CN101432162B - 用于为有轨车辆接受和传输电能的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将电能从集电器(P)接受和传输到至少一个设置在牵引有轨车辆或牵引有轨车辆列车的内部(3)中的能量转换器的装置(1)，所述能量转换器是牵引电动机、变压器、电气的空气压缩机、电气的空调设备等，所述装置至少包含电压互感器(UW)、总开关(HS)、总开关控制器(HS-St)、能量计(EZ)和电流互感器(IW)。根据本发明，电压互感器(UW)、总开关(HS)、总开关控制器(HS-St)、能量计(EZ)和电流互感器(IW)通过集成在共同外壳(20)中或通过将它们的外壳相互法兰连接或者通过将至少一些元件集成在共同外壳(20)中并将其他元件法兰连接在该共同外壳(20)上而被组合成可预加工的构件或可预加工的模块(18)，其中公共外壳在可能的情况下与车顶部件(22)结合。

Description

用于为有轨车辆接受和传输电能的装置
技术领域
本发明涉及一种用于将电能从集电器接受(Aufnahme)并传输到至少一个设置在动力有轨车辆(Triebschienenfahrzeug)或动力有轨车辆列车(Triebschienenfahrzeugzug)内部的能量转换器(Energiewandler)的装置，其中该装置至少包含电压互感器、总开关(Hauptschalter)、总开关控制器(Hauptschaltersteuerung)、能量计和电流互感器。
背景技术
对于以直流或交流对电力机车和电力机车列车供电，两极的连接(Anschluss)是必需的。相对于地有电压的绝缘的滑接线构成其中一个连接电极，不绝缘的行驶道轨构成另一个连接电极。通常，滑接线被构造为轨道上方悬挂的架空线。对于很多近距离交通的铁道，出于场地的原因，滑接线不被构造为架空线，而是被构造为设置在轨道旁边的接触轨线(Stromschienenleitung)。集电器然后建立从扫掠的架空线到机车的电气连接。到轨道的回线通过机车的车轮实现。
为了为诸如变流器和牵引电动机这样的设置在内部的电气能量转换器接受、传输和提供电能，电气驱动的有轨车辆配备有各种电气元件和电机元件。这些元件确保以下功能：
●到架空线或接触轨(Stromschiene)的接触，例如通过具有相应控制设备的滑动触头、缩放仪式的集流器(Pantographen)、集电器，控制设备例如是阀(Ventile)、辅助压缩机单元、电机操纵装置，
●电能的断开和接通，例如通过具有相应控制和操纵设备的电压切断开关或转换开关、总开关、接地隔离开关，
●过电压保护，例如通过浪涌电压保护器，
●具有相应绝缘的电能的传导和接转，例如通过线路、车顶通道(Dachdurchfuehrung)、隔离体(Isolator)，
●电压、电流和电能的转换和测量，在可能的情况下还有温度和磁场的转换和测量，例如通过电压互感器、电流互感器和能量计。
现在，对于每一个有轨车辆，上述单元被分别购买，并且特定于项目地被组合起来。为此，用于将有轨车辆的能量转换器与滑接线相连接的单元通过单独安装(Einzelmontage)和电路连接(Verschaltung)而被安装在车顶上或其他合适的安装空间上。为此的花费相应很高。
而本发明要解决的问题是进一步改进如前所述类型的装置，使得它可以被更经济地生产、更简单地安装并且具有更高的操作安全性。
本发明的优点
本发明基于以下观点，即具有相应总开关控制设备的总开关的功能与电流测量和电压测量以及能量计一起被集成在一个模块或一个构件中。
为此，电压互感器、总开关、总开关控制器、能量计和电流互感器通过集成在公共外壳中、通过相互法兰连接(Aneinanderflaschen)或者通过将这些单元中至少一些单元集成在公共外壳中并在可能与车顶部件在一起的公共外壳处法兰连接其余单元而被组合为可预加工的构件或可预加工的模块。
对于很多类型的机车列车，所述的单元基本上以相同的构造形式和结构尺寸出现，使得它们的组合产生标准化的、可通用使用的模块。
因此，根据本发明，为了减少有轨车辆的用于连接能量转换器和滑接线的部件的数目，大量功能被集成在一个构件中。由此产生了例如以下优点：
·通过减少构件或模块上的部件和接口而实现更低的项目成本，
·更容易安装在机车列车上，因为只需要安装预加工的模块，而不必将多个部件相互电路连接，
·具有对于多种类型的机车列车标准化的接口的构件的可标准化性，
·对于多系统应用，多个构件的组合可能性，
·构件或模块可在生产车间中预测试，而不是在安装在机车列车的车厢(Kasten)上、尤其是在车顶上之后检查各个部件。
也要指出的是，在制造生产商、而不是像一直以来那样在多个配件供应商存在对构件的高效能和可靠性的责任，这从机车列车生产商的方面来说简化了故障情况的清算。总体而言，产生高的节省成本的潜力。
一个主要的优点还在于，电流互感器和总开关被安置在同一模块中，其中通过该电流互感器进行电流检测，该总开关在其中需要其保护功能的短路情况下通过电流测量而被控制。由于总开关和电流互感器的由此预安装的并且“内部“的电路连接，这两个单元的功能兼容性可以在将模块安装在机车列车上以及在工作之前得到确保以及被诊断，这有利地提高了这个安全相关的单元的故障安全性。
也要指出的是，可以在模块或构件内进行各个单元的输入量和/或输出量的合理性检查，例如在例如由该模块集成在其中的控制器执行的诊断例程内。这样的合理性检查尤其涉及模块内安全相关的电流测量和电压测量。因此，通过所述措施，提高了装置的功能可靠性和故障安全性。
根据本发明的模块可以被应用于所有的有轨车辆的机车列车种类中，尤其是对于远距离交通和区域交通中的动力列车、机车，其中它们可以由交流电压或直流电压馈电，优选通过交流电压。
附图说明
以下，本发明的实施例在附图中被表现，并且在后面的描述中更仔细的说明。在附图中，
图1示出了按照本发明一个优选实施形式的用于将电能从滑接线接受和传输到至少一个设置在动力有轨车辆或动力有轨车辆列车内部的能量转换器的装置的电路图。
图2示出了根据本发明的另一实施形式的示意性图示
具体实施方式
在图1中以电路图示出的装置1用于将电能从与滑接线2接触的集电器P接受和传输到至少一个设置在动力有轨车辆或动力有轨车辆列车的车厢(Kasten)4的内部3中的未显示的能量转换器。机车列车优选地是以交流驱动的机车列车，其中通过在这里被构造为架空线2的滑接线而向该机车列车馈送50Hz的25kV或16.7Hz的15kV的电压。装置1被固定在机车列车的车厢4上，优选在它的车顶6上。
从滑接线2到动力列车的车厢4的内部3的电流流动方向上看，装置1包括由以下基本构件组成的集电器或缩放仪式的集流器P：机架、铰剪(Schere)、拖杆(Wippe)和驱动装置。出于比例原因，缩放仪式的集流器P在图中被简化地表达，因此，这些组成单元在那里没有逐个地显示。机架构成缩放仪式的集流器P的支撑结构，其中缩放仪式的集流器P借助于隔离体而通常被固定在机车列车的车顶6上。整个结构在提升状态是拉紧的。在拖杆上有珩磨条(Schleifleisten)，其中珩磨条根据国家规定而可以具有附加有端角(Endhoernern)的不同宽度，并且根据电压种类还可以由不同材料(炭，铜，铝，钢)制造。缩放仪式的集流器P的抬起以及压紧力(Anspressdruck)通常通过机架中的升程弹簧(Hubfedern)实现。通过由相应电磁阀操纵的压缩空气缸实现下降。为了压缩空气缸的压缩空气供给，设置辅助压缩机设备HK，它由辅助能源供给、例如电池来供能。另外，可以在拖杆中集成带有自动下降设备的珩磨条监控装置(Schleifleistenueberwachung)(检测供应以压缩空气的管道中的压力降)。为了能以高于设计速度的速度移动现有路线，还使用主动调节的缩放仪式的集流器P。
在电流方向上，在缩放仪式的集流器P后面设置切断开关缩放仪式的集流器FSP，它是具有气动操纵的单极装置，该单极装置通常被设置在机车列车的车顶6上，并在不同实施形式中作为断路器(Unterbrechungsschalter)和作为断路接地开关(Unterbrechungs-und Erdungsschalter)，其中断路器切断高压车顶线路(Hochspannungsdachleitung)，断路接地开关将高压车顶线路切断和接地。切断开关缩放仪式的集流器FSP被切断开关缩放仪式的集流器控制器FSP-St控制。
在切断开关缩放仪式的集流器FSP之后，在电压互感器UW处发生到高压区域8和低压区域10中的分接，其中高压区域和低压区域在图中通过点划线相互分开。特别是对于交流驱动的机车列车，使用电压互感器UW，以便将滑接线的50Hz下25kV或者16.7Hz下15kV的高电压降低到相应更低的测量或控制电压Umess，以通过能量转换器进一步处理或者用于操纵台中的测量仪器。除了显示电压水平之外，在电压互感器UW中附加产生的用于电压U的测量信号Umess还用作为保护装置的输入信号(过电压和欠电压切断，闭锁等等)。另外，对于设置在后面的能量计EZ，也需要测量的电压Umess。
在高压区域8，连接在电压互感器UW后的总开关HS用于在负载情况下或者在保护和安全装置激活时接通机车列车的能量供应。在故障情况下，总开关将整个电气设备与电网(Netz)分开，例如在短路时或者在车辆的加载和卸载时，以及在其中设备必须与电网分开的所有其他情况下。作为单极的、不加油并且电气远程控制的高压功率开关，总开关必须能够将机车列车的变压器置于电压下并且在全负载下将它断开。在这里所讨论的机车列车的交流供电情况下，总开关是通过压缩气体操纵的高压快速开关或者通过真空开关管构成，其中真空开关管必须能够在故障情况下尽可能在第一个过零点之后已经切断短路电流。总开关HS由设置在低压区域10中的总开关控制器HS-St控制。
与总开关HS并联连接接地隔离开关ET，接地隔离开关使得可以同时将连接在其一侧的电气回路和连接在其另一侧的电气回路接地。接地隔离开关在这里例如被构造为双极装置，并且其操纵是机械地通过联锁杠杆而与其他安全装置耦接。接地隔离开关ET由接地隔离开关控制器ET-ST来操纵。
在低压区域10中，电压互感器UW后面连接经校准且通过认证的能量计EZ，其中能量计借助于由电压互感器UW所测量的电压和由电流互感器IW所测量的电流来确定所消耗的电能。能量计尤其被用于结算目的，这对于轨道线路和车辆运营者归属不同公司的情况尤为重要。
能量计EZ被构造成使得所有常见的电流互感器、电压互感器/变压器都可以连到到它的接口上。另外，交流和直流测量变送器(Messwandler)可以被同时连接(多系统能力)。所接受的以及反馈的能量的值与时间和事件一起被存储在负载存储器中，其中事件例如是电网转换(Netzwechsel)、列车编号等等。可选地，可以使用调制解调器进行数据传输。
架空线电流测量(Oberstrommessung)通过电流互感器IW完成，其中电流互感器IW连接在高压区域8和低压区域10之间。它用于测量从架空线2馈送的电流。所测量的信号一方面用于监视可能触发总开关的过电流和短路电流。另一方面，能量计也需要该电流测量。对于直流电流和交流电流的测量，应用不同的测量原理，使得为此需要不同的互感器种类。
借助于用于控制信号的接口V-St，通过以下方式，低压区域10与设置在机车列车的内部3中的控制设备和/或其他电气设备连接，该方式是：相应的电缆线路(Verkabelung)12通过车顶开口(Dachdurchlass)14引导。接口V-St优选通过插塞连接构成。
另外，高压车顶通道(Hochspannungsdachdurchfuehrung)HDD，例如是动力车辆的车顶6中绝缘的通路开口16形式的高压车顶通道负责使得高压区域8可以与车厢4的内部3中的能量转换器电气连接。
切断开关缩放仪式的集流器控制器FSP-St、总开关控制器HS-St和接地隔离开关控制器ET-St可以被电气机械式、气动式或者液压式操纵。
电压互感器UW、总开关HS、总开关控制器HS-St、能量计EZ和电流互感器IW被组合为可预加工的构件或可预加工的模块18。
这个组合是通过将上述元件空间靠近地设置在模块18中或构件中来实现的。为此，各个元件可以：
通过将其外壳相互法兰连接，
通过集成到共同外壳中，
通过将至少一些元件集成在共同外壳中，并将剩余的元件法兰连接在共同外壳上
而被组合为构件或模块。优选地，所述元件按照图1所示的实施方式全部被安置在公共外壳20中，其中公共外壳的轮廓在图示1中以虚线表示。
在如图2所示的实施例子中，与如前所述的例子相比，保持相同并且作用相同的部件以相同的附图标记标识。
在图2所示的实施形式中，机车列车的车顶部件22被集成在模块18中，并且尤其将包含总开关HS、用于电压测量的传感器24和用于电流测量的传感器26的从车顶部件22向上或向外突出的高压区域8与包含能量计EZ范围内由用于电压测量和电流测量的传感器24、26所提供的信号的分析装置28和总开关控制HS-St的由车顶部件22下面承载、向动力车辆内部3突出的低电压区域10分隔开。有利地，上述单元28，EZ和HS-St被安置在由车顶部件22承载的外壳20中。车顶部件22可以可拆卸地插入在动力车辆中相应顶部开口上或中，例如使得这里没有显示的顶部开口被车顶部件22的边沿交叠覆盖(Uebergreifen)。
在这个实施形式中，总开关由真空开关管30构成。这个真空开关管30基本上水平地设置，并且在两边由两个被构造为从车顶部件22垂直突出的隔离体32、34的支架支撑，这些支架与车顶部件22的距离使得由于高电压而要求的与车顶部件22的安全距离被遵守。在一个隔离体34中安置用于进行电压测量的用于电压互感器SW的传感器24，而另一个隔离体34容纳在这里被遮盖的用于操纵真空开关管30的机构36，该机构由外壳20中的总开关控制器H-St操纵。为此，在车顶部件22中存在相应的开口。
电流测量优选通过设置在真空开关管30一端处的传感器26来实施。高压线路38从这一端引向缩放仪式的集流器P，另一高压线路40将真空开关管30的另一端与图2中没有显示的通道HDD连接。
附图标记列表
1    装置
2    滑接线
3    内部
4    车厢
6    车顶
8    高压区域
10   低压区域
12   电缆线路
14   车顶通道
16   通道开口
18   模块
20   外壳
22   车顶部件
24   传感器
26   传感器
28   分析装置
30   真空开关管
32   隔离体
34   隔离体
36   机构
38   高压线
40   高压线
P      缩放仪式的集流器
HK     辅助压缩机装置
FSP    切断开关缩放仪式的集流器
FSP-St 切断开关缩放仪式的集流器控制器
UW     电压互感器
HS     总开关
HS-St  总开关控制器
ET     接地隔离开关
ET-St  接地隔离开关控制器
EZ     能量计
IW     电流互感器
HDD    高压车顶通道
V-St   控制信号接口

Claims (6)

1.一种用于将电能从集电器(P)接受和传输到至少一个设置在动力有轨车辆的内部(3)中的能量转换器的装置(1)，其中所述装置至少包含电压互感器(UW)、总开关(HS)、总开关控制器(HS-St)、能量计(EZ)和电流互感器(IW)作为元件，其特征在于，至少所述电压互感器(UW)、所述总开关(HS)、所述总开关控制器(HS-St)、所述能量计(EZ)和所述电流互感器(IW)通过集成在共同外壳(20)中、通过将它们的外壳相互法兰连接、或者通过将至少一些元件(EZ，HS-St)集成在共同外壳(20)中并将其他元件法兰连接在该共同外壳(20)上而被组合成可预加工的构件或可预加工的模块(18)，并且至少所述电压互感器(UW)、所述总开关(HS)、所述总开关控制器(HS-St)、所述能量计(EZ)和所述电流互感器(IW)在可能的情况下与车顶部件(22)一起被组合成可预加工的构件或可预加工的模块(18)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述能量转换器由牵引电动机、变压器、电气的空气压缩机或电气的空调设备构成。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述构件或所述模块(18)被预安装并且被设置在所述动力有轨车辆的车顶(6)上。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述模块(18)具有至少一个能够可拆卸地固定在所述动力有轨车辆的车顶(6)上的单独的车顶部件(22)。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述车顶部件(22)支承向外突出的高压区域(8)和突出到动力有轨车辆的内部(3)中的低压区域(10)，其中所述高压区域(8)至少包含所述总开关(HS)、用于电压测量的传感器(24)和用于电流测量的传感器(26)，所述低压区域(10)至少包括所述能量计(EZ)范围内的用于由用于电压测量和电流测量的所述传感器(24，26)所提供的信号的分析装置(28)以及总开关控制器(HS-St)，并且所述低压区域(10)的元件(HS-St，EZ)中至少一些被安装在共同外壳(20)中。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述总开关(HS)至少包含水平的真空开关管(30)，所述水平的真空开关管由从所述车顶部件(22)垂直突出的隔离体(32，34)支撑，所述隔离体至少容纳用于电压测量的传感器(24)和用于操纵所述真空开关管(30)的机构(36)，所述机构由所述总开关控制器(HS-St)操纵。
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