Adaptierter Hochspannungs-Messumformer P45000 als Isolations-Barriere

An Stromabnehmersystemen bestimmter Lokomotiven-Baureihen überprüfen Näherungssensoren die korrekte Positionierung des Kontaktschuhs. Dabei kann es unter widrigen Umständen zu einem Kontakt der Sensoren mit der Fahrstromleitung kommen. Da es in solchen Fällen außer der Zerstörung der Näherungssensoren auch zu einer Durchleitung der Fahrspannung an die Fahrzeugsteuerung kommen kann, muss das Sensor-Signal von den Auswerteeinheiten galvanisch getrennt werden.

Eisenbahnschienen mit besonderem Augenmerk auf der Stromschiene und dem Hinweisschild "Hochspannung, Lebensgefahr".

Keyfacts Applikation

Sektor

Bahn | Schienenfahrzeuge

Applikation

Galvanische Trennung eines Sensorsignals auf einem Potential von 750 V

Messparameter

24 V-Signale zur Übermittlung der Abnehmerposition (Galvanische Isolation von 24 V-Schaltsignalen gegen 750 V DC)

Hauptanforderungen

Sichere Isolation der Sensorverbindung zur Fahrzeugsteuerung durch System-Nachrüstung

Grafische Darstellung der Anwendung von Knick mit einem modifizierten Hochspannungsmessumformer P45000 zum Schutz des Personals und Fahrzeugsteuerung.

Applikationsbeschreibung

Bei einer Dual-Mode-Lokomotive mit Abnehmersystemen für Stromschienen werden die Schleifschuhe unterhalb der Stromschienen positioniert und zur Kontaktierung pneumatisch an deren Unterseite gepresst. Eine Induktiver Näherungsschalter (24 V) überwacht die vertikale Schleifschuhposition und übermitteln die abgesenkte oder angehobene Lage über ein Koppelrelais an die Fahrzeugsteuerung.

Anforderung der Applikation

Aufgrund der Position ist ein Kontakt des Näherungssensors mit der Stromschiene nicht auszuschließen. Um Gefahren für das Lokomotiv-Personal und Schäden an der Zugsteuerung zu vermeiden, muss das Sensorsignal galvanisch getrennt werden.

Warum Knick ?
Für die abgesicherte Übertragung der 24 V-Schaltsignale auf das Koppelrelais wurde ein Hochspannungsmessumfomer der Serie P45000 mit Basisisolation bis 4800 V DC für eine Signal-Übertragung mit Schaltverhalten angepasst.

Anwendungsspezifisch angepasste P45000 dienen in Dual-Mode-Lokomotiven als Isolationsbarriere zwischen Steuerung und Stromabnehmersystem

In Eisenbahnnetzen, die nur teilweise elektrifiziert sind oder verschiedene Bahnstromsysteme verwenden, ermöglichen Mehrsystem- oder Zweikraft-Fahrzeuge eine durchgängige Streckenabdeckung ohne Traktionswechsel. Während Mehrsystemfahrzeuge ihren Fahrstrom aus verschiedenen Bahnstromsystemen beziehen können, verfügen Zweikraftfahrzeuge über einen bimodalen Antrieb, der wahlweise von dieselelektrischen Aggregaten oder über Fahrleitungen gespeist wird. Eine Sonderform stellen Dual-Mode-Lokomotiven dar, die neben einem dieselelektrisch angetriebenen Generator über ein Kontaktsystem für seitlich zur Trasse verlaufende Stromschienen verfügen.

Vermeidung folgenschwerer Kontakte von Sensor und Stromschiene

Die Abnehmersysteme dieser Loks positionieren die Schleifschuhe unterhalb der Stromschienen und pressen sie zur Kontaktierung pneumatisch an deren Unterseite. Induktive Näherungsschalter (24 V) überwachen die vertikale Schleifschuhposition und übermitteln die abgesenkte oder angehobene Lage über ein Koppelrelais an die Fahrzeugsteuerung. Da sich die Näherungsschalter in unmittelbarer Nähe zu den Stromschienen mit Spannungen von 750 V DC befinden, lässt sich – unter widrigen Umständen oder bei mechanischen Defekten – ein direkter Kontakt nicht ausschließen. Ohne eine Isolationsbarriere käme es im Fall eines Kurzschlusses nicht nur zur Zerstörung des Näherungsschalters, sondern mit hoher Wahrscheinlichkeit auch des Koppelrelais sowie der nachgeschalteten Steuerung. Um das Schadensrisiko auf den Näherungsschalter zu begrenzen, suchte ein Hersteller nach einer einfach und platzsparend integrierbaren Lösung zum Schutz der nachgelagerten Elektronik. Mit einem spezifisch angepassten P45000 Hochspannungsmessumformer konnte Knick die passende Lösung liefern.

Die Lösung

Die Hochspannungsmessumformer der Serie P45000 sind nach EN 50155 für den Einsatz auf Schienenfahrzeugen zertifiziert und für die Messung von Spannungen zwischen 500 V und 4500 V ausgelegt. In der vorliegenden Anwendung werden die Messumformer jedoch ausschließlich zur galvanischen Trennung potenziell zerstörerischer Spannungen zwischen den Näherungsschalter und das Koppelrelais geschaltet. Für die abgesicherte Übertragung der 24 V-Schaltsignale auf das Koppelrelais wählte Knick eine P45000-Ausführung mit einem Eingangsmessbereich für ±500 V und passte das Standard-Übertragungsverhalten von ±500 V/±50 mA auf eine Signal-Übertragung mit Schaltverhalten an. Zusätzlich ersetzte Knick auf Kundenwunsch die serienmäßig integrierte bipolare 15/24 V- Spannungsversorgung des P45000 durch eine unipolare 24 V-Versorgung. Die Lösung hat sich bestens bewährt. Durch die hohe Basisisolation bis 4800 V DC, die Prüfspannungsfestigkeit von 10 kV und die verstärkte Isolation bis zu 2300 V DC zwischen Ein-, Ausgängen und Hilfsenergie bieten die Hochspannungsmessumfomer in dieser Applikation maximalen Schutz von Personen und Steuerung. Zudem erfüllten die Hochspannungsmessumformer durch ihre schmale Bauform mit einer Gehäusebreite von nur 28 mm eine wichtiges Kundenkriterium für die platzsparende Systemintegration.

Zugehörige Produkte

P45000 Hochspannungs-Trennverstärker / Messumformer | SIL2 / SIL3 funktionale Sicherheit

Produktnummer:

P45000

Zugehörige Industrien und Anwendungen

Bahnindustrie

Elektrische Messungen in DC-Bahnstromunterwerken und auf Schienenfahrzeugen; Umwandlung und Vervielfältigung von Drehzahlsignalen in der Bahnindustrie

Hochspannungs- und Strommessung auf Schienenfahrzeugen

Knick bietet hochisolierende Messumformer für Spannungs- und Strommessungen an. Der P45000 ist der platzsparendste Hochspannungsmessumformer mit SIL 2 für die Gleichspannungsmessung an Bord aller gleich- und wechselstrombetriebenen Züge.

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