NL7908085A - Apparatus for monitoring high voltage direct and alternating currents by means of a potential-separated error indication. - Google Patents

Description

U.O. 28.386 . -1- <- .U.O. 28,386. -1- <-.

ée

Inrichting voor het bewaken van gelijk- en wisselstromen met hoge spanning door middel van een potentiaalgescheiden fout-indikatie.Device for monitoring direct and alternating current with high voltage by means of a potential-separated error indication.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het bewaken van gelijkstromen en wisselstromen met hoge spanning door middel van een potentiaal-gescheiden foutindikatie, in het bijzonder van verwarmingsstromen in wagons voor personentreinen.The invention relates to a device for monitoring direct current and high voltage alternating current by means of a potential-separated error indication, in particular of heating currents in passenger train wagons.

5 "Voor een bewaking en foutdiagnose moet overeenkomstig de wens van de spoorwegdirektie de staat van de verwarmingsstroomkringen op een lessenaar door het spoorwegpersoneel kunnen worden afgelezen. Dergelijke lessenaars bevinden zich bijvoorbeeld bij personenwagons in kasten in de gangen of op het instapbalkon. In het algemeen is 10 slechts één verzamelstoringsmelder als meetinstrument aanwezig. Daarbij kan via een vermogensmeting, dat wil zeggen door het vaststellen van de stroom en de spanning, de mate van de fout worden herkend. Het vaststellen van stromen in netten met hoge spanning was tot nu toe betrekkelijk gekompliceerd vanwege de noodzakelijke potentiaalschei-15 ding. Bijrgelijkstromen worden daarom ofwel magnetische versterkers of chopperomzetters toegepast, wat relatief duur is, terwijl de bij wisselstroom noodzakelijke meetomzetters zoals transformatoren de schakelingen groot en zwaar doen uitvallen. Verder zijn <2e optimaal slechts voor één frequentie bruikbaar.5 "For the purpose of monitoring and fault diagnosis, the state of the heating circuits on a desk must be able to be read by the railway staff in accordance with the wishes of the railway management. Such desks are located, for example, in passenger cars in cupboards in the corridors or on the boarding balcony. 10. Only one collector fault detector is present as a measuring instrument, whereby the degree of error can be recognized by means of a power measurement, that is to say by determining the current and the voltage. Determining currents in high-voltage networks has hitherto been relatively complicated. Because of the necessary potential separation, DC currents are therefore used either with magnetic amplifiers or chopper converters, which is relatively expensive, while the alternating current transducers, such as transformers, cause the circuits to be large and heavy.

20 Het doel van de onderhavige uitvinding is het opheffen van de bovenvermelde problemen. Daartoe wordt een schakeling verschaft, waarmee op eenvoudige wijze de potentiaalsoheiding tot stand kan worden gebracht, welke schakeling verder zonder grote kosten de bewaking van zowel wisselstromen als gelijkstromen bij verwarmings-25 stroomkringen mogelijk maakt.The object of the present invention is to overcome the above-mentioned problems. For this purpose, a circuit is provided with which the potential equation can be established in a simple manner, which circuit further allows the monitoring of both alternating and direct currents at heating circuits without great expense.

Het bovenvermelde doel wordt bij een inrichting van de in de aanhef genoemde soort aldus opgelost, dat via de spanningsval over een door de te bewaken stroom doorlopen indikatieweerstand een op zichzelf bekende optische koppelinrichting direkt wordt gestuurd, 50 waarvan de ontvangtransistor is aangesloten op een verwerkingsschakeling, die afhankelijk van het vloeien van de stroom door de indi-katieweerstand een LED-indikatiediode beïnvloedt, bij voorkeur donker stuurt. Daarbij kan in plaats van een speciale indikatieweerstand ook een deel van de door de totale stroom doorlopen verwarmingsweerstand 35 worden gebruikt.The above-mentioned object is solved with a device of the type mentioned in the preamble, that via the voltage drop over an indication resistor traversed by the current to be monitored, an optical coupling device which is known per se is directly controlled, the receiving transistor of which is connected to a processing circuit, which, depending on the flow of current through the indication resistance, influences an LED indication diode, preferably controls dark. Instead of a special indication resistor, part of the heating resistor 35 passed through the total current can also be used.

Voor het vaststellen van de werkelijke motorstroom/gelijkstroom 7908085 > -2- 1.To determine the actual motor current / direct current 7908085> -2-1.

is reeds een inrichting voor potentiaalscheiding zonder toepassing van een optische koppelinrichting bekend, zie het Duitse Offenle-gungsschrift 23 33 907· Het betreft hier echter het mét.hoge nauwkeurigheid vaststellen van meetwaarden met behulp van tussentrappen, 5 waarbij de optische koppelinrichting pas na een proportionele omzetting van de gelijkstroom in een impulsbreedte- of frequentiegemodu-leerde elektrische wisselstroomgrootheid voor de potentiaalscheiding wordt gebruikt. Dit is echter het tegengestelde tot bij de onderhavige uitvinding, waarbij het afgezien van andere toepassingsdoelein-10 den, aankomt op een potentiaalgescheiden foutindikatie met ja/nee-beslissing voor gelijkstromen en wisselstromen met hoge spanning en waarbij de optische koppelinrichting direkt wordt gestuurd door de te bewaken stroom. Voor gelijkstroom is de oplossing volgens de onderhavige .uitvinding juist bijzonder eenvoudig.a device for potential isolation without the use of an optical coupling device is already known, see German Offenle-gungsschrift 23 33 907 · However, this concerns the determination of measured values with intermediate steps with high accuracy, the optical coupling device only after a proportional conversion of the direct current into a pulse width or frequency modulated electric alternating current quantity is used for the potential separation. However, this is the opposite to the present invention, which, apart from other applications, involves a potential-separated error indication with yes / no decision for high voltage direct and alternating currents and where the optical coupling device is directly controlled by the monitor current. For DC, the solution according to the present invention is in fact very simple.

15 Bij voorkeur wordt voor de bewaking van wisselstromen de ver- werkingsschakeling van een extra tijdorgaan voorzien, dat het op- t lichten van de LED-indikatiediode in de halve perioden van de stroom vertraagd door de optische koppelinrichting afhankelijk van de stroomrichting te blokkeren. · 20 Voor extra stroomregeling via een in serie met de verwarmings- groepen gelegen regelbeveiliging wordt bij voorkeur bij een bedrijfs-onderbreking van de verwarmingsstroomkring door de regelbeveiliging door een hulpkontakt de op dat moment blokkerende ontvangtransistor van de optische koppelinrichting overbrugd, waarbij aan een stuur-25 transistor van de verwerkingsschakeling de basistroom via een parallelweg wordt toegevoerd.Preferably, for the monitoring of alternating currents, the processing circuit is provided with an additional timer, that the lighting of the LED indicator diode is delayed in the half periods of the current by blocking the optical coupling device depending on the current direction. · 20 For additional current control via a control protection located in series with the heating groups, the control protection is bridged by the auxiliary contact, preferably during an interruption of the heating circuit, by the auxiliary contact, the current-blocking transistor of the optical coupling device, whereby a control unit is The transistor of the processing circuit supplies the base current via a parallel path.

In een verdere gunstige schakeling van de onderhavige uitvinding wordt de aan een zijde aan de massa gelegen IED-indikatiediode via een elektronisch geheugen geschakeld, waarvan de instelingang 30 is verbonden met de batterijspanning, de kollektor van de kortsluitende stuurtransistor en een pool van de op de massa aangesloten ver-tragingskompensator.In a further favorable circuit of the present invention, the one-side grounded IED indication diode is switched via an electronic memory, the adjustment input 30 of which is connected to the battery voltage, the collector of the short-circuiting control transistor and a pole of the ground connected delay compensator.

De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarop een bewakingsschakeling voor de verwarmings-35 stroom van treinwagons is weergegeven.The invention will now be further elucidated with reference to the drawing, which shows a monitoring circuit for the heating current of train wagons.

Op een door de wagon gevoerde en met 1 aangegeven verzamelrail of hoöfdverwarmingsleiding kunnen al naar gelang de wijze van stroomtoevoer aan de trein in de verschillende landen de bekende ÏÏIC-span-ningen optreden. Het betreft hier 3000 Y=/l500 Y=, 1500 Y*w>/50 Hz, 40 1000 7<v/l6 2/3 Hz. Yia een veiligheid 2 en een regelveiligheid 3 7908085 -3- - <- * met werkkontakt 3a "bereikt de verwarmingsstroom een groepeerhare ver-warmingsgroep' 4 met afzonderlijke weerstanden (hier is voor de duidelijkheid slechts een enkele weerstand getekend) met in serie gelegen indikatorweerstand 5 en van daaruit via een scheidingsplaat 6 de 5 massa 7· Al naar gelang de in de verzamelrail 1 optredende spanning worden de afzonderlijke weerstanden van de verwarmingsgroep 4 gegroepeerd . "Voor de uitvinding is het daarbij niet van belang of de verwarmingsgroepen in de verschillende coupées of in centrale warm-tewisselaarketens, ofwel in air-conditioningsinstallaties zijn aan-10 gebracht. Met 8 is een zogenaamde opto-koppelinrichting aangegeven met een licht-emitterende zenddiode 9 en een ontvangtransistor 10.Depending on the method of supplying power to the train, the known voltage in the various countries can occur on a bus bar or a heating line indicated by 1 and carried by the wagon. This concerns 3000 Y = / l500 Y =, 1500 Y * w> / 50 Hz, 40 1000 7 <v / l6 2/3 Hz. Yia a safety 2 and a control safety 3 7908085 -3- - <- * with working contact 3a "the heating current reaches a grouping heating group" 4 with separate resistors (for clarity only a single resistor is shown here) with series-mounted indicator resistor 5 and from there, via a separating plate 6, the mass 5 · Depending on the voltage occurring in the busbar 1, the individual resistors of the heating group 4 are grouped. "It is not important for the invention whether the heating groups in the different compartments either in central heat exchanger chains or in air-conditioning plants. Reference numeral 8 denotes a so-called opto-coupling device with a light-emitting transmit diode 9 and a receive transistor 10.

Deze opto-koppelinrichting 8 scheidt de feitelijke verwerkingsschakeling 11 van de hoogspanning en maakt deze schakeling potentiaal-vrij. De ontvangtransistor 10 wordt bij bestraling met licht door 15 de zenerdiode 9 laagohmig, waardoor de batterijspanning ÏLg een stroom naar de massa 7 kan laten vloeien. De sparmingsdaling over de basis- · weerstand 12 van transistor 13 stuurt deze door. Transistor 13 sluit daarmee de seriekring 14j bestaande uit kondensator 15, Z-diode 16, elektronisch geheugen 17 en LED-indikatiediode 18 kort. De stroom-20 toevoer van de bron ïï^ via weerstand 19 daalt daardoor zeer sterk en de LED-indikatiediode 18 wordt bij een normale verwarmingsstroom aldus donkergeschakeld. De LED-indikatiediode 18 is in een bewakings-lessenaar of -paneel ondergebracht. Dit is het eenvoudigste geval voor het vaststellen van gelijkstromen zonder regeling, waarbij in 25 de volgende funktiebeschrijving verwezen wordt bij het vaststellen van wisselstromen. Met 3b wordt nog een hulpkontakt van de regelbe-veiliging 3 aangegeven, dat in kombinatie met de weerstand 20 en diode 21 een parallelweg naar de ontvangtransistor 10 tot stand brengt en bij ritmische regeling de transistor 13 van basisstroom jq vóórziet en doorgestuurd houdt.This opto-coupling device 8 separates the actual processing circuit 11 from the high voltage and makes this circuit potential-free. The receiving transistor 10 becomes low-ohmic upon irradiation with light through the zener diode 9, as a result of which the battery voltage Ig can flow a current to ground 7. The voltage drop across the base resistor 12 of transistor 13 forwards it. Transistor 13 thereby short-circuits the series circuit 14j consisting of capacitor 15, Z diode 16, electronic memory 17 and LED indicator diode 18. As a result, the current supply from the source through resistor 19 drops very sharply and the LED indicator diode 18 is thus switched dark at a normal heating current. The LED indicator diode 18 is housed in a monitoring desk or panel. This is the simplest case for determining DC currents without regulation, the following function description referring to the determination of AC currents. 3b indicates another auxiliary contact of the control protection 3, which, in combination with the resistor 20 and diode 21, establishes a parallel path to the receiving transistor 10 and, in rhythmic control, provides the transistor 13 with base current jq and keeps it forwarded.

Als via het kontakt 3a de verwarmings groep 4 op de spanning wordt aangesloten, bijvoorbeeld 1000 V met 16 2/3 Hz, vloeit door de indikatieweerstand 5 de verwarmings stro om en stuurt deze door middel van de spanningsval de optische koppelinrichting 8 in de 35 frequentie van 16 2/3· Hierbij is telkens slechts een halve periode werkzaam en kan ook slechts een halve periode worden ontvangen. De ontvangtransistor 10 laat dus een pulserende basisstroom door, die de transistor 13 op dezelfde wijze open en dicht stuurt. De batterij-spanning TJ^ wordt dus pulserend aan de seriekring 14 toegevoerd en 40 via de Z-diode 16 aan het geheugen 17* Het elektronische geheugen 7908085 ' ^ ' · . -4- 17 zou nu worden ingesteld en de LED-indikatiediode zou oplichten.If the heating group 4 is connected to the voltage via the contact 3a, for example 1000 V with 16 2/3 Hz, the heating straw bypasses the indication resistance 5 and controls the optical coupling device 8 in the frequency by means of the voltage drop. of 16 2/3 · Only half a period is active at a time and only half a period can be received. Thus, the receive transistor 10 transmits a pulsating base current which controls the transistor 13 open and closed in the same manner. The battery voltage TJ ^ is thus pulsed applied to the series circuit 14 and 40 via the Z diode 16 to the memory 17 * The electronic memory 7908085. -4- 17 would now be set and the LED indicator diode would light up.

Dit wordt echter door de met kondensator 15 parallel geschakelde transistor 15 verhinderd. In de blokkeerpauzen van transistor 15 moet de kondensator 15 eerst weer worden opgeladen, voordat het 5 elektronische geheugen 17 wordt ingesteld en de LED-indikatiediode 18 kan oplichten. Deze is zodanig gedimensioneerd, dat de tijd tot aan de volgende halve periode, als transistor 15 weer geleidend wordt, wordt overbrugd. De LED-indikatiediode 18 blijft dus ook bij verwarmingswisselstroom donker en toont hiermee een korrekt 10 vloeiende verwarmingsstroom aan.However, this is prevented by the transistor 15 connected in parallel with capacitor 15. In the blocking pauses of transistor 15, the capacitor 15 must first be charged again before the electronic memory 17 is set and the LED indicator diode 18 can light up. It is dimensioned such that the time until the next half period, when transistor 15 becomes conductive again, is bridged. The LED indicator diode 18 thus remains dark even with heating alternating current and thus shows a correct flowing heating current.

Tot nu toe is aangenomen dat geen temperatuurregeling heeft ingegrepen. Zonder speciale hulpmiddelen zou bij het aanspreken van de regelbeveiliging 5 naar temperatuurregeling volgens de tweepunts-regeling (kontakt 5a zou de getekende stand innemen) foutief een fout 15 worden gesignaleerd, omdat de stroom door de verwarmingsgroep 4 zou ontbreken. Om dit te verhinderen wordt via hulpkontakt 5b met een parallelweg de ontvangtransistor 10 overbrugd. De stroom loopt dan van Hg via 5b, 20, 21 verder naar de basis van transistor 15 en houdt deze doorlatend gestuurd. De LED-indikatiediode 18 blijft daarmee 20 donker en de verwarmingsketen is foutvrij. Wordt door de regelbeveiliging 5 het kontakt 5a gesloten, dan vloeit weer de normale verwarmings stroom en blijft de LED-indikatiediode 18 eveneens donker.Until now it has been assumed that no temperature control has intervened. Without special aids, an error 15 would be incorrectly signaled when the control protection 5 to temperature control according to the two-point control (contact 5a would assume the position drawn), because the current through heating group 4 would be missing. To prevent this, the receiving transistor 10 is bridged via auxiliary contact 5b with a parallel path. The current then flows from Hg through 5b, 20, 21 to the base of transistor 15 and keeps it transmissive. The LED indicator diode 18 thus remains dark and the heating circuit is error-free. When the contact 5a is closed by the control protection 5, the normal heating current flows again and the LED indicator diode 18 also remains dark.

Treedt er echter (onder aanname dat er in eerste instantie geen temperatuurregeling optreedt) bijvoorbeeld een fout op met 25 stroomonderbreking door het uitvallen van een verwarmingselement, dan zou weliswaar kontakt 5a worden gesloten, maar zou de zend-diode ook in de normale doorlatende halve periode geen stroom signaleren. Dienovereenkomstig zou ook de ontvangtransistor 10 van de optische koppelinriehting 8 worden geblokkeerd. Omdat ook hulpkon-50 "takt 5h is geopend, zou in alle volgende halve perioden transistor 15 worden geblokkeerd. De kondensator 14 zou kunnen worden geladen en na overschrijding van een drempel zou het elektronisch geheugen 17 worden ingesteld en zou cfe LED-indikatiediode 18 een fout op de juiste wijze aantonen.If, however (assuming that no temperature control initially occurs), for example, an error occurs with a power failure due to the failure of a heating element, then contact 5a would be closed, but the emitting diode would also be connected in the normal transmissive half period no power signaling. Accordingly, the receive transistor 10 of the optical coupling device 8 would also be blocked. Since auxiliary circuit 50h has also been opened, transistor 15 would be blocked in all subsequent half periods. Capacitor 14 could be charged and, after exceeding a threshold, electronic memory 17 would be set and LED indicator diode 18 would be demonstrate error correctly.

55 De toegepaste temperatuurregeling met regelbeveiliging 5 en zijn kontakten 5a, 5b, zou zonder het toegepaste elektronische geheugen 17 moeilijkheden opleveren. Met het uitschakelen van de regelbeveiliging 5 zou namelijk hulpkontakt 5b worden gesloten en zou ondanks de beschreven fout het vloeien van de verwarmingsstroom worden 40 gemeld. Hieruit zou bedienend personeel kunnen worden misleid. Pas 7908085 -5- > met het sluiten van het werkkontakt 5a van de regelbeveiliging, dat wil zeggen na een zekere tijd, zou de indikatiediode 18 oplichten.The temperature control applied with control protection 5 and its contacts 5a, 5b would present difficulties without the electronic memory 17 used. Namely, by switching off the control protection 5, auxiliary contact 5b would be closed and, despite the described error, the flow of the heating current would be reported. Operating personnel could be misled from this. The indication diode 18 would only light up 7908085 -5-> with the closing of the working contact 5a of the control protection, that is after a certain time.

Het elektronische geheugen 17 verhindert deze misleiding. Het wordt als bistabiele trap reeds hij het optreden van de fout na het laden 5 van de kondensator 15 en het overschrijden van een drempelwaarde ingesteld .en kan dan niet meer door de ingang worden beïnvloed. Door het instellen van het geheugen licht de IED-indikatiediode 18 ook bij kortstondig foutsignaal ( ^ dan een halve periode) en bij ritmische regeling voortdurend op. Het terugstellen van het elektronische 10 geheugen 17 geschiedt bij het opnieuw inschakelen van de batterij-spanning Hg na het afschakelen hiervan, dat wil zeggen bij uitschakeling van verwarmingsbedrijf of als bij het ontbreken van de spanning op de treinverzamelrail 1 ook de batterijspanning is uitgeschakeld. Als de fout dan nog aanwezig is komt de foutindikatie direkt 15 terug. Het elektronische geheugen kan ook worden vervangen door een relais met zelfhoudkontakt,- dat op passende wijze wordt gestuurd.The electronic memory 17 prevents this deception. It is already set as a bistable stage if the occurrence of the error after charging of the capacitor 15 and the crossing of a threshold value is set, and can then no longer be influenced by the input. By setting the memory, the IED indication diode 18 also lights up continuously with a short error signal (<half a period) and with rhythmic regulation. The electronic memory 17 is reset when the battery voltage Hg is switched on again after it has been switched off, that is to say when the heating mode is switched off or, if the voltage on the train bus bar 1 is also missing, the battery voltage is also switched off. If the error is still present, the error indication returns immediately. The electronic memory can also be replaced by a self-contained relay, which is controlled appropriately.

De inrichting volgens de uitvinding is betrekkelijk eenvoudig uitgevoerd, is goedkoop en werkt bijzonder veilig. De inrichting kan zeer klein worden uitgevoerd, zodat een onderbrekingsloze bewaking 20 van elke verwarmingsketen mogelijk wordt.The device according to the invention is relatively simple, is inexpensive and works very safely. The device can be made very small, so that uninterrupted monitoring of each heating circuit is possible.

79080857908085

Claims (4)

1. Inrichting voor het bewaken van gelijkstroom ®. wisselstroom met hoge spanning door een potentiaalgescheiden foutindikatie, in het bijzonder van verwarmingsstromen bij personenwagons voor treinen, 5. e t het kenm erk, dat met behulp van de spanningsval over een door de te bewaken stroom doorlopen indikatieweerstand (5) een op zichzelf bekende optische koppelinrichting (8) direkt wordt gestuurd, waarvan de ontvangtransistor (lO) is aangesloten op een verwerkingsschakeling (11) die afhankelijk van het vloeien van de 10 stroom door de indikatieweerstand (5) een LED-indikatiediode (18) beïnvloedt en bij voorkeur donkerstuurt.1. Device for monitoring direct current ®. high voltage alternating current by means of a potential-separated error indication, in particular of heating currents in passenger coaches for trains, 5. characterized in that, by means of the voltage drop over an indication resistor (5) traversed by the current to be monitored, an optical coupling device known per se (8) is directly controlled, the receiving transistor (10) of which is connected to a processing circuit (11) which, depending on the flow of current through the indication resistor (5), influences an LED indication diode (18) and preferably controls dark. 2. Inrichting volgens conclusie 1,met het kenmerk, dat voor de bewaking van wisselstroom de verwerkingsschakeling (11) bovendien is voorzien van een tijdorgaan (kondensator 15 15), welk tijdorgaan het oplichten van de LED-indikatiediode (18) vertraagt gedurende die halve perioden van de stroom, waarin de· optische koppelinrichting (δ) stroomrichtingsafhankelijk is geblokkeerd.Device according to claim 1, characterized in that, for the monitoring of alternating current, the processing circuit (11) is additionally provided with a timer (capacitor 15), which timer delays the lighting of the LED indicator diode (18) during that half periods of the current in which the optical coupling device (δ) is blocked depending on the direction of flow. 3· Inrichting volgens conclusie 1 en 2 voor het regelen yan 20 de stroom via een in serie met verwarmingsgroepen gelegen regelbe-veiliging, met het kenmerk, dat bij het bedrijfsmatig onderbreking van de verwarmingss'troomkring door de regelbeveiliging • (3>)(kontakt 3a) een hulpkontakt (3b) de dan geblokkeerde ontvang transistor (10) van de optische koppelinrichting (8) overbrugt, 25 waarbij aan een stuurtransistor (I3) van de verwerkingsschakeling (11) de basisstroom via een parallelweg (TL,, 3b, 20, 21) wordt toe-gevoerd.3. Device as claimed in claims 1 and 2 for controlling the current via a control protection located in series with heating groups, characterized in that when the heating circuit is interrupted operationally by the control protection (contact) 3a) an auxiliary contact (3b) bridges the then blocked receive transistor (10) of the optical coupling device (8), the basic current via a parallel path (TL ,, 3b, 20) to a control transistor (I3) of the processing circuit (11). , 21) is fed. 4· Inrichting volgens conclusie 3, m e t het kenmerk,' dat de met een zijde aan de massa gelegen LED-indikatie-20 diode (18) via een elektronisch geheugen (17) wordt geschakeld, waarvan de instelingang is verbonden met de batterijspanning, de kollektor van de kortsluitende stuurtransistor (13) en een pool van de dwars aan de massa gelegen vertragingskondensator (15)· 7908085Device according to claim 3, characterized in that the LED-indication-diode (18) with one side to the ground is switched via an electronic memory (17), the adjustment input of which is connected to the battery voltage, the collector of the short-circuit driving transistor (13) and a pole of the transverse-grounding capacitor (15) · 7908085