CN101622151A - 位于电子牵引铁路车辆顶部的电力设备 - Google Patents
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Abstract
布置于电力牵引式铁路车辆的顶部的电力设备EE，所述铁路车辆配有至少一导电弓架(2)和一车顶导线L，该车顶导线L把自悬吊索(1)截取的电流、从与所述导电弓架(2)的连接点送往所述铁路车辆的电力牵引装置(4)，所述电力设备EE包括用于保护所述电力牵引装置并位于机械支座(40)上的断路器(3)，其特征在于，所述电力设备EE包括测量装置DM，所述测量装置DM至少包括电流强度测量部件(33)，其用于测量从所述悬吊索(1)朝所述车顶导线L输送的电流的强度，并位于所述机械支座(40)上；并且，所述电力设备EE包括控制所述断路器(3)启动的计算机(D)。
Description
技术领域
[01]本发明涉及位于电力牵引式铁路车辆的顶部的电力设备，所述铁路车辆配有至少一导电弓架和一车顶导线，该车顶导线将从悬吊索截取的电流从与所述导电弓架的连接处送往铁路车辆的电力牵引装置，所述电力设备包括至少一保护所述电力牵引装置的仪器，并且该仪器位于一机械支座上。
背景技术
[02]铁路车辆在顶部包括许多设备。因此可以看到单相的、相应地直流的导电弓架，其用于将电流从被供给相应单相直流电的悬吊索朝给车辆提供电能的车顶导线输送。还可看到一些高电压电力设备，例如一单相/直流转换器、一接地隔断开关、一个或一些断路器和一些制动变阻器类型的辅助设备或空调装置。
[03]由于顶部设置了大量设备，因而铁路车辆的顶部特别拥挤。这限制了每个已在顶部存在的设备在顶部的可用空间、以及在顶部添加实现新功能的新设备的可用空间。
[04]然而，产生了新的规定，这些规定要求对在一个电网上的多家电力供应商和在该同一电网上使用该电能的多个操作使用者具有实施自由度，因此最新需求是测量一辆列车消耗的电能，特别是从悬吊索上提取的电能。
[05]测量给列车提供的电能可以由供应商给消费者开具账单。
[06]实现该测量在原理上是非常简单的：需要或者连续或者以高频率取样的方式记录所消耗的电流的强度、它的电压、消耗的时间，以考虑这两个参数随时间的变化。
[07]实际应用中，事情更为复杂，因为测量仪器在涉及采集变量方面是在高电压电网环境中(根据所经电网的部分，从750伏直流电到25000伏交流电)，而在涉及信号产生和处理方面是处在低电压环境中。因此，这两个环境之间的绝缘，称为电绝缘，要求特别小心和严格。
[08]例如，用于保证该电绝缘的已知方式是在测量仪器所包括的变压器处加以实施，该所要求的绝缘需要在所述变压器的初级线圈和次级线圈之间使用高质量的介电材料，特别是在足以使导电零件最大程度地互相远离的空间中。
[09]另外，应该以最大的精度实施提供给车辆的能量的测量，以便限制经营者所消耗的能量的账单发生错误的危险。该测量应尽可能靠近车顶导线的供电源进行。因此，必须将可实现该功能的设备放在车顶。
发明内容
[10]因此，本发明的目的之一是提出用于设在铁路车辆顶部的电力设备，该电力设备应足够紧凑，以便能被安设于电力牵引铁路车辆的顶部机械中。
[11]本发明的另一目的是在顶部布置一电力设备，该电力设备至少部分地参与测量由悬吊索供给铁路车辆的电能，并允许以良好的精度测量提供给电力牵引铁路车辆的电能。
[12]本发明的另一目的是在顶部布置一电力设备，该电力设备至少部分参与检测悬吊索提供给铁路车辆的电压类型。
[13]本发明的另一目的是在顶部放置一电力设备，该电力设备至少部分地参与检测电流故障和允许保护机车的电流谐波。
[14]为此，本发明因而涉及布置于电力牵引式铁路车辆的顶部的电力设备，所述铁路车辆配有至少一导电弓架和一车顶导线，该车顶导线把自悬吊索截取的电流、从与所述导电弓架的连接点送往所述铁路车辆的电力牵引装置，所述电力设备包括用于保护所述电力牵引装置并位于机械支座上的断路器，其特征在于，所述电力设备包括测量装置，所述测量装置包括至少电流强度测量部件，其用于测量从所述悬吊索朝所述车顶导线输送的电流的强度，并位于所述机械支座上；并且，所述电力设备包括控制所述断路器启动的计算机。
[15]这样的车顶设备具有形成保护设备的优点，该保护设备可以同时检测车辆供电线路中的过电故障，并且在检测出过电故障时通过断路器保护牵引设备。该装置具有良好的运行安全性，因为电流检测部件与断路器之间的连接部的数量是有限的。
[16]这样的设备另外具有的优点是：它的起动或激活相对外部设备是自主的。
[17]根据其它实施方式，电力设备具有以下特征中的一个或多个，这些特征可以独立存在，或以任何可能的技术组合存在：
[18]-测量装置包括在机械支座上的电压测量部件；
[19]这类设备具有可限制断路器磨损的优点。它使断路器可在预先确定的电压值(最小、最大)下伺服、关闭和开放。
[20]-所述电压测量部件和电流强度测量部件位于单一绝缘体内；
[21]-测量装置包括封闭在设于绝缘体中的第一中空部中的高电压环境、和封闭在所述绝缘体的第二中空部中的低电压环境；
[22]-在机械支座上设置以下保护设备中的至少一个：
[23]-接地隔断开关；
[24]-过压保护装置；
[25]-交流断路器；
[26]-该设备包括位于支座上的设备之间的电连接；
[27]-测量装置一方面通过单一连接件与导电弓架直接连接，另一方面通过单一连接件与断路器连接；
[28]-测量装置在热点测量电流；
[29]-断路器为单相断路器。
附图说明
[30]从后文对本发明的一实施例给出的描述可了解到本发明的其它特征和优点。
[31]描述将参照以下附图进行：
[32]-图1是按本发明第一方面的第一实施方式的铁路车辆用的集电电路图。
[33]-图2是符合本发明第一实施方式的测量装置的电路图。
[34]-图3是该测量装置在消耗所测电能的铁路机车的高电压车顶导线的绝缘体中的设置图。
[35]-图4以透视图表示符合本发明一可能实施方式的电力设备。
[36]-图5是符合本发明第一方面第二实施方式的铁路车辆的集电电路图的变型。
具体实施方式
[37]图1表示悬吊索和车辆的导电弓架2，导电弓架2示出在其展开状态，以便该导电弓架与所述悬吊索1接触，从而建立悬吊索1与铁路车辆的高电压车顶导线L之间的连接。可为悬吊索1提供直流或单相的电流。车顶导线L输送导电弓架2在悬吊索1所截取的电流，该电流从测量装置DM通过，以到达与车辆的电力牵引装置4连接的断路器3。断路器3适用于在车辆的供电线路中存在故障或过流时保护车辆的牵引设备。除了断路器3和测量装置DM外，图1中用虚线表示的符合本发明第一实施方式的电力设备EE包括位于铁路车辆顶部的不同电子技术设备，下面将描述这些设备。
[38]接地37的隔断开关36以及过压保护装置38。
[39]接地隔断开关36适于在称为“工作”状态的第一状态与第二状态之间手动、电动或气动地被切换，在第一状态，隔断开关36不与任何器件电连接，而在第二状态，隔断开关36使断路器3的上游和下游与接地电路37连接。过压保护装置38能够自动地在第一状态与第二状态之间切换，保护装置38在第一状态像闭合的断流器那样运行，而当其两个端子之间的电压超过预先确定的限值时，保护装置38在第二状态像断开的断流器那样运行。
[40]图2表示位于车顶导线L的A和B点之间的测量装置DM。
[41]图5表示位于车顶导线L的A和B点之间的测量装置DM。
[42]如图2和5所示，在车顶导线L上，并以完全已知的方式，电流强度传感器5，例如电流测量分路器或变流器，或霍尔效应式电流强度传感器，可以给出测得电流的标定模拟图像的装置6，例如使信号成形的放大器，发出一模拟信号，该模拟信号通过转换器7转换为数字信号，转换器7的输出端到达电/光转换器8，该电/光转换器8把来自转换器7的数字电信号转换为光学信号，该光学信号通过光纤9朝光/电转换器10的方向输送，光/电转换器10具有一些输出端11，这些输出端11用于连接应用来自电流强度传感器、并代表铁路机车的高电压线L的供电电流强度的信号的电子设备。
[43]通过分压器12，可通过直流电压或交流电压的鉴别器13接收代表这些电压的信号。例如，存在于鉴别器13的输出端14处的信号代表高电压线L上的交流电压的值。
[44]输出端15则专用于代表高电压线L上的直流电压的信号。
[45]这些信号中的一个或另一个被引导到模拟数字转换器17的输入端16，模拟数字转换器17的输出端通到电/光转换器18的输入端。电/光转换器18产生的光学信号通过光纤19被传送到转换器10的输入端，转换器10在它的某些输出端11上作为响应具有一电信号，该电信号用于与代表供电电流强度值的电信号结合地被该装置应用。
[46]由于电流传感器5，因而可通过一电流鉴别器以和直流电或交流电的电压鉴别器13相类似的方式接收代表这些电流的信号。
[47]代表供电电流强度值的电信号与代表高电压线L上存在的电压的信号——这两种信号在转换器10的某些输出端11上可用，可被传输给未示出的计算机或能量计算部件，以便从代表悬吊索的供电电流强度值的信号和相应地从代表高电压线L上存在的电压的信号出发，计算悬吊索提供给铁路车辆的电能。
[48]代表供电电流强度值的电信号与代表高电压线L上存在的电压的信号——这两种信号均在转换器10的某些输出端11具备，可被传输给一计算机或检测部件D，以便从代表悬吊索的供电电流强度值的信号和相应地从代表高电压线L上存在的电压的信号出发，检测悬吊索提供给铁路车辆的电流故障或电压故障。
[49]需要所述装置的某些部件运行以进行电能供应，这些部件特别是电/光转换器或光/电转换器，如转换器10、8和18。对于转换器10，该转换器直接由电池供电，电池本身与转换器20连接，转换器20将直流电能转换为由一发光系统如二极管发出的光束形式的光能。光束通过光纤21a、21b被导送往光/电转换器22a、22b的方向，光/电转换器22a、22b分别具有为电/光转换器18供电的输出端24和为电/光转换器8供电的输出端23。
[50]有利的是，上述所有元件都位于绝缘体25中。
[51]在一变型中，转换器20的输出端11可用的代表电流强度和/或电压的信号，被传输给一个或多个未示出的计算机，以便检测车顶导线L上的电流过载，或检测该相同的车顶导线上的过压，或检测电流谐波。因此，计算机给未示出的启动器传送指令，以启动车辆的电力牵引装置保护系统。
[52]例如，当计算机检测出车顶导线上的过压时，该计算机就控制断路器3断开，以便对车辆的电力牵引装置进行过压保护。所述计算机可就位在作为本发明的主题的电力设备EE的罩体中，即在支座40上。
[53]可启动断路器的计算机例如位于测量装置DM的围腔中。
[54]图3表示图1所示的线路在绝缘体25内的就位，因此表示出根据本发明如何在测量装置内保证完全的电绝缘。在该图中看到大部分的已用相同参考数字描述过的元件。与电流强度传感器5的信号处理有关的元件示意性地聚集在由线23提供低电压的方块26中，并且方块26于输出端在光纤9上具有代表测得电流强度的光学信号。
[55]因此，电流强度测量部件33包括电流强度传感器5和一些与电流强度传感器的信号有关的元件，这些元件示意性集合在方块26中。
[56]来自分压器12的电压信号的处理部件以同样方式集合在方块27中，供电线24通到方块27内，并且光纤19出自该方块。
[57]因此，列车的供电电压测量部件包括：分压电桥12；和组合在方块27中、且处理来自分压器12的电压信号处理部件。
[58]因此，从该图可以理解，高电压环境封闭在设于绝缘体25中的上部空间28中，铁路机车的车顶导线L穿过该上部空间28，而低电压环境封闭在该绝缘体的下中空部29中。在这两个中空部之间，只有光纤形成本发明装置的不同组成件的连接。
[59]因此，实现测量仪器的高电压级与这些测量仪器的低电压级之间极端重要的电绝缘。通过已知的小体积仪器实现了电能转化为光能和相反的光能转化为电能，因此这些小体积的仪器允许将测量装置安设于小空间，特别是允许将电压测量部件34和电流强度测量部件33集合在单一绝缘体25中。
[60]在一变型中，标注为DM的测量装置只包括测量铁路车辆的高电压供电电流强度的部件33。更确切地说，测量装置DM是测量铁路车辆的高电压供电电流强度的装置，使得将电流强度测量部件33、和必要时光电转换器10和/或其运行所必需的电流测量部件的低电压供电设备20、22b组装在同一绝缘体中。
[61]在该变型中，测量装置DM具有这样的优点：利用车顶导线L上预先存在的电压的测量，可对现有机车进行电流测量，并可在电流测量中加入电能测量。
[62]符合本发明的测量装置，更特别的是电压测量部件34，也可用于作为(输送给牵引机车的电流的电压的)电网的识别部件，对于只列举的在主要工业化国家中遇到的图中情况，该电网可以是750伏直流电、1500伏直流电、3000伏直流电(一般进行前面所述的处理)、15000伏16Hz 1/3交流电、25000伏50Hz或60Hz交流电、12000伏60Hz交流电、和12000伏25Hz交流电。实际上，光纤19的输出端具有的光学信号代表测量电压，该测量电压的值本身与电网电流的电压相对应。因此，分配给电压的三个输出端11中的任何一个可以通过转换部件10中的一组继电器被赋予电网可提供的电压之一。在分配给电压的三个输出端11中只在唯一一个输出端上存在信号，这允许识别铁路机车正在经过的电网的电压。
[63]图4表示包括在图1中用虚线表示的按本发明的电力设备EE中的仪器布置的例子。
[64]包括在电力设备EE中的仪器位于唯一的铝制支座40上。固定在该板上并与该板电连接的仪器，穿过支撑板40在车辆上的固定部自动接地，并且通过这些仪器在该相同支撑板上的固定部单独接地。因此，电力设备EE包括下面列举的位于同一机械支座上的设备：保护电力牵引装置和维修人员的保护装置：接地线37的隔断开关36、过压保护装置38、断路器3以及如图3所示的测量装置DM。在该实施方式中，电流强度测量部件33和电压测量部件34位于绝缘体25内。
[65]一固定在位于绝缘体25中间部分的凸缘30上的铜连接件52使测量装置DM与导电弓架2的基部电连接，测量装置DM就封闭在绝缘体25中。
[66]一铜缆形的铜连接件51建立断路器3与测量装置DM之间的电连接，铜连接件51通过它的两端中的其中一端被固定在位于断路器3上部的凸缘34上，并通过它的第二端被固定在位于测量装置DM上部的凸缘31上。
[67]断路器3的主体包括两个分别在下部和上部的绝缘体42、43，每个绝缘体封闭一些电子机械元件。所述绝缘体被带有夹具46的凸缘44分开。凸缘35也承接一夹具45。
[68]凸缘44还承接一未完整示出的铜杆形的铜连接件39，该铜连接件39建立断路器3与图4中未示出的铁路车辆的电力牵引装置4之间的电连接。
[69]支座40还承接过压保护装置38。
[70]所述过压保护装置38的两端中的其中一端49通过固定在支座40上而电连接至地，并且所述过压保护装置38的第二端50通过与凸缘44连接而电连接至断路器。
[71]接地隔断开关36包括一固定在支座40上的铜杆，两个铜闸刀47和48固定在该铜杆上。铜闸刀47和48分别能够被相应地固定在断路器3的凸缘34和44上的夹具45和46接收，以建立断路器3与接地隔断开关36之间的电连接。当接地隔断开关在图4虚线所示的位置时建立该连接。
[72]接地隔断开关36能够通过作动杆41手动、电动或气动地被移动，作动杆41适于使接地隔断开关36按照绕基本垂直于支座40上表面的轴线A的转动运动进行枢转，轴线A经过接地隔断开关36在支座40上的固定点。
[73]隔断开关36能够在图4中实线所示的第一位置与图4中虚线所示的第二位置之间枢转，在所述第一位置，隔断开关36与接地连线37接触，并且铜闸刀是自由的，而在所述第二位置，铜闸刀47和48分别被夹具45、46接收，因此接地隔断开关建立断路器3与列车地线之间的连接。断路器3是单相断路器。
[74]在图4所示的本发明的特别有利的实施方式中，将实现多种不同功能的多个电子机械装置固定在同一机械支座上，应该通过铁路车辆的集流系统保证所述的多种不同功能。
[75]因此，该设备在单一支座上以紧凑的方式具有多种不同功能，因此所述设备不笨重，并且具有数量有限的构成件，因此容易被集成在车顶。
[76]该设备还具有只拥有两个与外部设备(导电弓架2、电力牵引装置4)的电功率连接件的优点。该构型可以限制不同的车顶设备之间需进行的外部电连接件的数量和长度，因此限制其在顶部的尺寸大小。
[77]在支座40上存在包括电流测量部件34的测量装置DM，这允许提出相比现有装置能实现新的电流测量功能的电力装置。
[78]在单一支座上设置一些如断路器3、接地隔断开关36、过压保护装置38的保护装置、与一将电流强度测量部件33以及电压测量部件34安设于同一绝缘体中的测量装置DM，这允许提出与没有电流测量部件33的现有装置相比包括附加功能的装置，同时又限制了电流测量所需的补充空间。因此，可通过在原来设置用于断路、接地和过压保护功能的支座上增加测量装置DM，在与实现断路、接地和过压保护这些功能所占据的空间相同的一空间内，实现附加的电能测量功能。
[79]电流测量还可通过将代表车顶导线L上的可用电流强度的信号输送至计算机，实现需要识别电流值的保护功能，其中所述计算机控制启动器，以致动位于机械支座40上的保护装置。计算机可成为位于车顶的电力设备EE的整体构成部分。
[80]在另一未示出的实施方式中，电力设备EE包括唯一的保护装置、一断路装置3和一测量装置DM，该测量装置DM包括电流强度测量部件33、电压测量部件34中的至少一个测量部件。
[81]导电弓架2与测量装置DM的直接连接，这允许尽量靠近导电弓架实现对车顶导线L上的电流强度的测量。该设置具有的优点在于：限制在电连接中和/或可能间置于导电弓架与测量装置DM之间的电设备中的损失。这称为在“热点”测量电流强度。该构型允许测量电流强度，因此允许以尽可能高的精度测量悬吊索传输给车顶导线的电能。
[82]在将电流强度测量部件33和电压测量部件34安置在两个不同的绝缘体内的一变型中，将电流强度测量部件33与从断路器3、接地隔断开关36、过压保护装置38中选取的至少一电保护设备布置在单一支座40上。
[83]如果电压测量在集电线路上其它部位进行，并且只需要测量悬吊索传输给车顶导线的电流强度，则该设置是有利的。
[84]在将电流强度测量部件33和电压测量部件34安置在两个独立的绝缘体内的一变型中，将两个容纳有电流强度测量部件33和电压测量部件34的绝缘体、连同从断路器3、接地隔断开关36、过压保护装置38中选取的至少一电保护设备安放在单一支座40上。该构型允许改变电压测量部件34、电流测量部件33和位于板上的其它电力设备之间的、以及与导电弓架2和电力牵引装置4的电连接。因此，可在集电线路的两个不同地点进行电压测量和电流测量，同时又在单一机械支座上保留电流测量部件33和电压测量部件34。
Claims (9)
1.布置于电力牵引式铁路车辆的顶部的电力设备EE，所述铁路车辆配有至少一导电弓架(2)和一车顶导线L，该车顶导线L把自悬吊索(1)截取的电流、从与所述导电弓架(2)的连接点送往所述铁路车辆的电力牵引装置(4)，所述电力设备EE包括用于保护所述电力牵引装置并位于机械支座(40)上的断路器(3)，
其特征在于，所述电力设备EE包括测量装置DM，所述测量装置DM至少包括电流强度测量部件(33)，其用于测量从所述悬吊索(1)朝所述车顶导线L输送的电流的强度，并位于所述机械支座(40)上；并且，所述电力设备EE包括控制所述断路器(3)启动的计算机(D)。
2.如权利要求1所述的电力设备EE，其特征在于，所述测量装置DM包括在所述机械支座(40)上的电压测量部件(34)。
3.如权利要求1或2所述的电力设备EE，其特征在于，所述电压测量部件(34)和所述电流强度测量部件(33)被安置在单一的绝缘体(25)内。
4.如权利要求3所述的电力设备EE，其特征在于，所述测量装置DM包括：高电压环境，其封闭在设于所述绝缘体(25)内的第一中空部(28)中；和低电压环境，其封闭在所述绝缘体(25)的第二中空部(29)中。
5.如权利要求1至4中任一项所述的电力设备EE，其特征在于，在以下保护设备中选取的至少一个保护设备布置在所述机械支座(40)上：
-接地(37)隔断开关(36)；
-过压保护装置(38)；
-交流断路器(3)。
6.如权利要求1至5中任一项所述的电力设备EE，其特征在于，该电力设备包括位于所述机械支座(40)上的所述设备之间的电连接。
7.如权利要求1至6中任一项所述的电力设备EE，其特征在于，所述测量装置DM一方面通过单一连接件(52)直接联接至所述导电弓架(2)，另一方面通过单一连接件(51)联接至所述断路器(3)。
8.如权利要求1至7中任一项所述的电力设备EE，其特征在于，所述测量装置DM在热点测量电流。
9.如权利要求1至8中任一项所述的电力设备EE，其特征在于，所述断路器(3)是单相断路器。
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