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Sicherheitseinrichtung zur ständigen Überwachung des Isolationszustandes
von Oberleitungsfahrzeugen Für Oberleitungsomnibusse sind ständig wirkende Sicherheitseinrichtungen
bekannt, die bei Auftreten von Isolationsschäden zwischen Wagenmasse und elektrischer
Ausrüstung ein selbsttätiges Abschalten des Fahrzeuges von der Oberleitung vornehmen.
Es handelt sich dabei in der Hauptsache um Gleichrichteranordnungen. Es ist auch
schon eine Berührungsschutzeinrichtung für Oberleitungsomnibusse bekanntgeworden,
bei der Hilfsspannungsquellen zur Anwendung kommen. Man hat bei derartigen Schutzeinrichtungen
auch bereits gittergesteuerte Röhren benutzt, welche bei Auftreten von Isolationsfehlern
ein Relais zum Ansprechen bringen.
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Die bisher gebräuchlichen Sicherheitseinrichtungen befriedigen jedoch
nicht vollständig, da die Betriebssicherheit zu wünschen übrigläßt und die Anlagekosten
verhältnismäßig hoch sind. Auch sind die bekannten Einrichtungen zum Teil vom Zustand
der Fahrleitung und bei den mit Elektronenröhren ausgerüsteten Anordnungen auch
noch vom Zustand der Isolation der Wagenmasse gegenüber dem Erdboden abhängig. Für
die Ansprechempfindlichkeit dieser Schut7schaltungen ist es also nicht ohne Einfluß,
ob trockenes oder feuchtes Wetter herrscht.
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Die Erfindung vermeidet die vorgenannten Mängel und gewährleistet
eine ständige Überwachung des Isolationszustandes mit selbsttätiger Abschaltung
bei auftretenden Fehlern. Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß zur Prüfung des Isolationszustandes
als Hilfsstrom den beiden Fahrdrahtpolen ein Wechselstrom überlagert, durch welchen
bei Unterschreiten eines bestimmten Isolationswertes ein Relais zum Ansprechen gebracht
wird,
welches den Wagenhauptschalter auslöst. Der besondere Vorzug
der nachstehend beschriebenen Anordnung besteht -einerseits darin, daß sie vollkommen
unabhängig von der Polung der Fahrleitung und von der Größe der Fahrleitungsspannung
ist, welche auch Null sein kann. Sie weist auch eine höhere Empfindlichkeit als
die bisher bekannten Sicherheitseinrichtungen auf und zeichnet sich dadurch aus,
daß die Anlagekosten kleiner sind als bei Ausführung mit Elektrolytgleichrichterzellen,
welche zudem in ihrer Betriebssicherheit, namentlich bei vorgenommenem Polwechsel
usw., zu wünschen übriglassen.
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Die Erfindung sei im folgenden an Hand der beiliegenden Zeichnung,
welche ein Schaltbeispiel darstellt, erläutert. Darin bedeutet i die Fahrleitung,
welche beliebig gepolt sein kann, 2 die beiden Stromabnehmerstangen, 3 den Wagenhauptschalter
mit der Auslösespule q. und 5 den bzw. die Fahrmotoren. Mit 6 sollen die sonstigen
Hilfsbetriebe des Fahrzeuges angedeutet sein.
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und 8 sind die beiden Hauptleitungen, welche die verlängerten Fahrleitungspole
darstellen. 9 kennzeichnet die Wagenmasse und i o einen kleinen Hilfswechselstromgenerator,
welcher einphasig ausgeführt ist und mit einem Pol zwischen den beiden Kondensatoren
i i und' 12 angeschlossen ist, während der andere Pol über den Widerstand 13 an
der Wagenmasse 9 liegt.
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Der Hilfsgenerator i o wird von einem Hilfsmotor 1 4. angetrieben,
welcher z. B. aus dem Wagenstromsammler 15 gespeist wird. 16 bedeutet eine Glühkathoden-
oder eine Hochvakuümröhre mit dem Steuergitter 17, dem Gittersteuertransformator
18 und der negativen Gittervorspannung 19, welche z. B. über die Leitung 22 dem
Wagenstromsammler 15 entnommen werden kann. 20 stellt einen Schutzwiderstand im
Anodenstromkreis der Röhre dar. Es sind zwei Röhren 16 und 161 vorgesehen, je eine
für beide Polungsarten der Fahrleitung. Mit 21 ist das von den beiden Röhren gesteuerte
Relais bezeichnet, welches über eine Leitungsanordnung 23 den Hauptschalter 3 mit
Hilfe der Spule q. beim Ansprechen zum Abschalten bringt. 25 und 2 5a sind die beiden
Betätigungsspulen des Relais 21. Schließlich sei mit 2.1 ein vorliegender Isolationsfehler
zwischen dem positiven Pol der Fahrleitung und der Wagenmasse angedeutet. _ Es sei
zunächst angenommen, daß das Fahrzeug einen geordneten Isolationszustand aufweist.
Der Hilfswechselstromkreis -wirkt dabei so, daß kein Stromfluß zustande Kommt, da
zwischen Wagenmasse und den beiden Fahrleitungspolen über die beiden Kondensatoren
i i und 12 keine durchgehende Verbindung vorliegt. Durch den Widerstand 13, welcher
der Wagenmasse vorgeschaltet ist, fließt also kein Strom. Die an diesem Widerstand
abgegriffene Steuerspannung, welche über den Gittertransformator 18 der negativen
Gittervorspannung i 9 überlagert wird, hat in diesem Falle den Wert Null, d. h.
die Röhren 16 und 16a bleiben infolge der negativen Gittervorspannung gesperrt.
In dem gezeichneten Schaltungsbeispiel sind die beiden Steuerröhren 16 und 16a unmittelbar
in ihren Anodenstromkreis zwischen die beiden Fahrleitungspole über den Schutzwiderstand
2o geschaltet. Man kann jedoch an Stelle dieser Schaltung auch mit einer Röhre auskommen,
wenn man diese unmittelbar an den Wagenstromsammler anschließt. Die übrige Steueranordnung
bleibt jedoch die gleiche.
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Tritt nun ein Isolationsschaden zwischen den Fahrleitungspolen und
der Wagenmasse auf, wie es z. B. durch die gestrichelte Verbindung 24. angedeutet
ist, so kommt ein Stromfluß im Wechselstromkreis zustande. An dem Widerstand 13
tritt jetzt eine Spannung auf, welche mittels des Gittertransformators 18 die negative
Gittervorspannung so weit übersteigt, daß die Röhre 16 zum Ansprechen kommt. Dadurch
kommt das Relais 21 zum Ansprechen, und der Hauptschalter 3 wird zum Auslösen gebracht,
d. h. das Fahrzeug mit beiden Polen von der Fahrleitungsanlage getrennt. Durch dieses
Herausfallen des Hauptschalters wird auch die Röhre 16 von selbst wieder gelöscht.
Dies ist z. B. beim .Einsatz einer Glühkathodenröhre in dem gezeichneten Schaltbeispiel
wichtig. Erwähnt sei, daß bei Verwendung nur einer an die Wagenbatterie angeschlossenen
Röhre dafür Sorge getragen werden muß, daß beim Ansprechen dieser Röhre diese durch
das Abschalten des Hauptschalters über einen Hilfskontakt in ihrem Stromkreis unterbrochen
wird, um so zum Löschen zu kommen.
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An dieser Stelle sei auch darauf hingewiesen, daß die negative Gittervorspannung
selbstverständlich auch über einen Spannungsteiler abgegriffen werden kann, welcher
zwischen den beiden Fahrleitungspolen angeschlossen ist. Ebenso kann auch das Rohr
16 an eine derartige Spannungsteileranordnung angeschlossen werden.
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Der Hilfswechselstromgenerator io braucht nur für eine verhältnismäßig
kleine Leistung von z. B. 5o Watt ausgelegt zu werden. Die Spannung kann dabei 5o
bis i 5o V und die Frequenz 100 bis 3oo Hz betragen. Man wird beide Maschinen
io und 14. zwech.-mäßigerweise zu einem einheitlichen kleinen Motorgenerator zusammenbauen,
der eine Drehzahl von etwa 6ooo U/min aufweist. Außerdem wird man den Wechselstromgen
erator
vorteilhaft über Dauermagnete erregen. so daß jegliche beweglichen
Kontakte in Wegfall kommen. Durch die Wahl der oben angegebenen Frequenzwerte fallen
auch die beiden Kondensatoren i I und i 2 recht klein und damit leicht und billig
aus. Die an dem Widerstand 13 abzugreifende Steuerleistung zur Aussteuerung der
Röhren 16 beträgt nur etwa 1/10o bis 1/10,o des. Röhrenstromes. Die Röhren selbst
brauchen ebenfalls nur kleine Leistung aufzubringen. Das ist von Vorteil, wenn man
sie als Hochvakuumröhren ausbildet. Die dabei zur Betätigung des Relais 2 i erhältliche
Leistung beträgt etwa 15 bis 30 W. Verwendet man eine Glühkathodenröhre,
so kann man unter Umständen auf das Relais 2 i verzichten und über die Röhre unmittelbar
die Auslösespule .l des Hauptschalters betätigen. Ein ,gewisser Nachteil der Glühkathodenröhre
besteht jedoch darin, daß sie etwas temperaturempfindlich ist, so daß ihr Einbau
so erfolgen muß, daß die richtigen Temperaturverhältnisse gewahrt bleiben.
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Selbstverständlich kann auch an Stelle der Röhren 16 unmittelbar vom
Hilfswechselstrom aus ein empfindliches Wechselstromrelais bei auftretenden Isolationsschäden
betätigt werden; jedoch dürfte es nicht möglich sein, auf diesem Weg eine ,genügend
große Empfindlichkeit einzustellen. Eine Erhöhung der Ansprechempf ndlichkeit der
gesamten überwacHungseinrichtung ist dadurch zu erzielen, daß den Kondensatoren
(nicht gezeichnete) Induktivitäten parallel geschaltet und die damit hergestellten
Schwingungskreise auf Resonanz abgestimmt werden.
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Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht, wie
bereits eingangs erwähnt wurde, darin, daß sie eine ständige Lberwachung des Isolationszustandes
des 1'ahrzeuges ermöglicht, und zwar selbst dann noch, wenn das Fahrzeug von der
Fahrleitungsanlage abgeschaltet ist. Sie ist außerdem sehr empfindlich und läßt
sich durch Bemessung der Hilfskondensatoren und des Vorschaltwider standes 13 so
auslegen, daß z. B. schon bei Unterschreitung des Isolationswertes zwischen Fahrzeugmasse
und Fahrleitungspol unter den Betrag von i oo ooo Ohm bereits sicheres Auslösen
bzw. Ansprechen des Berührungsschutzes gewährleistet werden kann. Gegenüber Drehzahlschwankungen
des kleinen Motorgenerators i o, i q. liegt ebenfalls Unempfindlichkeit vor.
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Bemerkt sei noch, daß die Sicherheitseinrichtung nach der Erfindung
auch mit einer Signalanordnung verbunden sein kann, welche z. B. schon im abgeschalteten
Zustand des Triebfahrzeuges von der Fahrleitung den Wagenführer darauf aufmerksam
macht. daß der Isolationszustand nicht in Ordnung ist. An Stelle des kleinen Hilfswechselstromgenerators
kann auch ein Wechselrichtergerät treten, z. B. ein kleiner Pendelwechselrichter.
Die erfindungsgemäße Schutzschaltung ist auch bei Obusanlagen mit Wechselstromantrieb
verwendbar.