DE1021459B

DE1021459B - Relay control arrangement for networks with high DC voltage

Info

Publication number: DE1021459B
Application number: DEP8662A
Authority: DE
Inventors: Ernst Wilckens
Original assignee: Pintsch Bamag AG
Current assignee: Pintsch Bamag AG
Priority date: 1952-11-07
Filing date: 1952-11-07
Publication date: 1957-12-27

Description

Relaissteueranordnung für Netze mit hoher Gleichspannung Ilei Relais.steu eranordnungen für Netze mit hoher (-leichspannun g ergeben sich eine Reihe besonderer Probleme, vor allem, wenn die Steuereinrichtungen im Freien in Schaltschränken oder Gehäusen oder in ungeheizten Räumen untergebracht sind. Diese nachstehend geschilderten Schwierigkeiten sind sowohl in der Signal- und Nachiriichtentiechnilz wie auch in reinen Schaltanlagen vorhanden. Zunächst bedingt die unvermeidliche Kond°iswa.sserhildung große Kriechstrecken und damit bedeutende Abmessungen der Schaltgeräte. Liegen diese Schaltgeräte direkt im Netz, so ergeben sich weiter für Schnellschaltvorgänge unerwünscht große bewegte Massen. Sehr wesentlich ist auch der Schutz des Bedienungspersonals gegen Berührungs-.pannungen, die bei entsprechenden Erdungsverhältnissen schon in verhältnismäßig geringer Höhe lebensgefährlich werden können. Besonders unangenehm wirken sich diese Schwierigkeiten bei Bahnnetzen aus, deren Spannungen meist etwa zwischen 400 und 1200 V liegen. Hier sind die Scha:lteinrichtungen-bei.spielsweisve für Signalanlagen -oft an schwer zugänglichen und das Überwachungspersonal besonders gefährdeten Stellen -- etwa an den Fahrleitungsmasten - angebracht, und es kommt hinzu, daß die Kontaktzeiten der Schaltvorgänge, die beispielsweise durch die Schleifbügel oder Kontaktschuhe eingeleitet werden, von kürzesten Zeiten (springender Bügel) bis zu sehr langen Zeiten (Stehenhleiben des Fahrzeuges an der Kontaktstelle) schwanken können. In der folgenden Beschreibung sind daher derartige Schaltvorgänge bei Bahnen als Ausführungsbeispiele zugrundie gelegt. Auf alle Fälle erfordern die bisherigen Anordnungen einen sehr erheblichen mechanischen und ,elektrischen Aufwand, ohne d.aß die erforderliche Sicherheit des Anspreche ns bei sehr kurzen Schaltvorgängen erreicht wird. Bei langen Kontalctz@eliten tritt dagegen leicht eine übermäßige Erwärmung und gegebenenfalls Zerstörungen der Relaiswicklungen ein.Relay control arrangement for networks with high DC voltage Ilei relay control There are a number of special arrangements for networks with high DC voltage Problems, especially when the control equipment is in switch cabinets or outdoors Housings or in unheated rooms. These are described below Difficulties are in both the signal and message throat as well as in pure switchgear available. First of all, the unavoidable condo is water formation large creepage distances and thus significant dimensions of the switchgear. Are these Switching devices directly in the network result in undesirable rapid switching operations large moving masses. The protection of the operating personnel is also very important against contact voltages which, with the appropriate earthing conditions, are already in relatively low height can be life-threatening. Particularly uncomfortable These difficulties affect rail networks, their tensions mostly around between 400 and 1200 V. Here are the Scha: lteinrichtungen-bei.spielsweisve for signal systems -often in hard-to-reach areas and especially for the monitoring staff endangered places - for example on the catenary masts - and it comes added that the contact times of the switching operations, for example by the grinding hanger or contact shoes are introduced, by the shortest possible times (jumping stirrup) up to very long times (the vehicle is standing at the point of contact) can. In the following description, such switching operations are therefore in railways based as exemplary embodiments. In any case, the previous ones require Arrangements a very significant mechanical and electrical effort without d.ass the required security of the response with very short switching operations is achieved. In the case of long contact elites, on the other hand, there is easily an excessive one Heating and possibly destruction of the relay windings.

Durch die Erfindung werden a11-, diese Nachteile beseitigt und gleichzeitig erreicht, daß für die Scha,ltvoi;gänge normale, handelsübliche Relais der Gleich-oder Wechselstromtechnik verwendet xverden können. Dies ist dadurch möglich geworden, daß trotz eines Gleichstromnetzes der Schaltvorgang nicht unmittelbar auf in Relais einwirkt, sondiern d@aß eine zum Steuern eines Niederspannungsrelais geeignete niedrige Spannung durch Anschalten eines Transformators oder Pofe ntiometers an das Netz hoher Gleichspannung erzeugt wird. Damit der Transformator möglichst klein ausfallen kante, sieht die Erfindung vor, diesem Transformator Widerstände vorzuschalten. Es können hierfür ohmschie, selbstinduktive, kapazitive Widerstände oder Kombinationen davon vorgesehen werden. B--,-sonders vorteilhaft haben sich die Kapazitätswiderstände ergeben, da diese für Gleichstrom im ungeladetr-,n Zustand praktisch keinen Widerstand, dagegen im geladenen Zustand einen hohen Widerstand darstellen. Durch diese Eigenschaft wird erreicht, daß der Einschaltstrom relativ groß gegenüber dem Dauerstrom ist. Durch diesen highen Einschaltstrom erreicht man auf der Sekundärseite des Transformators einen Stromitnpuls starker Energie. Diese ermöglicht es, gewöhnliche Relais, die sekundärseitig angeschlossen sind, schn-,I1 zum Anzug zu bringen. Man muß natürlich die Zeitkonstante des Transformatorkreises möglichst klein halten.The invention eliminates these disadvantages and at the same time achieves that normal, commercially available relays of the same or AC technology used xverden can. This has become possible because that in spite of a direct current network, the switching process does not immediately take place in relays acts, probe d @ aß a suitable low voltage relay for controlling a low voltage relay Voltage by connecting a transformer or a poteniometer to the mains high DC voltage is generated. So that the transformer is as small as possible edge, the invention provides for this transformer to be connected upstream of resistors. This can be done with ohmic, self-inductive, capacitive resistances or combinations of which are provided. B -, - the capacitance resistances are particularly advantageous result, since there is practically no resistance for direct current in the uncharged, n state, on the other hand represent a high resistance in the charged state. By this property it is achieved that the inrush current is relatively large compared to the continuous current. This high inrush current is achieved on the secondary side of the transformer a current pulse of strong energy. This enables ordinary relays that are connected on the secondary side, to bring I1 to attract. Of course you have to keep the time constant of the transformer circuit as small as possible.

Die Erfindung macht sich ferner die Erkenntnis zu Nutze, dalß praktisch alle Gleichstromnetze wechselstromüberlagert sind. Wird beispielsweise der Gleichstrom durch Umformer erzeugt, so ist es unvermeidbar, daß der durch den Kollektor gleichgerichtete Wechselstrom sich dein Gleichstrom überlagert. Bei Gleichrichtung durch trocken- oder gasgefüllte Gleichrichter wird entweder Wechsel- oder Drehstrom gleichgerichtet. Hierbei ist es unvermeidbar, daß dem Gleichstrom We chse-,lstrom überlagert wird, so daß cum Teil pulsierender Gleichstrom erzeugt wird. Wird jetzt in dem Gleichstromnetz ein Transformator eingeschaltet, so kann man in bekannter Weise der Sekundärseite Wechselstrom entnehmen, der Wechsel@stromanteil beträgt jedoch nur einige geringe Prozente der Gleichstromspannung. Dieser Wechselspannungsanteil kann gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung dazu benutzt werden, die Energie des Einschaltvorganges zu unterstützen oder die Haltezeit des Relais zu vergrößern. Die Aussiebung des Wechselstromanteil:s ist zu anderen Zwecken an sich bekannt. Es empfiehlt sich deshalb, nach einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens, zur Entnahme größerer Wechselstromen:°rgien durch zusätzliche Kondensatoren und gegebenenfalls Drosselspulen eine Wechselstromkomponente herauszusieben. Mit besonders gutem MTirkungsgrad läßt sich eine derartige Heraussi,hung erzielen, wenn man die Primär- oder Sekundärwicklung des Transformator, oder dne angeschlossenen elektrischen Kreise auf die bevorzugte, dem Netz übergelagerte Wechselstromfreduenz abstimmt.The invention also makes use of the knowledge that practical all direct current networks are superimposed with alternating current. For example, the direct current generated by converters, it is inevitable that the rectified by the collector Alternating current is superimposed on your direct current. When rectifying through dry or gas-filled rectifier, either alternating or three-phase current is rectified. It is unavoidable that the direct current is superimposed with alternating oil currents, so that cum part pulsating direct current is generated. Is now in the DC network If a transformer is switched on, you can use the secondary side in a known manner Draw alternating current, but the proportion of alternating current is only a few Percentages of DC voltage. This alternating voltage component can according to a Further development of the invention can be used to reduce the energy of the switch-on process to support or to increase the hold time of the relay. The screening of the Alternating current component: s is known per se for other purposes. It is therefore recommended according to a further development of the concept of the invention, for the removal of larger alternating currents: ° rgien an alternating current component through additional capacitors and possibly inductors to sift out. Such an outcome can be achieved with particularly good efficiency, when you connect the primary or secondary winding of the transformer, or dne electrical circuits to the preferred alternating current reduction superimposed on the network votes.

Bei Schnellschaltvorgängen sieht die Erfindung vor, den Stromstoß und die Oberwellen s,el:uiidärs,eitig wieder gleichzurichten und durch die gleichgerichtete Spannung einen Kondensator aufzuladen, dem ein Relais, eventuell unter Vorschaltutig von Widerständen, parallel geschaltet ist. Dieses gibt den Vorteil, d aß der sekundärseitig erzeugte Gleichstrom auch hei kurzzeitiger Einschaltung den Kondensator aufladet und dieser die in ihm aufgespeicherte Energie über einen längeren Zeitraum an das Relais abgibt, so daß ein Anzug des Relais auf alle Fälle sichergestellt ist. Eine derartige Anordnung erhöht besonders bei Einschaltung durch O')erleitungs- oder Schienenstrornkontakte die Sicherheit, daß auch bei nur einmaliger kurzer Berührung unter allen Umständen das NiederspannungsreIais anzieht. Der Anzug des Relais bei einer kurzen Berührung ist für die Praxis von besonderer Bedeutung, da der Oberleitungsdraht oft mechanischen Schwingungen unterworfen ist und auch Teile dies Leitungskontaktes vereist oder mit Raubreif bedeckt sein können oder die Zuggeschwindigkeiten hoch sind.In the case of rapid switching operations, the invention provides for the current surge and the harmonics s, el: uiidärs, ready to rectify again and through the rectified Voltage to charge a capacitor, to which a relay, possibly under Vorschaltartig of resistors, connected in parallel. This gives the advantage of being on the secondary side generated direct current charges the capacitor even when switched on for a short time and this the energy stored in it over a longer period of time to the Relay emits, so that a pick-up of the relay is ensured in all cases. One Such an arrangement increases especially when switched on by O ') erleitungs- or Rail current contacts ensure that even with just a single brief contact the low-voltage relay picks up under all circumstances. The tightening of the relay at A brief touch is of particular importance in practice, as the catenary wire is often subject to mechanical vibrations and also parts of this line contact can be icy or covered with robbery, or the train speeds can be high are.

Das zu verwendende Relais bestimmt :ich natürlich nach dien jeweiligen Schaltaufgaben, wobei die Erfindung, wie oben erwähnt, die Verwendung von handelsüblichen Relais mit sehr kleinen, bewegten Massen erleichtert. Vorzuziehen sind hierbei Relais für niedre Spannung, deren Berührung ungefährlich ist und die keine aufwendigen Schutzvorkehrungen erfordern. Die Verwendung dieser Niederspannungsrelais bietet weiterhin noch den Vorteil, daß man die an der Einschaltstelle vorhandene Hochspannung nicht über weite Strecken zur Einwirkstelle zu führen braucht, sondern daß man den Transformator unmittelbar ])-ei der Schaltstelle anordnen kann, während die Sekundärseite des Transformators über gewöhnliche -Niederspannungsleitung mit der entfernt gelegenen Einw-irkstelle verbindet. Es läßt sich gegebenenfalls auch das Relais beim Transformator mit unterbringen, um nicht unnötig Energie in der Freileitung oder dem Kabel zu verbrauchen.The relay to be used determines: I, of course, according to the respective one Switching tasks, the invention, as mentioned above, the use of commercially available Relays with very small, moving masses made easier. Relays are preferable here for low voltage, the touch of which is harmless and which are not costly Require safeguards. The use of this low voltage relay provides still has the advantage that the high voltage present at the switch-on point does not need to lead over long distances to the point of action, but that one needs to Transformer directly]) - can arrange the switching point, while the secondary side of the transformer via an ordinary low-voltage line to the remote one Impact point connects. If necessary, the relay at the transformer can also be used also accommodate so as not to unnecessarily waste energy in the overhead line or cable consume.

Bei dem zur Verwendung gelangenden Transformator sind Primär- und Sekundärwicklung galvanisch voneinander getrennt. Zwischen den leiden Wicklungen ist in an sich bekannter Weise ein geerdeter Schnitzmantel oder Schutzwicklung vorgesehen, damit bei Körperschluß der Primärwicklung die Sekundärwicklung gegen hohe Spannungen beschützt ist.The transformer used is primary and Secondary winding galvanically separated from each other. Between the windings suffer a grounded carved jacket or protective winding is provided in a manner known per se, so that in the event of a contact with the body of the primary winding, the secondary winding against high voltages is protected.

In der Zeichnung ist die Erfindung all einigen Ausführungsbeispiekn näher veranschaulicht, und zwar bedeutet jeweils a den Einschaltkontakt (oder Ausschaltkontakt), z. B .einen bei Zugfahrten betätigten Fahrdrahtkontakt, 1),d die Primär- und Sekttndärwicklung d-es Transformators, c dessen geerdeten Schutzmantel, E d.as Relais, das ein Gleich- oder Wechselstromrelais für 'Niederspannung sein kann, -F-!- dIe zur Verfügung stehende Hochspannung, die beispielsweise der Fahrleitung oder Stromschiene einer elektrischen Bahn entstammt.In the drawing, the invention is illustrated in more detail in all some Ausführungsbeispiekn, namely in each case a means the switch-on contact (or switch-off contact), for. B. a contact wire contact activated during train journeys, 1), d the primary and secondary winding d-es transformer, c its earthed protective jacket, E d. The relay, which can be a direct or alternating current relay for low voltage, -F -! - The available high voltage, which comes from the contact line or conductor rail of an electric train, for example.

Eine grundsätzliche Schaltung für die Verwirklichung der Erfindung ist in Bild 1 dargestellt, wobei in diesem Fall das Relais e ein @#,'e,chselstronir@elais ist. Beim Schließen des Kontaktes a wird in der Sekundärwicklung zunächst ein Stroin;toß übertragen. Nach dem Einschalten wird durch die Oberwellen des Stromes auf der Primäreite des Transformators sekundärseitig eine Dauerspannung 112 hervorgerufen, Das Relais e wird dabei durch den Stromstoß und die Dauerspannung zum Anzug gebracht und angezogen gehalten. Das Relais besitzt ein oder mehrere Kontakte, die die gewünschten Schaltvorgänge steuern.A basic circuit for realizing the invention is shown in Figure 1, in which case the relay e is @ #, 'e, chselstronir @ elais is. When contact a is closed, a stroke is initially generated in the secondary winding transfer. After switching on, the harmonics of the current on the primary side of the transformer on the secondary side caused a continuous voltage 112, the relay e is brought to and attracted by the current surge and the continuous voltage held. The relay has one or more contacts that carry out the desired switching operations steer.

In Bild ?ist der Primärwicklung des T ransforinator: ein Kondensator f vorgeschaltet, welcher verhindert, daß bei Dauerschließung des Kontaktes ei die Primärwicklung b von einem unnötig hohen Strom durchflossen wird, der eine übermäßig lioh,e Erwärmung hervorruft. Dem Kondensator f kann ein hocholimig2r@@'id-°rstancl w3 parallel geschaltet :ein. damit der Kondensator sich ini abgeschalteten Zustand de> Schalters a entladen kann, damit bei \Teueinschaltung der entladene Kondensator f für den nächsten Ladestromstoß bereitstellt.In picture? Is the primary winding of the transformer: a capacitor f connected upstream, which prevents the ei when the contact is closed continuously Primary winding b is traversed by an unnecessarily high current, which is an excessive lioh, e causes warming. A high-olimig2r @@ 'id- ° rstancl w3 connected in parallel: on. so that the capacitor is in the switched-off state de> switch a can discharge so that the discharged capacitor when it is switched on f provides for the next charging current surge.

Der Widerstand g kann bei niederoliiniger Primär-@v7chIting b des Transformators zusätzlich vorgeschaltet sein, um den Einschaltstrom zu begrenzen. Beim Einschalten des Schalters a ladet sich der Kondensator auf. Der Ladestrom durchfließt die Primärwicklung des Transformators und ruft in der Sekundärwicklung einen Spannungsstola hervor, der ein normales Relais leicht betätigen kann. In dem Bild 2 kann der Kondensator f gegebenenfalls mit der selbstinduktiven Spule b auf eine 0lier%vellenfrecluenz abgestimmt sein, so daß Energie mit gutem Wirkungsgrad aus dem Gleichstromnetz herausgesiebt wird.The resistance g can with low primary @ v7chIting b des Transformer must also be connected upstream in order to limit the inrush current. When the switch a is switched on, the capacitor is charged. The charging current flows through the primary winding of the transformer and causes a voltage stole in the secondary winding that can easily operate a normal relay. In the picture 2 the capacitor f if necessary with the self-inductive coil b to a lower% wave frequency be matched so that energy is screened out of the direct current network with good efficiency will.

Eine andere Abstiinmu.agsmöglichkeit auf eine Oberwelle ist in Bild 3 dargestellt. Es ist hier im Sekundärkreis des Transformators ein Kondensator vorgesehen, der die Selbstinduktion des Kreises aufhebt. Selbstverständlich können auch Kombinationen von Bild 2 und 3 miteinander Verwendung finden.Another option to adjust a harmonic is shown in Fig 3 shown. A capacitor is provided here in the secondary circuit of the transformer, which cancels the self-induction of the circle. Combinations can of course also be used of Fig. 2 and 3 can be used together.

Bild 4 zeigt eine Anordnung, bei welcher im wesentlichen der Einschaltstromstoß ausgenutzt wird. Es ist hier der Sekundärwicklung d des Transformators ein Gleichrichter lt zugeordnet sowie ein Kondensator i und zwei Widerstände z£,1 und a,2. Beim kurzzeitigen Einschalten des Kontaktes a entstellt ein Stromstoh durch die Primärwicklung b, der sekundärseitig eine Impulswechselspannung 1r2 zur Folge hat. Diese Wecliselspannti:ng it2 wird durch den Gleichrichter h in eine Gleichspannung tt3 umgewandelt. Diese ladet den Kondensator j auf, der nun seine Energie über Widerstand «,1 und a-2 dem Relais 3 übermittelt.Figure 4 shows an arrangement in which the inrush current is essentially used. A rectifier lt is assigned to the secondary winding d of the transformer, as well as a capacitor i and two resistors z £, 1 and a, 2. When the contact a is briefly switched on, a current through the primary winding b is distorted, which results in an alternating pulse voltage 1r2 on the secondary side. This alternating voltage it2 is converted into a direct voltage tt3 by the rectifier h. This charges the capacitor j, which now transmits its energy to the relay 3 via resistance 1 and a-2.

Soll aus irgendwelchen Gründen von einem Transformator abgesehen werden, so läßt sich dieser auch durch ein Potentiometer ersetzen, wie das beispielsweise Bild 5 und ö zeigen.Should a transformer be dispensed with for any reason, so this can also be replaced by a potentiometer, like that for example Fig. 5 and ö show.

In Bild 5 wird nach Einschalten des Kontaktes a der Kondensator f und damit der Widerstand w von einem Strom durchflossen. Durch den Potentiometerabgrifff liegt an dem Relaiis e nur -eine gegen Erde kleine Teilspannung u2. In Bild 6 ist dasselbe dargestellt, jedoch unter Ausnutzung des Gleichstrorneinschaltstoßes. Es ist hier durch den Gleichrichter p wieder eine Gleichstromspannung ir3 erzeugt, die, wie in Bild 4 beschrieben, auf das Relais e über den Kondensator j einwirkt.In Figure 5, after switching on contact a, capacitor f and thus the resistance w has a current flowing through it. Through the potentiometer tap there is only a partial voltage u2 which is small to earth at the relay e. In picture 6 is the same is shown, but taking advantage of the direct current inrush. It a direct current voltage ir3 is generated here by the rectifier p, which, as described in Figure 4, acts on relay e via capacitor j.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Itelaisst_ueranordnu.ng for networks with high DC voltage, characterized in that a low voltage suitable for steepening a low voltage relay is generated by connecting a transformer or potentiometer to the high DC voltage network. 2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the low voltage ge -, # expensive relay is designed as a relay with very small moving masses. 3. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that when using the Potentiotneters the low-voltage relay, a storage capacitor is connected in parallel. 4. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that when using a transformer on the secondary winding of which there is a rectifier (h) which feeds the low-voltage relay and a storage capacitor is connected in parallel. 5. Arrangement according to claim 1 to 4, characterized in that there is an active or reactive resistance (f or g) between the transformer or the potentiometer and the network. 6. Arrangement according to claim 5, characterized in that a capacitor (f) used as a resistor is bridged by an ohmic resistor (W3). 7. Arrangement according to claim 5 or 6, characterized in that the capacitor (f) and inductance of the primary winding are matched as a series resonant circuit to one of the harmonic frequencies of the network. B. Arrangement according to the preceding claims, characterized in that the Oberwellengeh.alt of the network is used for the permanent excitation of the low-voltage relay (e). 9. Arrangement according to claim 8, characterized in that the relay circuit, if necessary by additional switching elements, is tuned to one of the harmonic frequencies of the network. 10. Arrangement according to claim 1, 3 and 9, characterized in that the low voltage tap of the potentiometer (w) is led to a rectifier (p). Considered publications: German Patent Nos. 695 259, 694 837, 673 956, 880 166, 839 962; Electric Railways, 1933, pp. 138 and 216 ff.