DE3102267C2 - Anordnung zum Erfassen und zur Auswertung des Ausfalls von durch Stromwandler gespeisten ohmschen Verbrauchern - Google Patents

Abstract

Die Anmeldung befaßt sich vornehmlich mit einer Anordnung zur Überwachung des Ausfalles von Lampen in stromgeregelten Serienkreisen von Flughafenbefeuerungsanlagen, deren Einzelkreise zu einem Befeuerungssystem zusammengefaßt sind. Die Lampen sind über Stromwandler gespeist, deren Primärwicklungen in einem Stromkreis in Reihe geschaltet sind. Der Ausfall der im Sekundärkreis liegenden Verbraucher durch Leerlauf, Kurzschluß oder Überbrückung von Primärwicklungen durch einen niederohmigen Nebenschluß führt zu einer Änderung der elektrischen Daten des Serienkreises. Die Erfindung besteht darin, daß in Serie und parallel zur Serienschaltung der Primärwicklungen Meßwandler (5, 6) gelegt sind. Sekundärseitig sind an die Meßwandler Meßglieder (8, 10) angeschlossen, deren Meßwerte an Schalt- und Auswerteeinrichtungen (17-22) mit programmierbaren Schaltwellen geführt sind. Beim Überschreiten dieser Schwellen werden Meldesignale ausgelöst.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

So sind stromgeregelte Befeuerungskreise bekannt, in denen Stromwandler mit ihren Primärwicklungen in Reihe geschaltet sind, deren Sekundärwicklungen durch eine Lampe belastet sind Eine derartige Anordnung ist als Beispiel erwähnt, da die nachfolgend beschriebenen Messungen und Auswertungen in jedem beliebigen aus primärseitig in Serie geschalteten Stromwandlern mit sekundärseitigen ohmschen Belastungswiderständen bestehenden Serienstromkreis erfolgen können.

Es sei in. diesem Zusammenhang auf die AEG-Druckschrift »Befeuerungsanlagen für Verkehrsflughäfen«, 5250.500 V2/0164,1964 hingewiesen.

Weiterhin ist in der DE-OS 28 29 135 eine Überwachungseinrichtung für den Lampenausfall bei einer Flugplatzbefeuerung beschrieben, die entsprechend den eingangs envähnten Anlagen aufgebaut ist. In einer Überwachungseinrichtung, an der die Serienkreisspannung und eine dem Strom proportionale Spannung anstehen, sind Momentanwertspeicher vorgesehen, denen die Eingangssignale zugeführt werden. Den Momentanwertspeichern ist ein Maximumdetektor parallel zugeordnet, der die dem Strom proportionale Spannung auf Maxima untersucht und in diesem Fall die Momentanwertspeicher einschaltet. Die Ausgangssignale dieser Speicher werden in nachfolgenden Bausteinen verarbeitet, so daß am Ausgang ein den relativen Anteil der ausgefallenen Lampen repräsentierendes Signal ausgegeben, auf seine Größe überwacht und angezeigt wird. Im Prinzip handelt es sich hier um die Messung und Auswertung des ohmschen Lastkreiswiderstandes. Diese Messung kann aber nur jeweils im Scheitelpunkt der

Stromkurve, d.h. bei —= 0 vorgenommen werden, da

nur dann die induktive Komponente gleich null und der Kreiswiderstand rein ohmisch ist. Durch Störungen, Einschwingvorgänge u. ä. kann die Stromkurve verzerrt sein und in der positiven Halbwelle auch mehrere Maxima aufweisen. Aus diesem Grunde kann diese Methode zu ungenauen Meßergebnissen führen und ist darüber hinaus technisch aufwendig.

Die heutigen internationalen Vorschriften stellen hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Befeuerungsanlagen und verlangen eine prozentuale Aussage über die noch intakten Lampen oder entsprechend eine Aussage über den prozentualen Ausfall von Lampen innerhalb eines Befeuerungssystems. Dabei ist als Befeuerungssystem (z. B. Anflugbefeuerung) eine Anordnung zu verstehen, bei der mehrere einzelne Befeuerungskreise durch Anordnung der Lampen und parallele Ansteuerung der jeweiligen Einspeisung in den Serienkreis zu einer Einheit verknüpft sind.

Der Ausfall eines Feuers kann verschiedene Ursachen haben, wobei das Durchbrennen (LA) des Glühfadens aufgrund der begrenzten Lebensdauer von Glühlpmpen

am häufigsten vorkommt Daneben führen auch Kurzschluß (KS) im Sekundärkreis des Lampentransformators und Doppelerdschluß (DE) im Serienstromkreis zum Ausfall (Fig. 1). Der Lampenausfall in einem Serienstromkreis kann jeweils die gleiche als auch verschiedene Ursachen haben. Ebenso können in einem Kreis bereits Feuer durch Durchbrennen des Glühfadens ausgefallen sein und anschließend weitere Lampen durch Doppelerdschluß ausfallen, wobei es denkbar ist, daß der Doppelerdschluß bereits durch Wendelbruch ausgefallene Lampen mit einschließt Die Gegebenheiten des Serienkreises in Verbindung mit der Konstanthaltung des Stromes bewirken, daß nur die von einem Fehler betroffenen Feuer ausfallen, die übrigen jedoch unbeeinflußt davon weiterbrennen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die eine sichere Aussage über den Zustand der Befeuerung in einem Einzelkreis und einem ganzen Befeuerungssystem zu machen gestattet

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Die Anordnung nach der Erfindung ermöglicht sowohl eine Auswertung von kombiniert auftretenden Fehlern (Wendelbruch und gleichzeitig Doppelerdschluß) als auch eine Aussage über den Zustand von einzelnen Befeuerungskreisen sowie eines Befeuerungssystems.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt und zwar zeigt

F i g. 2 den Meßkreis,

F i g. 3 die Schalteinrichtung,

F i g. 4 die Meßdatenerfassung und Auswertung und

F i g. 5 Diagramme über den Phasenwinkel φ bzw. die Serienkreisspannung Urms in Abhängigkeit von der Anzahl π der ausgefallenen Lampen.

Eine gestrichelt umrandete Meßeinrichtung nach Fig.2 weist einen über Netzanschlüsse 1 und 2 gespeisten Konstantstromregler 3 auf, 'der einen aus π primärseitig in Reihe geschalteten Stromwandlern bestehenden Serienkreis 4 über eine veränderliche Eingangsspannung mit konstantem Strom versorgt. Parallel zu dem Serienkreis 4 liegt ein Meßwandler 5, der die Serienkreisspannung von hohem auf niedriges Potential transformiert und an einen Effektivwertrechner 10 und eine Filterschaltung 9 weitergibt.

In Reihe mit dem Serienkreis 4 ist ein weiterer Meßwandler 6 geschaltet, dessen Sekundärseite auf eine ohmsche Bürde 7 arbeitet. Der durch den Meßwandler 6 transformierte Strom erzeugt an der Bürde 7 eine dem Strom im Serienkreis jederzeit proportionale Spannung, die auf einen Effektivwertrechner 8 und die Schaltung 9 weitergeleitet wird.

In der Schaltung 9 wird der zeitliche Verlauf von transformierter Spannung und als Spannung dargestelltem Strom miteinander verglichen und die Phasenverschiebung zwischen beiden Größen in eine der Verschiebung proportionale Spannung umgesetzt. Dabei durchlaufen die Eingangsgrößen in der Phasendrehung identische Filter, so daß im wesentlichen die Nulldurchgänge der Grundwellen von transformierter Spannung und transformiertem Strom betrachtet werden können, deren zeitlicher Abstand der Phasenverschiebung äquivalent ist und als Gleichspannungswert dargestellt wird.

Da die Meßeinrichtung und die für die Auswertung erforderliche Schalteinrichtung sich nicht notwendigerweise in räumlicher Nähe befinden müssen, sind Anpassungsglieder 11, 12, 13 vorgesehen, die die Meßwerte an die Erfordernisse der Obertragungsstrekke anpassen, so daß an den Ausgängen 14 dem Effektivwert des Stromes, 15 der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung und 16 dem Effektivwert der Spannung proportionale Signale zur Verfügung stehen.

Jeder Fehler im Serienstromkreis hat eine charakteristische Änderung der Meßgrößen zur Folge. Bei Wendelbruch arbeitet der das Feuer speisende Stromwandler im Leerlauf. Er stellt jetzt durch den fehlenden ohmschen Abschlußwiderstand des Glühfadens eine rein induktive Belastung im Serienstromkreis dar. Diese Änderung von einer ohmschen in eine induktive Last zieht eine Vergrößerung des Phasenwinkels φ zwischen Strom /und Spannung i/nach sich.

Tritt ein Kurzschluß im Sekundärkreis des Lampenstromwandlers auf, fällt die Belastung durch den ohmschen Widerstand des Glühwendeis weg. Diese Reduzierung der Last muß zwangsläufig zu einer Reduzierung der Eingangsspannung am Serienkreis führen, da der Strom in jedem Fall konstant gehalten wird.

Ein Doppelerdschluß stellt einen niederohmigen Nebenschluß über eine Reihe von Feuern im Serienstromkreis dar, der zu einer Reduzierung der Belastung führt Wegen der durch den Stromregler erfüllten Bedingung / = const muß auch hier eine Reduzierung der Spannung am Eingang des Serienstromkreises erfolgen.

Kombiniert auftretende Fehler, d. h. Lampenausfall durch Wendelbruch und durch zusätzlich auftretenden Doppelerdschluß lassen sich auch durch Messung von Phasenverschiebung φ und Serienkreisspannung Urms und ihrer Abhängigkeit untereinander erkennen. Dabei kann der Doppelerdschluß entweder nur bisher intakte oder aber auch bereits durch Wendelbruch ausgefallene Lampen mit einschließen.

Bei fortschreitendem Lampenausfall durch Wendelbruch nimmt die Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom immer mehr zu. Gleichzeitig jedoch ändert sich in den heute auf Flughäfen üblicherweise wählbaren Helligkeitsstufen 1 bis 4 (1%, 3%, 10%, 30% Lampenhelligkeit), die jeweils durch einen definierten konstanten Strom eingestellt werden, der Effektivwert der Serienkreisspannung. Auf Stufe 5 (100% Helligkeit) bleibt die Spannung bis zu einem Ausfall von ca. 25% der Feuer nahezu konstant. Auf jeder Stufe gibt es also zu jedem Meßwert φ einen zugehörigen Meßwert Urms· Weicht der Meßwert Urms von dem jeweils vorgegebenen Sollwert nach unten hin ab, so ist dieses ein Indiz für Doppelerdschluß. Relativ einfach wird die Auswertung auf Stufe 5, da hier über einen weiten Bereich nur eine konstante Schwelle für die Auswertung vorgegeben zu werden braucht, wobei das Unterschreiten dieser Schwelle zu der Anzeige Doppelerdschluß führt.

F i g. 3 zeigt als Blockdiagramm die Auswertung der Meßdaten für eine Aussage über den Zustand der Befeuerung in einem Serienkreis. Angezeigt wird auf jeder der fünf Helligkeitsstufen ein prozentualer Lampenausfall nach Überschreiten einer frei wählbaren Anzeigeschwelle sowie ein Doppelerdschluß auf der Stufe 5 (100% Helligkeit).

Auf die Eingänge 14', 15', 16' werden die aus den Ausgängen 14, 15, 16 der Meßeinrichtung gem. Fig.2 kommenden Meßwerte gegeben. Die Meßwerte für die Phasenverschiebung φ (Eingang 15') werden auf einen Vergleicher 21 gegeben, in dem ein Vergleich mit den

aus einem Schwellwerteinsteller 20 vorgegebenen Schaltschwellen vorgenommen wird. Ist das am Eingang 15' anstehende Signal größer als der aus dem Schwellwerteinsteller 20 vorgegebene Schwellenwert, wird durch den Vergleicher 21 am Ausgang 23 das Signal »x % Lampenausfall« ausgegeben. Sinkt das am Eingang 16' anstehende Signal unter die von dem Schwellwerteinsteller 20 vorgegebene Schwelle, wird durch den Vergleicher 22 am Ausgang 24 das Signal »Doppelerdschluß« ausgegeben.

Im Block 19 werden die entsprechenden Schwellwerte für die Vergleicher 21 und 22 erzeugt. Damit können jederzeit ohne erneuten Abgleich reproduzierbare Werte erhalten werden. Mit Hilfe von Codierschaltern, deren Schaltzustand und damit der eingestellte Digital· code optisch sichtbar und somit reproduzierbar ist, wird deren Digitalcode in Digital-Analog-Wandlern in einen Analogwert (Schwellwert) umgesetzt. Die Einstellung des optisch sichtbaren Digitalcodes erfolgt mittels einer Einstellhilfe 18, die über Anzeigeelemente (z. B. LED) 2a optisch darstellt, in welcher Weise der Digitalcode auf den Codierschaltern einzustellen ist. Ober den Eingang 14' gelangt das dem Serienkreisstrom proportionale Meßsignal auf eine Schaltung 17, in der festgestellt wird, welche der Helligkeitsstufen eingestellt ist und über diese an die Einstellhilfe 18 sowie den Schwellwerteinsteller 20. In der Einstellhilfe 18 wird aus der Information über die eingestellte Helligkeitsstufe und den Meßwert der Phasenverschiebung φ am Eingang 15' ein Signal gebildet, das die optischen Anzeigen ansteuert und somit erkennen läßt, welcher Code auf Codierschalter zu übertragen ist.

Die Auswertung der Meßsignale und die Verknüpfung der Werte der Einzelkreise zu einer Aussage über den Zustand der Befeuerung in der Gesamtanlage erfolgt mit Hilfe einer Anordnung nach F i g. 4.

Die Meßeinrichtungen für Lampenausfall und Doppelerdschluß 25a bis 25g entsprechen der in Fig.2 gestrichelt umrandeten Meßeinrichtung. In jedem Befeuerungskreis werden aus Strom und Spannung die Meßwerte für Strom, Spannung und Phasenverschiebung abgeleitet, so z. B. in einem Befeuerungskreis I durch die Meßeinrichtung 25a, in einem Befeuerungskreis II durch die Meßeinrichtung 25b usw. und als Meßwerte an eine zentrale Meßwerterfassungsanord- « nung 26 weitergegeben. Der Meßwerterfassungsanordnung 26 ist eine zentrale Auswerteschaltung 27 nachgeschaltet Im Anschluß an die Auswerteschaltung 27 werden die Meßwerte auf Auswerteeinheiten 28,28', 28" aufgeteilt, in denen die Verknüpfung der Meßwerte

ZU einer GeSäiTitäüSSägc cFiöigt UPiu VGIi ucTien uci

Überschreiten der durch die Einrichtungen 29, 29', 29" frei programmierbaren Anzeigeschwellen entsprechende Anzeige- und Meldeeinrichtungen 30, 30', 30" betätigt werden.

Ein beliebig gewähltes Beispiel soll dieses erläutern. Die Meßeinrichtungen 25a, 25b und 25c erfassen die Werte von drei Einzelkreisen, die in ihrer Funktion eine gemeinsame Befeuerungsanlage bilden. Ihre Meßwerte werden in der zentralen Meßwerterfassungsanordnung 26 erfaßt, in der zentralen Auswerteschaltung 27 ausgewertet und als zusammengehörender Meßwerteblock an die Auswerteeinheiten 28 weitergegeben, die die Einzelwerte zu einer Gesamtaussage verknüpft. Ergibt z. B. die Auswertung von Kreis 25a den Ausfall von fünf Lampen, Kreis 25b drei Lampen und Kreis 25c sechs Lampen, so sind in der betrachteten Anlage vierzehn Lampen ausgefallen. Dieser Wert wird mit dem vorgegebenen Schwellwert im Block 29 verglichen und führt bei Überschreiten der Schwelle zu der Meldung und Anzeige »System A χ % Lampenausfall«.

Die rechnergestützte Auswertung kann weiterhin einen Doppelerdschluß auf jeder der einstellbaren Helligkeitsstufen erkennen und anzeigen. Wie bereits erwähnt, gibt es in jedem Serienkreis einen Zusammenhang zwischen der Anzahl der durch Wendelbruch ausgefallenen Lampen, Meßwert der Phasenverschiebung φ und zugehöriger Serienkreisspannung. Abhängig vom Meßwert φ wird für jeden Serienkreis die Schwelle, deren Unterschreitung die Anzeige »Doppelerdschluß in Kreis« bewirkt, verschoben, wie es F i g. 5 schematisch darstellt.

Der obere Teil von F i g. 5 zeigt den Meßwert φ in Abhängigkeit von der Anzahl η der ausgefallenen Lampen. Das darunterliegende Diagramm zeigt die Änderung der Serienkreisspannung £/«Msbei fortschreitendem Lampenausfall, jedoch ohne Doppelerdschluß in dem Befeuerungskreis. Die gestrichelte Linie zeigt den Verlauf des Schwellwertes, dessen Unterschreiten die Anzeige auslöst Das Beispiel in F i g. 5 zeigt, daß die Auswertung der Meßspannung φ einen Ausfall von drei Feuern ergibt, so daß die zugehörige Serienkreisspannung den Wert U\ annehmen und der Schwellwert auf LZ₂ nachgeführt werden muß. Ist U\ < Ui liegt in dem betrachteten Kreis ein Doppelerdschluß vor.

Eine exakte Aussage, wieviele Feuer durch Doppelerdschluß ausgefallen sind, ist nicht möglich, da der Doppelerdschluß nur im Idealfall als Kurzschluß mehrere Feuer überbrückt In der Praxis stellt sich der Doppelerdschluß vielmehr als niederohmiger Nebenschluß zu einer Reihe von Feuern dar, so daß die hierdurch hervorgerufene Spannungsabsenkung der Serienkreisspannung (Urms) abhängig ist von dem Wert dieses »Nebenwiderstandes«. Die Anzeige »Doppelerdschluß« muß also in jedem Fall eine visuelle Kontrolle der Feuer des betroffenen Kreises zur Folge haben.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Erfassen und zur Auswertung des Ausfalls von durch Stromwandler gespeisten ohmschen Verbrauchern, bei der die Primärwicklungen der Stromwandler in einem Stromkreis in Reihe geschaltet sind und der Ausfall der in den Sekundärkreisen der Stromwandler liegenden Verbraucher durch Leerlauf, Kurzschluß oder Oberbrückung der Primärwicklungen verursacht wird und bei der in Reihe und parallel zu der Serienschaltung der Primärwicklungen der Stromwandler Meßwandler geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die von einem Spannungsmeßwandler (5) gelieferte und die an einer Bürde (7) eines Strommeßwandlers (6) abfallende Spannung je an einem Rechner (8,10) zur Ermittlung der Effektivwerte von Strom und Spannung und gleichzeitig an einer Filterschaltung (9) anstehen, in der der zeitliche Verlauf von Strom und Spannung miteinander verglichen und die Phasenverschiebung zwischen beiden Meßgrößen in eine der Verschiebung proportionale Spannung umgesetzt wird, daß die Ausgangssignale (14—16 bzw. 14'-16') der Rechner (8, 10) und der Filterschaltung (9) über Anpassungsglieder (11,12,13) mit einer Schalt- und Auswerteeinrichtung (17—22) verbunden sind, in der das Strommeßsignal (14 bis 14') über eine Schaltung (17) zur Erkennung der eingestellten Helligkeitsstufe an eine Einstellhilfe (18) und einen Schwellwerteinsteller (20) geleitet wird und in der das Phasenverschiebungsmeßsignal (15 bzw. 15') und das Spannungsmeßsignal (16 bzw. 16') an je einen Vergleicher (21, 22) angeschlossen sind, und daß bei Über- oder Unterschreiten der über einen Codierschalter (19) und den Schwellwerteinsteller (20) vorgegebenen Schwellwerte durch die beiden Meßsignale Meldesignale (23, 24) zur Beurteilung der ohmschen Verbraucher erzeugt werden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die über die Anpassungsglieder (11 — 13) ausgegebenen Meßsignale an eine Einrichtung zur zentralen Datenerfassung und Datenauswertung (26—30) geführt sind, die die aktuellen Meßsignale aus den aus mehreren ohmschen Verbrauchern gebildeten Einzelkreisen (25a-25g) mit für jeden Einzelkreis in einer Meßwerterfassungsanordnung (26) gespeicherten Daten vergleicht, in einer zentralen Auswerteschaltung (27) aus den Abweichungen eine Bewertung des Einzelkreises erstellt und in nachgeschalteten Auswerteeinheiten (28) durch Verknüpfung der Bewertungen der Einzelkreise zu einer Aussage über die Gesamtanlage verbindet, und daß bei einer Überoder Unterschreitung von frei programmierbaren Schaltschwellen (29) eine Anzeige- und Meldeeinrichtung (30) betätigt wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine analoge Schaltschwelle im Schwellwerteinsteller (20) mittels eines durch Codierschalter (19) optisch sichtbaren Digitalcodes vorgegeben wird, wobei dieser über Digital/Analog-Wandler in ein Analogsignal umgesetzt wird, und die Einstellung des Codierschalters (19) durch eine Einstellhilfe (18) erfolgt.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellhilfe (18) optische Anzeigeelemente (LED) enthält und in Abhängigkeit von analogen Meßsignalen (I, φ) und einer analogen Korrekturspannung aus der Einrichtung (17) ein digitales Ansteuerungssignal bildet, so daß aus der Zuordnung von Anzeigeeletnenten (LED) und Codierschaltern (19) zu ersehen ist, wie die Schaltelemente der Codierschalter (19) zu betätigen sind.