Mäta förimpedans på kontaktledning

[marvin]

Jag är anställd på ett bolag i en större stad i Sverige som har hand om driften av ett utbrett spårvägsnät

Hoppas det är ok att prata jobb här!

Spårvagnar drivs av 750 V DC som matas ut av ett gäng likriktarstationer runt i stan.

Jag funderade på om man skulle kunna göra något liknande som en installationsprovare för att mäta förimpedans.
Om jag inte missförstått något så lägger de på en ström (ca 20-30 A) under en halvperiod och ser vilket spänningsfall det leder till, räknar från det fram kortslutningsström och förimpedans.

Min idé är att ta en eller flera IGBT som klarar 1.2 kV för att dra en tillräckligt stor ström i säg 20 ms.
Bygga en vettig spänningsdelare (eller köpa) samt mäta den faktiska strömmen (te.x. med ett "LEM-don").
Tyvärr vet jag inte storleksordningen på förimpedans men en gissning skulle vara runt 150 mohm. Upplösningen får gärna vara minst 10 mohm, vilket ställer en del krav på ström- och spänningsmätning.
Jag behöver något bra att dumpa energin i, har tittat lite på effektmostånd, men de vill vanligen inte ha mer än 5-10 ggr märkeffekten dumpade i sig.
Har hittat några motstånd med datablad som anger hur mycket energi de kan ta emot, typ http://www.vishay.com/docs/32501/c38t-c42t-c52t.pdf.
Dock blir det en ganska klumpig (och förmodligen dyr lösning).
Jag misstänker att man kommer behöva 100 A för att få en trovärdig mätning, det blir 75 kW, för 20 ms blir det 1,5 kJ.
Har tänkt samla data med en uC och tillkopplad ADC eller någon färdig DAC typ http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/sv/nid/201987

Fråga 1: Har någon sett ett instrument som är färdigt och kan göra detta? Skulle vara ett bra alternativ för mig.
Fråga 2: Om man bygger själv enligt mina funderingar ovan, är det realiserbart? Stämmer tankegångarna?
Fråga 3: Har någon ett bättre förslag till att dumpa värme i? Kan man bygga något själv?

[rikkitikkitavi]

Dumpa i en kondensator.
För övrigt borde ju mycket av dina 1,5 kJ/75 kW hamna i rälen/kontaktlednign. Eller i dina switchar (ca 2V av 750V)
Hur kontakterar du?

Du skriver att man samplar en halvperiod av en pålagd ström, är det då växelspänningsmatning? Då måste du ju skilja av matningen?

Eller är denna provare helt galvaniskt skiljd från allt?

Vad drar en spårvagn? Måste vara 500 hästar eller ca 300 kW om jag minns rätt.
DEt skulle ge ca 50-60V spänningsfall på 150 mohm, eller 10% . Låter mycket.

[marvin]

Hur menar du dumpa i kondensator? Bara koppla in en kondensator på kontaktledningen? Lär sjunga till ordentligt
Målet är en lagom stor ström under en lagom lång tid för att kunna mäta spänningsfallet från likriktare (eller till och med transformator) till mätpunkt.

Har inte kommit så långt i tankarna som kontakter än.
Tanken var en magnet på rälen och en "krok" på kontaktledningen.
Man använder en jordstång när man stänger av spår för arbete, hade tänkt en sådan fast jag klipper sladden och kopplar in min mätning där!
Misstänker man stort spänningsfall i kontaktytan så får jag väl offra två jordstänger och göra en 4-trådmätning.
2 V kan jag nog hantera, det är övriga 748 V som är jobbiga.

Jag refererar till en installationstestare typ Metrels Eurotester eller flukes 1650B.
Principen visas i http://www.toleka.se/WebDoc/Lev-Manuale ... st-bok.pdf
Titta på figur 57, sidan 62.

Du har en mycket god poäng, låter som lite väl högt spänningsfall.
Strömmatning är inte min primära syssla, så jag ber om ursäkt att jag inte är bättre påläst.
Enligt svenska spårvägssällskapet så slukar både M32 (Gbg) och A34 (Sthml) över 400 kW.
Men minska ner till 100 mOhm så kanske vi är närmare sanningen (är ju detta jag vill ta reda på).

Tack för svar, hoppas det klarnar lite vad jag vill.

[TomasL]

Går det inte att mäta i spårvagnen under drift, typ.

[marvin]

Jag har tänkt den tanken också.
Det är helt klart värt att ha som plan B.
Dock är det inte så lätt att komma till som man hade önskat, det är nästan en väska på taket med mätutrustning som gäller.
Gäller dessutom att det inte är någon annan vagn i närheten som får för sig att börja bromsa (återmata), för då är inte spänningen vacker längre!
Sedan kommer problemet att strömmen kan vara ganska hoppig.

Rent praktiskt är det mycket enklare att kunna stå på backen, hänga upp en krok och ta ett värde.
Kommer det en vagn i trafik är det bara att hänga av kroken och ställa sig lite åt sidan, mäter man på en vagn måste man köra iväg.
Jag tror att det är en fördel om sektionen är fri ifrån andra vagnar, de stökar en del rent elektriskt.

Eurotestern är otroligt smidig, bara att plugga in och trycka på en knapp. Tre sekunder senare så är värdet på skärmen.
Hade varit toppen att ha något liknande för kontaktledning.

[MiaM]

Förvisso är det väl uppdelat så att trafikkontoret ordnar med infran medan spårvägsbolaget vagnarna, men det är kanske inte så vattentäta skott.

Bland reservdelar till spårvagnar har du redan det du behöver. Effektmotstånd, kallas bromsmotstånd, som en hygglig stund klarar en spårvagns effekt, och kontaktorer som klarar att switcha det.

Med tanke på hur induktivt det blir med frihängande enkelledare flera meter upp i luften så lär det inte duga att mäta några millisekunder om du vill mäta "ute på stan" och inte bara direkt vid likriktarstationerna. Därmed verkar det mer meningsfullt att mäta under längre tid (någon sekund eller mer) och med måttligare ström.

Tänk på all eventuell byråkrati för sånthär. En ljusbåge med 750V DC slocknar inte direkt så lätt som vid 230V AC

[TomasL]

Min tanke var att man kan montera loggningsutrustning på ett fordon, och logga det hela under någon vecka, typ.

[gkar]

Om du mäter snabbt, får man tänka på att du börjar mäta Z, istället för R. Men det kanske är det du vill?
Om så måste du definiera vid vilken frekvens du mäta Z.

Är det inte bättre att mäta impedansen med lägre ström under längre tid, tex 100ms-1s på, 10s av.
Strömmen eller antal mätpulser anpassar du för att få tillräcklig SNR.
Då får du lägre effekter att ta hand om, men mätningen tar lite längre tid.

[marvin]

MiaM: Det fungerar mer eller mindre så, det är absolut inga vattentäta skott. Men det skulle vara klart smidigare att slippa blanda in vagnar i ekvationen. Skall nog ta mig en funderare på induktansen. Sektionerna är inte så jättelånga, men någon km kan det bli.
Hittar inte min formelsamling nu, men hittade en online http://www.eeweb.com/toolbox/wire-over- ... nductance/
Den ger nog ett hyffsat närmevärde, får runt 1.5 uH/m, vilket känns väldigt rimligt. Gjorde en modell i LTSpice, matade in ett ungefärligt värde på induktans och resistans för 1 km ledning. Satte en last på 75 ohm och en switch som slog till efter några ms, det gav en stigtid (10-90%) på ~15 us.
Är ju med all säkerhet lite sämre i verkligheten, induktans i transformatorn (och rälsen) med. Men det kan helt klart vara en bra idé att öka tiden. Bromsmotstånd ifrån en vagn är ju en strålande idé! Hur kan jag missat att tänka på det? Borde gå bra att låna för ett test.
Då finns ju faktiskt möjlighet att mäta några sekunder, då borde man kunna se hur lång tid det tar för värdena att stabilisera sig.
Jag har också funderat på risken för ljusbågar, givetvis skall jag säkra av med smältsäkringar. Det finns tyvärr viss risk för överslag ändå, skall prata mer med folk som har vana av 750 V. DC har helt klart sina nackdelar. Men jag tror inte 10 A skall vara så svårt att bryta.

TomasL: Jag har faktiskt gjort en sådan mätning. Dock på en tyristor-"switchad" vagn. Det är svårt att få vettiga mätdata då spänningen hoppar och far så väldigt. Annars är det svårt att komma åt bra ställen att mäta. Allt är ju möjligt, men alternativ metod är önskvärd. Fördelen med ditt sätt är att man kan hitta svaga punkter som man inte tänkt på. Kanske skulle fundera på att använda en museivagn, största risken är nog att man får mer hjälp än man önskar

gkar: Är inte intresserad av Z. Möjligen kan L vara intressant för att kolla hur en kortslutning beter sig för reläskydden. Får kolla upp detta, men mig veterligen är det inte ett problem. Göra flera mätningar har jag tänkt mig, dels för att hålla koll på att värdena inte spretar för mycket (tyder på stor osäkerhet) men även för att minska osäkerheten genom medelvärdesbildning.

Anledningen till att jag inte vill mäta under längre tid än nödvändigt är dels att jag vill hålla nere storleken på mätutrustningen. Kanske är dumt att fokusera för mycket på det. Bättre att låta allt ligga på en släpkärra för test och fundera senare på om det går att krympa det.
Men dels är det även att det är troligare att systemet är statiskt (tillräckligt) under en kort tidsrymd, låter man det ta lång tid så är det större risk att något påverkar, spänningsfluktrationer på mellanspänningsnätet eller en vagn som dyker upp och sabbar allt. Men jag kanske gör en höna av en fjäder?

Tack för er input, den värdesätts!
Börjar bli riktigt sugen på att testa konceptet!

[MiaM]

Släpkärra är säkert smidigast på många sätt, men det vore väl inte fel att bygga en utrustning som kan placeras på takräcke på flertalet olika fordon? Utan att veta hur det faktiskt ser ut så antar jag att det blir smidigare att ta sig fram både här och var om man slipper backa med släp. Man ska ju dessutom inte glömma att det är människor som använder sånthär och det kan nog ligga stolthet i att inte våga erkänna att man inte är så bra på att backa med släp, och så backar man på nåt skit.

Bromsmotstånden lär väl dra rätt många kW som värst. Vet inte vilka olika värden det går att få i olika konfigurationer.

Visst är det en fördel att slippa blanda in vagnar, men å andra sidan så har ju åtminstone M31 en ganska separat krets som "bromsar" kontaktledningen när den uppnått en viss spänning. I princip skulle du kunna mäta förimpedansen genom att tillfälligt påverka börvärdet för denna "bromsning" och mäta på resultatet.

(M31 är ju lite speciell i form av att ha denna funktion separerad från den återmatande bromsningen. Tydligen så sker all bromsning genom återmatning till kontaktledningen och sedan bränns olika mycket effekt i bromsmotstånden beroende på hur hög spänning kontaktledningen har. Det är därför man hör switchelektroniken till bromsmotstånden arbeta även på en stillastående M31 om en annan M31 bromsar kraftigt strax invid.)

(M32 är väl dels kanske inte alls konstruerad på det viset men framförallt så är det ju en vagntyp som det varit en massa ståhej kring och kanske någon form av garanti och elände med, så det är väl säkert politiskt omöjligt att "mixtra" med en sådan).

Jag tror för övrigt att det på GS finns nån anställd som började sin karriär med att göra ett chalmers-exjobb om kretsen kring bromsmotstånden o.s.v. på M31. Kalibreringsrutinen var tydligen felaktig varpå spänningen i kontaktledningen var för hög när vagnarna bromsade återmatande. (Det här hänger väl dessutom ihop med en del av problemen i början med M32, vagnarna tyckte väl illa om de uppemot 900V som M31 lär ha skickat ut på ledningen. M31 själva överlevde sig själva så att säga, och de gamla M28/M29 verkar tåla det trots att de är byggda då spänningen var 600V. Kompressorn går ju till exempel antagligen hårdare när den kör men kör å andra sidan kortare tider för att bygga upp samma luftmängd och liknande. Det var väl slitstarkare grejer förr o.s.v.).

Kolla om du kan ta reda på överblivna reservdelar till M31 som blir över nu när traktionselektroniken byts (eller bytts, osäker på om det är klart. Det har väl varit ett par vagnar i taget nere i Tjeckien för ombyggnad under ett bra tag). Jag vet inte om det blir något över, det kanske är samma tyristorer som i styrningen av bromsmotstånden som vad jag förstått däremot blir kvar som den är, och då vill vagnfolket nog ha kvar reservdelarna. Fast det är kanske ändå bättre att köra med något modernt, det är ju lite krångligt att bygga med thyristorer för DC och ha hjälpthyristor med kondensator som tar strömmen länge nog för att ordinarie thyristor ska släppa o.s.v....

OBS, allt detta är fritt ur huvudet av vad jag läst i olika tågmuppforum. Jag kan minnas fel och de som skrev det jag minns kan ha skrivit fel.

[GFEF]

>Jag behöver något bra att dumpa energin i, har tittat lite på effektmostånd,

Elvärme element för luftvärmare och en kylfläk ?

2 eller 3 seriekopplade 400[V] element borde klara 750[V] säkert.

Har sett en provutrustning för reservkrafts generatorer den störst el-luftvärmare någonsin sett......
Monterad på tvären släpkärra bil med styr och mät skåpen framför.

[marvin]

Tänkte nog mer släpkärra i storlek under utveckling. Så får man ta senare beslut på huruvida möjligheten finns att krympa ner det till väska. Jag klarar backa tillräckligt bra för lite mätningar, men det finns flakbil annars
Är det Filip och Karl-Magnus Exjobb du menar?
http://publications.lib.chalmers.se/rec ... /64465.pdf
Skall läsa igenom det igen, men 0,76 Ohm lät lite lågt för mig, men det kanske är parallelkopplade på något sinnrikt sätt.
Ingen av dem jobbar kvar på företaget, men jag umgås med minst en av dem på fritiden, så skall passa och klämma honom på lite info!
M31s bromschopper är rätt stökig, i min lilla bubbla bland de rosa molnen så vill jag ha en ren likspänning, sedan lägga på en last och mäta spänningsskillnad. Skall man blanda in AC så måste man ta mycket mer hänsyn till de reaktiva komponenterna. Jag misstänker att det kan bli en ganska jobbig huvudvärk.
Lite imponerande att du tar så mycket info fritt ur huvudet (eller skrämmande, välj själv), såg inga direkta fel. Jobbar inte direkt med vagnar, men vad jag snappat upp stämmer bra med vad du skriver.

GFEF: Vart hittar man sådana? Jag var inne på likande tankar, tänkte dock "doppvärmare". Men skulle vilja ha något smidigare. Funderade på om man kan köpa kanthaltråd (eller liknande) och böja till. Då borde man kunna räkna lite på hur mycket energi man bränner i tråden och bestämma sig för hur varm den får lov att bli. Resten är ren matte

[säter]

Vad är avsikten med hela mätningen?

[GFEF]

Vart hittar man sådana?

En sökning på "värme spiraler industriugnar"

Flera tillverkar som erbjuder färdiga värme spiraler.

http://sarlin.se/wp-content/uploads/201 ... lement.pdf

http://www.kerfa.com/fileadmin/kerfa/re ... e_Rev1.pdf

Flera förslag:

https://www.google.se/search?client=ope ... are+trefas

Om båda ändarna på värmespiralen är åtkomliga borde en 3-fas värmare att koppla om till 3 seriekopplade spiraler.

[marvin]

Avsikten är förutom en intressant idé att få bättre koll på anläggningen, verifiera beräkningar. Kontrollera att kortslutningsströmen blir tillräckligt hög och att inte vagnarna "stänger ned" på grund av för låg spänning när de gasar på.

Bra idé med industriella värmeelement. Hänger på hur länge man behöver mäta, men kan nog vara bra företag att ringa och prata med om inte annat. Tack för hjälpen.

Fick lite tråkiga nyheter idag, blir lite andra arbetsuppgifter några månader framåt. Det lär dröja innan jag får någon möjlighet att testa konceptet.
Men man kan ju alltid fundera på fritiden (-: