CN101687466A - 具有车体的有轨车辆以及将这样的车体保护接地的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明除了别的之外涉及一种有轨车辆(10)，具有车体(60)和与该车体相连的接触装置(20，30，40，50)，其在有轨车辆运行时与至少一个轨道侧的钢轨(15)相接触，其中，车体和至少一个接触装置通过电阻装置(70)互相连接。按照本发明，所述电阻装置(70)在低压的电压范围(dU1)中比在与之相比更高电压的电压范围(dU2)中具有更大的电阻(R1)。

Description

具有车体的有轨车辆以及将这样的车体保护接地的方法
技术领域
本发明涉及一种有轨车辆，具有车体和与该车体相连的接触装置，例如轮或轮对，这些接触装置在有轨车辆运行时与至少一个轨道侧的钢轨相接触，其中，车体和至少一个接触装置通过电阻装置互相连接。
背景技术
目前电气和内燃电动的有轨或者说轨道车辆的接地概念，必须同样地既考虑对无干扰的运行电流回流到行车钢轨(即运行接地)的要求，也要考虑对高效的接触保护(即保护接地)的要求。
接触保护要求在故障情况下可能具有电压的车体的所有金属部件与轨道接地(Bahnerde)、即例如行车钢轨的尽可能低欧姆的连接。这样的故障情况例如可能是，行车区段的架空线(Oberleitung)的滑接线脱落并且与车体接触。在这种情况下，如果没有进行有效的保护接地，车体将会处于高压下。
在公知的有轨车辆中例如通过与有轨车辆的轮对触点相连的接地线(Erdseile)实现保护接地。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提出一种具有比迄今为止的有轨车辆更好的接地特性的有轨车辆。
按照本发明，上述技术问题是通过具有权利要求1的特征的有轨车辆解决的。按照本发明的有轨车辆的优选实施方式在从属权利要求中给出。
于是，按照本发明，电阻装置在低压的电压范围中比在与之相比更高电压的电压范围中具有更高的电阻。
按照本发明的有轨车辆的一种主要优点是，电阻装置具有两个不同范围或者说运行方式，即，一个具有高电阻的运行范围和一个具有与之相比低电阻的运行范围。在有轨车辆的正常运行中，如果在车体上没有施加高压，则车体的非常低欧姆的保护接地是不需要的，并且有时对于有轨车辆的运行性能是不利的。也就是说，如果在车体和地或者说钢轨之间的电阻太小，则会发生并行电流从钢轨流入，例如来自位于相同的直流电路中的其它有轨车辆的电流。如果轨道侧的钢轨的电阻大于位于其上的有轨车辆及其车体的电阻，则尤其会出现这样的并行电流的耦合；因为电流会相应地被分配到车体和钢轨的部分电阻上。为了避免不期望的电流这样流入到车体中，至车体的地的接地电阻应该尽可能大；同时，在车体和轨道侧的钢轨之间的接地电阻当然不允许太大，因为否则的话在车体高压的情况下不能进行有效的保护接地，因为在高欧姆的接地电阻上的电压降会太大。
在此，本发明着手于，按照本发明在车体和轨道侧的钢轨之间中间连接具有非线性特性的电阻装置，该电阻装置具有两个不同的电阻或者说电阻范围，即，一个用于有轨车辆的正常运行的高欧姆电阻以及一个用于高压故障情况下的低欧姆的电阻范围。
特别是在长的有轨车辆的情况下，所描述的电阻装置是具有优势的，因为在那里并行电流馈入到车体的问题会非常常见地出现。“长”的有轨车辆例如理解为超过15m、特别是超过20m长的有轨车辆。这些有轨车辆可以通过较长的单个车辆、通过动车组或者通过“正常”的列车形成，其具有电相连的车体并且由此形成(从电的角度看)统一的有轨车辆。
用来建立有轨车辆与轨道侧的钢轨的电接触的接触装置，例如可以通过有轨车辆的轮、轮对、底盘或者转向架形成。
优选地，这样确定电阻装置的大小，在电压低于预先给定的第一边界电压、特别是低于100伏的情况下，表现为33mΩ到100mΩ之间的电阻，并且，在相应于有轨车辆的运行电压的情况下，表现为最大10mΩ的电阻。
可以特别简单并且由此具有优势地通过欧姆电阻和与之电并联的非线性元件形成所述电阻装置。这样的非线性元件例如可以通过过电压放电器、特别是火花间隙(Funkstecke)形成，它们在施加预先给定的最小电压或者点火电压的情况下被触发或点火。
替换地或者附加地，电阻装置还可以包括可变电阻，其在较高电压的情况下具有比在低电压的情况下更低的电阻。
电阻装置还可以具有半导体电路，在半导体电路的外部接头上施加电压的情况下，当电压超过预先给定的导通电压时该半导体电路导通，并且在此在其外部接头之间的其电阻降低。
如上面已经提到的，在小的车体电压情况下或者在正常运行中，大的电阻用于避免并行电流的馈入。由于这个原因特别具有优势的是，至少在有轨车辆的中间区域中相应的非线性电阻装置与车体相连；因为特别是在较长的电区间的情况下如果没有通过在车体和钢轨之间相应的大欧姆电阻来防止这样的馈入，在车体中并行电流的馈入是关系重大的。
特别具有优势的是，将建立与钢轨的电接触的所有的接触装置通过具有非线性特性的相应电阻装置与车体相连。
本发明还涉及一种用于有轨车辆的车体的保护接地的方法，其中，车体通过至少一个电接触装置与至少一个轨道侧的钢轨接地。
为了保证可靠的保护接地，并且同时实现防止、至少小地保持并行电流从轨道侧的钢轨馈入到车体，按照本发明，使用至少一个电阻装置用于保护接地，该电阻装置连接在车体和至少一个接触装置之间并且在低电压的电压范围中比在与之相比较高电压的电压范围中具有更大的电阻。
关于按照本发明的方法的优点参考结合按照本发明的有轨车辆的上面的解释，因为按照本发明的有轨车辆的优点基本上对应于按照本发明的方法的优点。
附图说明
以下根据实施例更详细地解释本发明；在此示例性地：
图1示出在轨道侧的钢轨上的按照本发明的有轨车辆的纵截面的实施例，
图2示例性示出按照图1的有轨车辆的电阻的电特性，并且
图3以示意图示出了按照图1的有轨车辆的横截面。
在图1至图3中为清楚起见对于相同的或类似的组件始终使用相同的附图标记。
具体实施方式
在图1中可以看出有轨车辆10，其位于道床(Gleisbett)18的钢轨15上。有轨车辆具有轮20、30、40和50，它们与道床18的钢轨15建立电连接。
为了允许有轨车辆10的车体60的保护接地，单个或所有轮20、30、40和50与车体60电连接。
如果此时电流通过道床18的钢轨15流动，如在图1中用附图标记Ig表示的，则该电流的一部分I1会经过前轮20和30流入到车体60中，并且又经过后轮40和50流回到道床18中。由此，总电流Ig的电流分量I1会在车体60中流动，并且是并行于在道床18的钢轨15中流动的部分电流I2的。在此成立：
Ig＝I1+I2
与钢轨15的电阻相比，有轨车辆10的车体60的电阻越小，电流分量I1相对于电流分量I2就越大。
为了尽可能小地保持车体60中的电流分量I1，有轨车辆10的至少一个轮、优选是每个轮，分别经过电阻装置70与车体60相连，该电阻装置具有“非线性特性”并且在低电压的电压范围中比在与之相比较高电压的电压范围中具有更大的电阻。
在此，电阻70保证了在有轨车辆10的正常运行中产生在分别对应的轮和车体60之间的大的电阻，从而有轨车辆10的总电阻相对大并且电流分量I1相对于电流分量I2保持相对小。尽管如此，电阻装置70保证车体60的有效的保护接地，因为在车体60处于高压的情况下该高压经过电阻装置70被有效地传输到钢轨15并且由此到道床18中。例如，如果在图1中仅示意性示出的架空线的滑接线80落到有轨车辆10上，并且由此车体60处于高压下，则会出现这样的高压。
在图2中示出了按照图1的电阻装置70的电特性的实施例。示出了电阻R关于降落在电阻装置70的外部接头上的电压U的电气曲线。可以看出，在低于电压Us的下面的电压范围dU1中表现出相对大的电阻R1；在高于阈值电压Us的较高的电压区域dU2中电阻降低到值R2。
对于Us、R1和R2的合适的值域例如是：
dU1：0伏至100伏
dU2：100伏至100千伏
R1：33mΩ至100mΩ
Us：在dU1和dU2之间
如图2中所示的电特性例如可以通过欧姆电阻R1实现，其并联于非线性元件Rn1，例如过压放电器或火花间隙(参见图3)。作为替换，这样的电阻装置70还可以包括可变电阻或者相应的半导体电路，其产生相应描述的电特性。
在图3中示例性示出了按照图1的有轨车辆10的横截面。可以看出滑接线80，利用该滑接线可选地接触两个集电弓(Pantograph)90中的一个，这些集电弓使得有轨车辆10的运行或者处于交流运行或者处于直流运行中。
控制电路100与这两个集电弓90相连，该控制电路安装在电气屏蔽的容器110中。控制电路100包括例如四象限调节器120、驱动控制设备130以及脉冲调制三相交流逆变器140。
如在图3中可以看出的，容器110与有轨车辆10的车体60电相连；在图3中仅示例性示出车体60的底板。在车体60和容器110之间的连接通过接地导线150进行。
车体60经由转动销160与转向架170相连，其中也安装有牵引电动机180。牵引电动机180的外壳经过接地导线185与转向架170相连。
机械地、但电绝缘地通过两个轮20和20′承载转向架170，这两个轮通过轴190相连。轴190通过传动装置200以及离合器210与牵引电动机180相连，其中牵引电动机180的外壳经过电绝缘的轴承220与驱动支路绝缘。
在图3中通过比非电绝缘的轴承更粗的线来标记电绝缘的轴承。此外，导电材料用阴影标记，而非导电材料225用黑色标记。
此外，在图3中还可以看出制动机控制器230，其与转速表传感器240相连，后者对轴190的转速进行测量并且给出相应的信号。制动机控制器230通过接地导线250与车体60电相连。
此外，在图3中还可以看出用于根据图1的电阻装置70的实施例。可以看出，电阻装置70电连接在车体60和轴190或者说两个轮20和20′之间。电阻装置70包括欧姆电阻R1和与之并联的非线性电阻Rn1，该非线性电阻例如通过火花间隙形成。
在有轨车辆10的正常运行中电阻装置70具有相对高的电阻R1，从而避免通过轮20和20′或者说轴190的不期望的电流通过电阻装置70流入车体60。
在车体60处于高压的情况下，例如如果滑接线80落到有轨车辆10的车体60上或者与其接触则会发生的那样，通过电阻装置70有效地将高压放电，因为该电阻装置在火花间隙Rn1上的高电压的情况下在火花击穿时变成低欧姆的并且将高压经过轮20和20′或者说轴190排出到道床18的钢轨15中。

Claims (13)

1.一种有轨车辆(10)，具有车体(60)和与该车体相连的接触装置(20，30，40，50)，这些接触装置在该有轨车辆运行时与至少一个轨道侧的钢轨(15)相接触，其中，该车体与至少一个接触装置通过电阻装置(70)互相连接，
其特征在于，所述电阻装置(70)在低压的电压范围(dU1)中比在与之相比更高电压的电压范围(dU2)中具有更大的电阻(R1)。
2.根据权利要求1所述的有轨车辆，其特征在于，所述至少一个接触装置是通过轮、轮对、底盘或者转向架形成的。
3.根据上述权利要求中任一项所述的有轨车辆，其特征在于，如下确定所述电阻装置的大小：在电压低于100伏的情况下，表现为至少33mΩ的电阻，并且，在对应于有轨车辆的运行电压的情况下，表现为最大10mΩ的电阻。
4.根据上述权利要求中任一项所述的有轨车辆，其特征在于，所述电阻装置包括欧姆电阻(R1)和与之电并联的电气非线性元件(Rn1)。
5.根据权利要求4所述的有轨车辆，其特征在于，所述非线性元件具有过电压放电器、特别是火花间隙，其在施加预先给定的激活电压的情况下被激活、特别是被点火。
6.根据上述权利要求中任一项所述的有轨车辆，其特征在于，所述电阻装置包括可变电阻。
7.根据上述权利要求中任一项所述的有轨车辆，其特征在于，所述电阻装置具有半导体电路，在半导体电路的外部接头上施加超过预先给定的导通电压的电压时，该半导体电路导通并且在这些外部接头之间的电阻降低。
8.根据上述权利要求中任一项所述的有轨车辆，其特征在于，至少一个位于有轨车辆的中间区域中的接触装置通过电阻装置与所述车体电相连。
9.根据权利要求8所述的有轨车辆，其特征在于，所述位于有轨车辆的中间区域的接触装置是中间的轮、轮对、底盘或转向架。
10.根据权利要求9所述的有轨车辆，其特征在于，有轨车辆的所有轮、轮对、底盘或转向架通过一个或多个电阻装置与所述车体电相连。
11.一种用于有轨车辆(10)的车体(60)的保护接地的方法，其中，所述车体通过至少一个电接触装置(20，30，40，50)与至少一个轨道侧的钢轨(15)接地，
其特征在于，使用至少一个电阻装置(70)用于保护接地，该电阻装置连接在所述车体(60)和所述至少一个接触装置之间并且在低电压的电压范围(dU1)中比在与之相比较高电压的电压范围(dU2)中具有更大的电阻(R1)。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，至少一个位于所述有轨车辆的中间区域的接触装置、特别是轮、轮对、底盘或转向架被保护接地。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述有轨车辆的所有轮、轮对、底盘或转向架通过一个或多个电阻装置(70)被保护接地。
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