschaltung ist einerseits mit einem Be zugspotential und andererseits mit einem gegenüber dem Be zugspotential Hochspannung führenden Leiter verbunden. Das Übersetzungsverhältnis des Meßteilers ist mittels des Ein stellelements einstellbar.

Aus der DE 38 04 381 C2 ist eine Meßschaltung zur Messung von Hochspannungen bekannt, die einen ersten Festwiderstand, ei nen zweiten Festwiderstand und ein Anzeigeelement mit zwei Eingangsanschlüssen, einem Ausgabekanal und einem Einstell element aufweist. Eine aus dem ersten Festwiderstand und dem zweiten Festwiderstand bestehende Reihenschaltung ist einer seits mit einem Bezugspotential und andererseits mit einem gegenüber dem Bezugspotential Hochspannung führenden Leiter verbunden. Das Anzeigeelement ist mit seinen Eingangsan schlüssen parallel zu dem ersten Festwiderstand geschaltet. Der Ausgabekanal wird entsprechend dem Eingangssignal analog angesteuert. Das Übersetzungsverhältnis ist mittels des Ein stellelements einstellbar.

Aus der DD 2 74 964 A3 ist eine Anzeigeschaltung zur Anzeige von Hochspannungen bekannt, die einen ersten Festwiderstand, einen zweiten Festwiderstand und ein Anzeigeelement mit zwei Eingangsanschlüssen, einem Ausgabekanal und einem Einstell element aufweist. Eine aus dem ersten Festwiderstand und dem zweiten Festwiderstand bestehende Reihenschaltung ist einer seits mit einem Bezugspotential und andererseits mit einem gegenüber dem Bezugspotential Hochspannung führenden Leiter verbunden. Das Anzeigeelement ist mit seinen Eingangsan schlüssen parallel zu dem ersten Festwiderstand geschaltet. Der Ausgabekanal wird entsprechend dem Eingangssignal analog angesteuert. Das Übersetzungsverhältnis ist mittels des Ein stellelements einstellbar.

Aus der DE 35 29 384 A1 ist eine Diskriminatorschaltung zur Unterscheidung unterschiedlicher Spannungen bekannt, die zwei erste Festwiderstände, zwei zweite Festwiderstände und ein Schaltelement mit zwei Eingangsanschlüssen und einem Ausgabe kanal aufweist. Aus je einem ersten Festwiderstand und je ei nem zweiten Festwiderstand bestehende Reihenschaltungen sind einerseits mit einem Bezugspotential und andererseits mit ei nem gegenüber dem Bezugspotential Spannung führenden Leiter verbunden. Das Schaltelement ist mit seinen Eingangsanschlüs sen als Brücke zwischen die beiden Reihenschaltungen geschal tet. Der Ausgabekanal wird umgeschaltet, wenn eine über dem Schaltelement abfallende Steuerspannung eine Schaltschwelle überschreitet.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Diskriminatorschaltung zur Unterscheidung von Hochspannungs- Gleichspannung und Hochspannungs-Wechselspannung zur Verfü gung zu stellen, die mit möglichst kostengünstigen Bauelemen ten auskommt und bei der die Einstellung der Schaltschwelle, bei der das Niederspannungs-Schaltelement schaltet, von weni ger qualifiziertem Personal vorgenommen werden kann.

Die Aufgabe wird durch eine Diskriminatorschaltung mit fol genden Merkmalen gelöst:

- die Diskriminatorschaltung weist einen ersten Festwider stand, einen zweiten Festwiderstand, eine induktive Last und ein Niederspannungs-Schaltelement mit zwei Eingangsan schlüssen, einem Ausgabekanal und einem Einstellelement auf,
- eine aus dem ersten Festwiderstand, dem zweiten Festwider stand und der induktiven Last bestehende Reihenschaltung ist einerseits mit einem Bezugspotential und andererseits mit einem gegenüber dem Bezugspotential Hochspannung füh renden Leiter verbunden,
- das Niederspannungs-Schaltelement ist mit seinen Eingangs anschlüssen parallel zu dem ersten Festwiderstand geschal tet,
- der Ausgabekanal wird umgeschaltet, wenn eine über dem er sten Festwiderstand abfallende Ansteuerspannung eine Schaltschwelle überschreitet,
- die Schaltschwelle ist mittels des Einstellelements ein stellbar.

Die Weiterverarbeitung des von dem Niederspannungs-Schalt element aus gegebenen Signals ist besonders einfach, wenn der Ausgabekanal von den Eingangsanschlüssen elektrisch getrennt ist. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn das Niederspan nungs-Schaltelement als Optokoppler ausgebildet ist. Das Nie derspannungs-Schaltelement kann aber auch als Relais ausge bildet sein.

Das Einstellelement ist besonders einfach, zuverlässig und kostengünstig, wenn es als Niederspannungs-Potentiometer aus gebildet ist. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Niederspannungs-Schaltelement als Relais ausgebildet ist, da es kommerziell erhältliche Relais gibt, bei denen die Schaltschwelle mittels eines in das Relais integrierten Po tentiometers verstellbar ist.

Zum Schutz des Niederspannungs-Schaltelements vor Überspan nung ist ihm vorzugsweise eine Überspannungsschutzschaltung zugeordnet. Die Überspannungsschutzschaltung kann dabei wahl weise als dem Niederspannungs-Schaltelement parallelgeschal teter Varistor oder als dem Niederspannungs-Schaltelement parallelgeschaltete Zenerdiodenschaltung ausgebildet sein. Bei Verwendung eines Varistors bricht bei einer Überspannung die Spannung an den Betätigungsanschlüssen des Niederspan nungs-Schaltelements zusammen. Folglich schaltet das Nieder spannungs-Schaltelement ab. Zenerdioden hingegen begrenzen nur die Spannung am Niederspannungs-Schaltelement.

Die Diskriminatorschaltung kann insbesondere bei einer Elek trolok zur Erkennung einer Versorgungsspannung verwendet wer den.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nach folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zeigt die Figur in Prinzipdarstellung eine Diskriminatorschaltung.

Gemäß der Figur steuert eine Steuerschaltung 1 Schaltelemente an, mittels derer Stromkreise an einen Leiter 6 angeschlossen oder von ihm getrennt werden, der gegenüber dem Erdpotential als Bezugspotential Hochspannung führt. Der Begriff "Hoch spannung" wird für Spannungen über 1 kV verwendet. Das An schließen bzw. Trennen erfolgt je nachdem, wie hoch die Hoch spannung des Leiters 6 ist und ob es sich um Gleich- oder Wechselspannung handelt. Sowohl die Schaltelemente als auch die Stromkreise sind in Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.

Der Leiter 6 entspricht dem Fahrdraht 6 einer Bahnstromver sorgung, der über einen Stromabnehmer 5 mit der Diskrimina torschaltung verbunden ist. Der Fahrdraht 6 kann eine der folgenden vier Spannungen führen:

- 1,5 kV Gleichspannung,
- 3 kV Gleichspannung,
- 15 kV, 16 2/3 Hz Wechselspannung oder
- 25 kV, 50 Hz Wechselspannung.

Alle Spannungen dürfen um maximal 30% nach oben oder unten schwanken.

Die Diskriminatorschaltung weist einen ersten Festwiderstand 7 und einen zweiten Festwiderstand 8 auf, die in Reihe ge schaltet sind. Der Begriff "Festwiderstand" wird dabei im Ge gensatz zu einem einstellbaren Widerstand (= Potentiometer) verwendet. Der erste Festwiderstand 7 hat einen Widerstand von 4 kΩ, der zweite Festwiderstand 8 einen Widerstand von 46 kΩ.

Zur Unterscheidung von Hochspannungs-Gleichspannung und Hoch spannungs-Wechselspannung ist den Festwiderständen 7, 8 eine induktive Last 9 vorgeschaltet. Die induktive Last 9 ist ein Spezialmeßwandler mit einem ohmschen Widerstand von 18 kΩ und einer Induktivität von 60 kH. Der Spezialmeßwandler wird benötigt, um gegebenenfalls auswerten zu können, welche Wech selspannung der Fahrdraht 6 führt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist dies jedoch ohne Belang, so daß auf eine wei tergehende Beschreibung des Spezialmeßwandlers verzichtet wird.

Die so gebildete Reihenschaltung ist einerseits mit Erde und andererseits mit dem Leiter 6 verbunden. Ein Niederspannungs- Schaltelement 3 ist mit zwei Eingangsanschlüssen 10, 11 paral lel zu dem ersten Festwiderstand 7 geschaltet. Das Nieder spannungs-Schaltelement 3 ist im vorliegenden Fall als Relais 3 ausgebildet. Das Niederspannungs-Schaltelement 3 verbindet Ausgabeanschlüsse 2, 4 miteinander und gibt über den so gebil deten Ausgabekanal 2, 4 ein Ausgabesignal an die Steuerschal tung 1 aus, wenn über den Eingangsanschlüssen 10, 11 - bzw. dem ersten Festwiderstand 7 - eine Ansteuerspannung U ab fällt, die eine Schaltschwelle U₀ überschreitet.

Zum Einstellen der Schaltschwelle U₀ weist das Niederspan nungs-Schaltelement 3 ein Einstellelement 12 auf, im einfach sten Fall ein Niederspannungs-Potentiometer 12. Mittels des Einstellelements 12 ist die Schaltschwelle U₀ innerhalb wei ter Grenzen einstellbar.

Zum Schutz des Niederspannungs-Schaltelements 3 vor einer Überspannung weist die Diskriminatorschaltung ferner eine Überspannungsschutzschaltung 13 auf. Sie ist im vorliegenden Fall als dem Niederspannungs-Schaltelement 3 parallelgeschal teter Varistor 13 ausgebildet. Alternativ könnte die Über spannungsschutzschaltung 13 aber auch, wie in Fig. 1 gestri chelt dargestellt, als dem Niederspannungs-Schaltelement 3 parallelgeschaltete Zenerdiodenschaltung ausgebildet sein.

Mit den obigen Zahlenwerten für die Widerstände 7, 8 und die Induktivität 9 ergibt sich:

a) Bei der minimalen Gleichspannung von 0,7 × 1,5 kV = 1,05 kV fällt über dem ersten Festwiderstand 7 eine Ansteuer spannung U ≈ 60 V, bei der maximalen Gleichspannung von 1,3 × 3 kV = 3,9 kV eine Ansteuerspannung U ≈ 230 V ab;
b) Bei einer Wechselspannungsfrequenz von 50 Hz fällt bei der minimalen Wechselspannung von 0,7 × 25 kV = 17,5 kV eine Ansteuerspannung U ≈ 3,7 V, bei der maximalen Wechselspan nung von 1,3 × 25 kV = 32,5 kV eine Ansteuerspannung U ≈ 6,9 V ab;
c) Bei einer Wechselspannungsfrequenz von 16 2/3 Hz fällt bei der minimalen Wechselspannung von 0,7 × 15 kV = 10,5 kV eine Ansteuerspannung U ≈ 6,7 V, bei der maximalen Wech selspannung von 1,3 × 15 kV = 19,5 kV eine Ansteuerspan nung U ≈ 12,4 V ab.

Um das gewünschte Ausgabeverhalten zu zeigen, also

- die Ausgabeanschlüsse 2, 4 miteinander zu verbinden, wenn der Fahrdraht 6 Gleichspannung führt, und
- die Ausgabeanschlüsse 2, 4 voneinander zu trennen, wenn der Fahrdraht 6 Wechselspannung führt,

muß die Schaltschwelle U₀

folglich zwischen 12,4 V und 60 V eingestellt werden, vorzugsweise zwischen 20 und 40 V.

Praktische Bedeutung hat die obenstehend beschriebene Diskri minatorschaltung insbesondere bei einer Mehrsystem-Elektro lok.

Claims

1. Diskriminatorschaltung zur Unterscheidung von Hochspan nungs-Gleichspannung und Hochspannungs-Wechselspannung mit folgenden Merkmalen:

- die Diskriminatorschaltung weist einen ersten Festwider stand (7), einen zweiten Festwiderstand (8), eine induktive Last (9) und ein Niederspannungs-Schaltelement (3) mit zwei Eingangsanschlüssen (10, 11), einem Ausgabekanal (2, 4) und einem Einstellelement (12) auf,
- eine aus dem ersten Festwiderstand (7), dem zweiten Festwi derstand (8) und der induktiven Last (9) bestehende Reihen schaltung ist einerseits mit einem Bezugspotential und an dererseits mit einem gegenüber dem Bezugspotential Hoch spannung führenden Leiter (6) verbunden,
- das Niederspannungs-Schaltelement (3) ist mit seinen Ein gangsanschlüssen (10, 11) parallel zu dem ersten Festwider stand (7) geschaltet,
- der Ausgabekanal (2, 4) wird umgeschaltet, wenn eine über dem ersten Festwiderstand (7) abfallende Ansteuerspannung (U) eine Schaltschwelle (U₀) überschreitet,
- die Schaltschwelle (U₀) ist mittels des Einstellelements (12) einstellbar.

2. Diskriminatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgabekanal (2, 4) von den Eingangsanschlüssen (10, 11) elektrisch getrennt ist.

3. Diskriminatorschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Niederspannungs-Schaltelement (3) als Relais (3) aus gebildet ist.

4. Diskriminatorschaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellelement (12) als Niederspannungs-Potentio meter (12) ausgebildet ist.

5. Diskriminatorschaltung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Niederspannungs-Schaltelement (3) eine Überspannungs schutzschaltung (13) zugeordnet ist.

6. Diskriminatorschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Überspannungsschutzschaltung (13) als dem Niederspan nungs-Schaltelement (3) parallelgeschalteter Varistor (13) ausgebildet ist.

7. Diskriminatorschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Überspannungsschutzschaltung (13) als dem Niederspan nungs-Schaltelement (3) parallelgeschaltete Zenerdiodenschal tung ausgebildet ist.

8. Diskriminatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei einer Elektrolok zur Erkennung einer Versorgungs spannung verwendet wird.