EP4153443A1 - Schienenfahrzeug mit einem automatischen erdungsschalter und verfahren zum erden von elektrischen leitern in einem bereich eines schienenfahrzeugs - Google Patents

Schienenfahrzeug mit einem automatischen erdungsschalter und verfahren zum erden von elektrischen leitern in einem bereich eines schienenfahrzeugs

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Publication number
EP4153443A1
EP4153443A1 EP21726392.0A EP21726392A EP4153443A1 EP 4153443 A1 EP4153443 A1 EP 4153443A1 EP 21726392 A EP21726392 A EP 21726392A EP 4153443 A1 EP4153443 A1 EP 4153443A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rail vehicle
switch
area
earthing switch
earthing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21726392.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg-Torsten MAASS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alstom Holdings SA
Original Assignee
Bombardier Transportation GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bombardier Transportation GmbH filed Critical Bombardier Transportation GmbH
Publication of EP4153443A1 publication Critical patent/EP4153443A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0069—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to the isolation, e.g. ground fault or leak current
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L9/00—Electric propulsion with power supply external to the vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/26—Rail vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a rail vehicle and a method for operating a rail vehicle.
  • the invention relates to the automatic grounding of a rail vehicle in a switched-off state.
  • the present invention contributes to reducing the susceptibility to errors and at the same time increasing or ensuring security.
  • a method for grounding an electrical conductor in an area of a rail vehicle is proposed, the rail vehicle having a current collector for contacting a high voltage source and an electrical conductor electrically connected to the current collector in an area of the rail vehicle.
  • the method includes: disconnecting the electrical conductor; and - automatic earthing of the electrical conductor in the area by means of an earthing switch after the electrical conductor has been disconnected, the earthing being carried out after the disconnection without manual operation of the earthing switch, i.e. in particular without manual intervention during the automatic operation of the earthing switch.
  • Unlocking refers to the all-pole and all-round disconnection of an electrical system from live parts.
  • the earthing after disconnection takes place automatically without manual operation of the earthing switch. In particular, no button or the like has to be actuated manually.
  • the grounding takes place automatically by the rail vehicle and not by a separate input of a person.
  • a control command to disconnect the electrical conductor or conductors in the area has been issued, the electrical conductor or conductors in the area are first released, ie completely disconnected from the high-voltage supply. This is followed by an automatic Earthing the electrical conductor or conductors in the area without the need for another manually entered control command or control signal.
  • the method therefore always comprises at least two successive steps.
  • the area of the rail vehicle can affect the entire rail vehicle, or only parts thereof, if maintenance only has to be carried out locally.
  • a rail vehicle has: a pantograph for contacting a high voltage source; an area with at least one electrical conductor, which is electrically connected to the current collector, an electrically driven earthing switch, which is set up, after the electrical conductor has been released, to earth the electrical conductor in the area without manually operating the earthing switch.
  • a high voltage source is to be understood in the sense of rail vehicle technology.
  • a high voltage source within the meaning of the present application can provide sufficient voltage or power to drive the traction motors of a rail vehicle.
  • a high-voltage source can be an overhead line.
  • Rail vehicles can have several areas with electrical conductors.
  • the electrical conductors connect electrical devices such as transformers, voltage collectors, rectifiers. Motors, etc.
  • the electrical conductors can be assigned to different voltage levels. This does not mean the normal passenger areas, as these are anyway shielded from contact with electrical conductors by technical measures.
  • the areas with electrical conductors can be entered by technical personnel, in particular for maintenance work on the rail vehicle.
  • Voltage level IV high voltage (HV) (> AC 1000 V,> DC 1500 V) for example AC 25/15 kV, DC 3000 V, which is taken from the contact line by a pantograph, for example. This is the main source of energy for the train in terms of propulsion and provision of the Electrical system energy. In the area of drive technology, intermediate circuit voltages are sometimes used, which also fall into area IV.
  • HV high voltage
  • Voltage level III Often referred to as low voltage (LV) (max. AC 1000 V, DC 1500 V) e.g. overhead line voltage DC 1500 V, third rail DC 750 V, train busbar AC 1000 V, AC 400 V, DC 680 V - Network for auxiliary and secondary consumers such as heating, air conditioning, fans, compressors, etc.
  • LV low voltage
  • This voltage is normally supplied via the main transformer and the converters.
  • a workshop feed can partially supply these areas with electricity.
  • This also provides the power supply for cleaning technology (e.g. vacuum cleaner) that is used during train maintenance.
  • Voltages in range III can also be present in intermediate circuits, filter capacitors, traction converters, etc.
  • Voltage levels I and II Often referred to as low voltage (ELV) (max. AC 50 V, DC 120 V): e.g. DC 110 V, 72 V, 48 V, 24 V battery supply. This is the only power supply available when there is no overhead line voltage or when the train is turned off. It supplies e.g. the control equipment and lighting. During operation with overhead lines, however, the battery loads and the battery are fed from a battery charger connected to the auxiliary converter.
  • ELV low voltage
  • An area in a rail vehicle can include electrical conductors that are assigned to a voltage, in particular a voltage level IV or III, as described above. Contact with these electrical conductors can cause serious injury to a person and therefore requires a high level of safety and reliability.
  • An area can be spatially limited in a rail vehicle, for example by doors. Areas with electrical conductors can also be open and only be defined by their proximity to electrical conductors carrying high voltage.
  • the roof of a rail vehicle can be an area of the rail vehicle or the proximity to the main transformer can be defined as an area with electrical conductors.
  • At least one voltage of more than 50 V (AC) or 120 V (DC) to earth is applied to the electrical conductor or conductors.
  • the high voltage can be fed into the high-voltage equipment via one or more pantographs from the overhead line and from there by means of electrical conductors in the Vehicle to be distributed.
  • Electrical conductors can, for example, be cables, busbars or accessible parts of electrical devices such as capacitors or transformer coils.
  • the main switch or switches are opened and, with a time delay, the pantograph or pantographs are lowered. As soon as all pantographs of a vehicle are lowered, the area IV feed is canceled and the overhead line is activated. In principle, it is still possible to feed in from the secondary side of the main transformer, but this is not intended for operational purposes.
  • An area is considered unlocked when the electrical conductors located therein are unlocked. Activation typically always takes place operationally as soon as the operating states "ferry operation” or “parking operation” (upgraded, parked) are exited.
  • the invention proposes that activated areas are also always operationally earthed. This is staggered in time for disconnection, which ensures that the process is within the five rules of electrical safety, i.e. earthing of live components is reliably prevented before disconnection takes place.
  • FIG. 1 shows a rail vehicle according to one embodiment.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of areas with electrical conductors in a rail vehicle.
  • a method for grounding an electrical conductor in a region of a rail vehicle 100 is proposed.
  • the rail vehicle 100 has a current collector 1 for contacting a high-voltage source 101 and an electrical conductor electrically connected to the current collector 1 in an area 2, 12 of the rail vehicle.
  • the method has the following steps: activation of the electrical conductor in area 2, 12; and - automatic grounding of the electrical conductor in the area 2, 12 by means of an earthing switch after the electrical conductor has been disconnected, the earthing being carried out after the disconnection without manual operation of the earthing switch.
  • without manual actuation therefore means that no additional input of any kind is required by a person.
  • FIG. 1 shows a rail vehicle 100 with a current collector 1 which picks up the voltage at a high-voltage source 101.
  • the high-voltage source 101 is an overhead line and the pantograph 1 is a pantograph.
  • the current collector 1 can also comprise common alternatives, for example side current collectors, which take the energy from a laterally arranged busbar.
  • the activation of the area 2, 12 and thus the activation of electrical conductors, which for example connect the pantograph 1 to the main switch 4, can include, for example, lowering the pantograph 1 away from the overhead line 101. Electrical conductors in Fig.
  • areas 2, 12 are surrounded by areas 2, 12 in which people can potentially come into contact with electrical conductors that are at a high voltage potential, for example AC 400 V or DC 680 V or more. These include in particular areas in the vicinity of the high voltage source 101, e.g. B. the roof of the rail vehicle or the pantograph, or areas near the main transformer 5.
  • a high voltage potential for example AC 400 V or DC 680 V or more.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of two areas 2, 12.
  • the first area 2 includes in particular the proximity to the high-voltage source 101, the main switch 4 and the main transformer 5.
  • the first area 2 schematically includes the second area 12.
  • the second area 12 in FIG. 2 includes the proximity to the intermediate circuit after the main transformer 5. This includes in particular the line converter 7, the intermediate circuit capacitor 10, the discharge device 8, the drive converter 9 as well as the drive motors 9A, 9B and all electrical conductors that connect these devices together.
  • the area around individual ones of these devices as well as any combinations can be defined as the area.
  • FIG. 2 also shows the vehicle wheels 11 and the rails 102.
  • Two grounding points 6 are shown schematically.
  • the vehicle wheels can serve as grounding together with the rail.
  • electrical conductors area are earthed after disconnection.
  • the electrical conductors are electrically, i.e. galvanically, connected to a grounding point 6. Residual charge can drain through the grounding and a build-up of dangerous voltage through unintentional reconnection to a voltage source is prevented.
  • the grounded area 2, 12 is thus secured and can be entered by one person.
  • earthing devices were often only manually operable. To do this, a person often had to cover long distances in the rail vehicle. Sometimes the roof also had to be stepped on. The cumbersome manual switching by one person can be dispensed with thanks to the automatic grounding after activation.
  • the necessary accessibility of earlier earthing devices also required roof openings that were accessible via ladders and steps.
  • the roof openings are complex to implement and restrict the flexible arrangement of the roof components.
  • the roof openings represent a weakening of the car body structure, which results in additional constructive effort.
  • the sound and climate insulation properties are deteriorated.
  • the protection of passengers and staff is impaired by roof breakthroughs.
  • the proposed rail vehicle therefore manages without a roof opening.
  • the grounding can be carried out by an electrically driven grounding switch 3.
  • the electrically driven earthing switch 3 can be monostable and have a stable and an unstable state. The stable state is automatically assumed when the electrically driven earthing switch 3 is not electrically supplied. The stable state is a grounded state and the unstable state is an ungrounded state.
  • the monostable working principle is currently used for the components required for activation, the main vehicle switch and pantograph.
  • the stable, safe position is defined as "open" (non-conductive).
  • the pantograph (s) lower.
  • a closing signal or the auxiliary power is lost, the vehicle main switch (s) open.
  • the stable, safe position is defined as "closed” (conductive), ie the earthing switches must be actively opened and kept open. This is done by an opening command, for example via a control line that is actively connected to the switching voltage is applied.
  • the electrically driven earthing switch 3 can have an energy store 3A with auxiliary energy, the unstable state being maintained by the auxiliary energy for a defined period of time without external energy. In this way, for example, unwanted grounding in the event of a temporary failure of the external power supply by the pantograph 1 can be prevented.
  • the grounding for starting the rail vehicle can be canceled.
  • the energy store 3A can be charged again.
  • the energy store 3A is connected to the main transformer 5 via the vehicle electrical system.
  • the energy store 3A may include a battery or a capacitor.
  • the energy store can also be part of other components of the vehicle electrical system and be connected to the earthing switch 3.
  • the electrically driven earthing switch 3 is set up, after the electrical conductor or conductors have been activated, to earth them without manually operating the earthing switch and after a defined time interval.
  • the time interval can be, for example, 2, 5 or 10 seconds and in particular be in a range from 2 to 10 seconds. This can prevent inadvertent grounding of high-voltage equipment that is still live. This property is not necessary for the normal operational process of disconnection and grounding, but guarantees the process "disconnect - secure against reconnection - check that there is no voltage - earth" even in the event of a fault or if the auxiliary power fails, the earthing switch 3 is temporarily limited, ie to keep it open for a few seconds. As a result, sufficient time is gained in the event of a fault to carry out the necessary activation, that is, to open the main switch 4 and disconnect the pantograph 1 from the high-voltage source 101 and, if necessary, to empty the traction intermediate circuits.
  • a method for operating a rail vehicle 100 having a current collector 1 for contacting a high-voltage source 101, an electrical conductor electrically connected to the current collector 1, and an electrically driven earthing switch 3.
  • the method includes: detecting an impending grounding by the electrically driven grounding switch 3; - Automatic disconnection of the pantograph 1 from the high-voltage source 101.
  • the acknowledgment of the command to hold open the earthing switch 3 causes the disconnection to be triggered immediately if the open command is no longer present or the auxiliary power is no longer sufficient to keep it open and enables, in connection with the temporarily stored auxiliary power, to guarantee the activation process even in the event of an error.
  • the method can be combined with the method described above, as it describes the error case of unintentional earthing and the method described above describes the regular disconnection and earthing.
  • the electrically powered grounding switch 3 can according to an embodiment a
  • vacuum circuit breakers These switches are capable of remaining charges in electrical conductors and a short-circuit current associated therewith to be conducted away non-destructively.
  • Earthing switches in vacuum technology allow better integration in encapsulated, fully insulated high-voltage systems. This generally increases the protection against accidental contact compared to high-voltage components arranged openly on the roof with insulation in air.
  • the grounding takes place through the grounding switch 3 with respect to the main switch 4 single-pole between the main switch 4 and the main transformer 5.
  • the method can also include: opening the main switch 4, in particular before grounding.
  • the pantograph 1 is not earthed by closing the earthing switch 3.
  • the main transformer 5 is connected to the earthing point 6 via the earthing switch 3 when the main switch 4 is open.
  • the second pole of the main switch 4, that is to say the connection between the main switch 4 and the current collector 1, is not earthed by the earthing switch 3 in this embodiment.
  • this is not necessary, since the high-voltage source 101 is discharged and grounded separately.
  • the overhead line is previously activated and grounded. Earthing would be unnecessary and ineffective for the feed direction through the overhead line. Any energy fed back from the vehicle is diverted through the transformer-side earthing switch 3.
  • the grounding can also be two-pole.
  • a connection to the grounding point 6 is also established between the pantograph 1 and the main switch 4.
  • the rail vehicle has a main transformer 5, which is connected to the current collector 1, the earthing switch 3 being arranged such that a single-pole earthing takes place between the main switch 4 and the main transformer 5.
  • the electrical conductor connecting the main switch 4 to the main transformer 5 is grounded through the earthing switch 3, and the electrical conductor connecting the current collector 1 to the main switch 4 is not grounded through the earthing switch 3.
  • the main transformer 5 is connected on the primary side via a main switch 4 through electrical conductors to the current collector 1.
  • the rail vehicle On the secondary side of the main transformer, the rail vehicle has the intermediate circuit to which the drive converter 9 and the On-board network (not shown) are connected. All of these components are connected with electrical conductors.
  • the rail vehicle has a main transformer 5, which is connected to the current collector 1, the main transformer 5 being connected on the primary side via the main switch 4 to the current collector 1, the earthing switch S arranged on the primary side of the main transformer 5 and with electrical conductors and the rail vehicle 100 has a discharge device 8, which is connected on the secondary side to the main transformer 5, with no grounding being provided on the secondary side of the main transformer 5. Since the main transformer 5 is grounded on the primary side by the grounding switch 3 and is secondarily discharged, grounding on the secondary side can be dispensed with in some embodiments. Alternatively, an earthing switch can also be provided on the secondary side. The earthing switch can also be an electrically driven earthing switch, in particular a monostable earthing switch similar to the earthing switch on the primary side of the main transformer 5.
  • the rail vehicle 100 has a workshop feed for the electrical supply of the rail vehicle 100 in a switched-off state, the workshop feed being connected to a second electrically driven earthing switch and at least one second electrical conductor in a second area 2, 12, wherein the second earthing switch is set up to earth the electric conductor in the second area 2, 12 without manual switching after the electrical conductor in the first area 2, 12 has been released, the second electrically driven earthing switch being manually openable.
  • Manual can include that the earthing switch can be opened manually on site or manually by an electrical command, for example from a driver's cab of the rail vehicle.
  • second electrical conductors are automatically grounded in two areas 2, 12. The two electrical conductors are not directly electrically connected to one another, as this would make the second earthing superfluous.
  • the two electrical conductors are on different Voltage levels.
  • the electrical conductor in the first area 2 of voltage level IV is above AC 1000 V and / or above DC 1500 V and the second electrical conductor is in the second area of voltage level III with voltages between AC 50 V and AC 1000 V or DC 120 V and DC 1500 V, especially 1500 V DC, 750 V DC, 680 V DC, 1000 V AC or 400 V AC.
  • the area can be locked, for example by a door with a manual or electric lock.
  • the rail vehicle has a driver's cab with a control device, the control device being set up to control the activation of the electrical conductor from the high-voltage source 101 and to unlock access for people to the associated lockable area 2, 12.
  • the control device can also be set up to open the second electrically driven earthing switch after a manual input by a user.
  • the rail vehicle can also have two driver's cabs, each with a control device.
  • the electrically driven earthing switch 3 has an optical indicator for displaying a switch state, the area 2, 12 being lockable for people and the optical indicator being visible to a person outside the area 2, 12.
  • the optical indicator is, for example, a light signal or a mechanical pointer.
  • the area 2, 12 can be closable, for example by a door or flap. A person who would like to enter the area 2, 12 can determine by means of an externally visible optical indicator whether or not it is safe to enter.
  • the door or flap can have a window, for example, or the optical indicator is located external to the door or flap and is connected to the electrically driven earthing switch 3.

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Abstract

Verfahren zum Erden von elektrischen Leitern in einem Bereichs eines Schienenfahrzeugs (100), das einen Stromabnehmer (1) zum Kontaktieren einer Hochspannungsquelle (101) und einen mit dem Stromabnehmer (1) elektrisch verbundenen elektrischen Leiter in einem Bereich (2, 12) des Schienenfahrzeuges aufweist, aufweisend: - Freischalten des elektrischen Leiters in Bereich (2, 12); und - automatisches Erden des elektrischen Leiters im Bereich (2, 12) mittels eines Erdungsschalters nach dem Freischalten des elektrischen Leiters, wobei das Erden nach dem Freischalten ohne manuelles Betätigen des Erdungsschalters erfolgt.

Description

Beschreibung
SCH I EN EN FAH RZEUG M IT EI N EM AUTOMATISCH EN ERDU NGSSCHALTE R U N D VERFAH REN ZU M ERDE N VON ELEKTRI SCH E N LEITERN I N EI N EM BEREI CH EI N ES SCH I EN EN FAH RZEUGS
Technisches Gebiet
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeuges. Insbesondere betrifft die Erfindung die automatische Erdung eines Schienenfahrzeuges in einem abgeschalteten Zustand.
Vorbekannter Stand der Technik
[0002] Gegenwärtige Schienenfahrzeuge verfügen über mehrere Spannungsbereiche, die über große Teile des Zuges verteilt sein können. Zum Betreten und Arbeiten in diesen Spannungsbereichen, beispielsweise bei geplanten Wartungsarbeiten, müssen die Spannungsbereiche durch definierte Schalthandlungen gesichert werden, um eine Gefährdung von Personen auszuschließen.
[0003] Geplante Arbeiten an der Hochspannungsanlage eines Schienenfahrzeuges erfordern Schalthandlungen zur Wartung. Nachdem die betroffenen Anlagenteile der Hochspannungsanlage festgelegt sind, müssen die folgenden fünf wesentlichen Anforderungen in der angegebenen Reihenfolge eingehalten werden, wie beispielsweise in der Norm [EN 50110-1] (2013) beschrieben:
-Freischalten;
-gegen Wiedereinschalten sichern;
-Spannungsfreiheit feststellen;
-Erden und Kurzschließen;
-benachbarte, unter Spannung stehende Teile abdecken oder abschranken.
[0004] Zum Durchführen der einzelnen Schritte ist es oft nötig, dass das Wartungspersonal manuell an mehreren Stellen des Schienenfahrzeuges Schalthandlungen vollzieht. Dies kann dazu führen, dass beispielsweise das Betreten des Daches als Bereich mit elektrischen Leitern der Hochspannungsebene zwischen 20 und 30 min dauern kann, da das Personal mehrere Orte im Schienenfahrzeug in definierter Reihenfolge ablaufen muss, um dort Schalthandlungen durchzuführen. Nachteile des Standes der Technik
[0005] Die bisher bekannten Lösungen zum Betreten einer gesicherten Spannungsebene nehmen viel Zeit in Anspruch und können bei menschlichen Fehlern zu schweren Verletzungen von Personen bis hin zum Tod führen.
Problemstellung
[0006] Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Zeit zum Betreten eines Spannungsbereiches in einem Schienenfahrzeug zu verringern, menschliches Versagen auszuschließen und zugleich die Sicherheit von Personen zu gewährleisten. Zusätzlich trägt die vorliegende Erfindung dazu bei die Fehleranfälligkeit zu verringern und damit gleichzeitig die Sicherheit zu erhöhen beziehungsweise zu gewährleisten.
Erfindungsgemäße Lösung
[0007] Die obige Aufgabe wird durch ein Verfahren und ein Schienenfahrzeug wie in den anhängigen unabhängigen Ansprüchen gelöst.
[0008] Es wird ein Verfahren zum Erden eines elektrischen Leiters in einem Bereich eines Schienenfahrzeugs vorgeschlagen, wobei das Schienenfahrzeug einen Stromabnehmer zum Kontaktieren einer Hochspannungsquelle und einen mit dem Stromabnehmer elektrisch verbundenen elektrischen Leiter in einem Bereich des Schienenfahrzeuges aufweist. Das Verfahren weist auf: - Freischalten des elektrischen Leiters; und - automatisches Erden des elektrischen Leiters im Bereich mittels eines Erdungsschalters nach dem Freischalten des elektrischen Leiters, wobei das Erden nach dem Freischalten ohne manuelles Betätigen des Erdungsschalters erfolgt, d.h. insbesondere ohne manuelles Eingreifen bei der automatischen Betätigung des Erdungsschalters erfolgt.
[0009] Als "Freischalten" bezeichnet man das allpolige und allseitige Trennen einer elektrischen Anlage von spannungsführenden Teilen. Das Erden nach dem Freischalten erfolgt ohne manuelles Betätigen des Erdungsschalters automatisch. Insbesondere muss manuell kein Taster oder ähnliches betätigt werden. Das Erden erfolgt automatisch durch das Schienenfahrzeug und nicht durch eine separate Eingabe einer Person. Nachdem beispielsweise ein Steuerbefehl zum Trennen des oder der elektrischen Leiter in Bereichs abgegeben wurde, wird zunächst der oder die elektrischen Leiter im Bereich freigeschaltet, d.h. komplett von der Hochspannungszuführung getrennt. Danach erfolgt ein automatisches Erden der oder deselektrischen Leiters im Bereich, ohne dass es eines weiteren manuell eingegebenen Steuerbefehls oder Steuersignals bedarf. Das Verfahren umfasst daher immer mindestens zwei aufeinanderfolgende Schritte.
[0010] Der Bereich des Schienenfahrzeuges kann das gesamte Schienenfahrzeug betreffen, oder nur Teile davon, wenn lediglich lokal eine Wartung zu erfolgen hat.
[0011] Es wird ein Schienenfahrzeug vorgeschlagen. Das Schienenfahrzeug weist auf: einen Stromabnehmer zum Kontaktieren einer Hochspannungsquelle; einen Bereich mit mindestens einem elektrischen Leiter, der elektrisch mit dem Stromabnehmer verbunden ist, einen elektrisch angetriebenen Erdungsschalter, der eingerichtet ist nach einem Freischalten des elektrischen Leiters, den elektrischen Leiter im Bereich ohne manuelles Betätigen des Erdungsschalters zu erden.
[0012] Eine Hochspannungsquelle ist im Sinne der Schienenfahrzeugtechnik zu verstehen. Eine Hochspannungsquelle im Sinne der vorliegenden Anmeldung kann eine ausreichende Spannung bzw. Leistung bereitstellen, um die Traktionsmotoren eines Schienenfahrzeuges anzutreiben. Beispielsweise ist aber nicht darauf beschränkt kann eine Hochspannungsquelle eine Oberleitung sein.
[0013] Schienenfahrzeuge können mehrere Bereiche mit elektrischen Leitern aufweisen. Die elektrischen Leiter verbinden elektrische Vorrichtungen wie beispielsweise Transformatoren, Spannungsabnehmer, Gleichrichter. Motoren, usw. Die elektrischen Leiter können unterschiedlichen Spannungsebenen zugeordnet sein. Dabei sind nicht die normalen Fahrgastbereiche gemeint, da diese ohnehin vor Kontakt mit elektrischen Leitern durch technische Maßnahmen abgeschirmt sind. Die Bereiche mit elektrischen Leitern sind insbesondere für Wartungsarbeiten am Schienenfahrzeug von technischem Personal betretbar.
[0014] Die meisten Schienenfahrzeuge verfügen beispielsweise über Spannungsebenen, die über den gesamten Zug oder nur über einen Teil des Zuges verteilt sind. Diese sind nach den Normen EN 50110-1 (2014) und EN 50153 in die Spannungsebenen I bis IV aufgeteilt:
[0015] Spannungsebene IV: Hochspannung (HV) (> AC 1000 V, > DC 1500 V) z.B. AC 25/15 kV, DC 3000 V, die z.B. durch einen Pantographen von der Fahrleitung abgenommen wird. Dies ist die Hauptenergieversorgung für den Zug in Bezug auf den Antrieb und die Bereitstellung der Bordnetzenergie. Im Bereich der Antriebstechnik wird teilweise mit Zwischenkreisspannungen gearbeitet, die ebenfalls in den Bereich IV fallen.
[0016] Spannungsebene III: Oft auch als Niederspannung (LV) bezeichnet (max. AC 1000 V, DC 1500 V) z.B. Oberleitungsspannung DC 1500 V, Dritte Schiene DC 750 V, Zugsammelschiene AC 1000 V, AC 400 V, DC 680 V - Netz für Hilfs- und Nebenverbraucher wie Heizungen, Klimaanlagen, Ventilatoren, Kompressoren usw. Diese Spannung wird normalerweise über den Haupttransformator und die Konverter geliefert. Bei Wartungsarbeiten, wenn das Schienenfahrzeug nicht mit der Fahrleitung verbunden ist, kann eine Werkstatteinspeisung diese Bereiche teilweise mit Strom versorgen. Diese erbringt auch die Stromversorgung für Reinigungstechnik (z.B. Staubsauger), die während der Zuginstandhaltung verwendet werden. Spannungen des Bereiches III können auch in Zwischenkreisen, Filter - Kondensatoren, Traktionskonvertern usw. vorhanden sein.
[0017] Spannungsebenen I und II: Oft auch als Kleinspannung (ELV) bezeichnet (max. AC 50 V, DC 120 V): z.B. DC 110 V, 72 V, 48 V, 24 V Batterieversorgung. Dies ist die einzige Stromversorgung, die verfügbar ist, wenn keine Oberleitungsspannung anliegt oder wenn der Zug abgestellt wird. Sie versorgt z.B. die Steuerausrüstung und Beleuchtung. Während des Betriebs mit Oberleitung werden Batterielasten sowie die Batterie dagegen aus einem an den Hilfsumrichter angeschlossenes Batterieladegerät gespeist.
[0018] Ein Bereich in einem Schienenfahrzeug kann elektrische Leiter umfassen, die einer Spannung insbesondere einer Spannungsebene IV oder III wie oben beschrieben zugeordnet sind. Ein Kontakt mit diesen elektrischen Leitern kann bei einer Person schwere Verletzungen hervorrufen und erfordert daher ein hohes Maß an Sicherheit und Zuverlässigkeit. Ein Bereich kann in einem Schienenfahrzeug räumlich begrenzt sein, beispielsweise durch Türen. Bereiche mit elektrischen Leitern können auch offen sein und nur durch die Nähe zu Hochspannung führenden elektrischen Leitern definiert sein. So kann beispielsweise das Dach einen Schienenfahrzeuges ein Bereich des Schienenfahrzeuges sein oder die Nähe zum Haupttransformator kann als ein Bereich mit elektrischen Leitern definiert sein.
[0019] Gemäß einer Ausführungsform liegt in einem Betriebszustand des Schienenfahrzeuges an dem oder den elektrischen Leitern mindestens eine Spannung von über 50 V (AC) oder 120 V (DC) gegen Erde an. Insbesondere handelt es sich um Leiter der Spannungsebene III oder IV.
[0020] Die Hochspannung kann über einen oder mehrere Stromabnehmer aus der Oberleitung in die Hochspannungsausrüstung eingespeist und von dort mittels elektrischer Leiter im Fahrzeug verteilt werden. Elektrische Leiter können beispielsweise Kabel, Sammelschienen (Busbars) oder auch zugängliche Teile von elektrischen Vorrichtungen wie Kondensatoren oder Transformatorspulen sein.
[0021] Zum Abschalten werden der oder die Hauptschalter geöffnet und, zeitlich verzögert, der oder die Stromabnehmer gesenkt. Sobald alle Stromabnehmer eines Fahrzeuges gesenkt sind, ist die Bereich IV-Einspeisung aufgehoben und eine Freischaltung von der Oberleitung erfolgt. Grundsätzlich ist eine Einspeisung von der Sekundärseite des Haupttransformators weiterhin möglich, jedoch betrieblich nicht vorgesehen.
[0022] Ein Bereich gilt als freigeschaltet, wenn die darin befindlichen elektrischen Leiter freigeschaltet sein. Eine Freischaltung geschieht typischerweise betrieblich stets, sobald die Betriebszuständen „Fährbetrieb" oder „Parkbetrieb" (aufgerüstet abgestellt) verlassen werden. Die Erfindung schlägt vor, dass freigeschaltete Bereiche zusätzlich betrieblich stets auch geerdet werden. Dies ist zeitlich zum Freischalten gestaffelt, wodurch der Ablauf innerhalb der fünf Regeln der elektrischen Sicherheit gewährleistet ist, d.h. eine Erdung von unter Spannung stehenden Komponenten zuverlässig verhindert wird, bevor eine Freischaltung erfolgte.
[0023] In den Betriebszuständen „Fährbetrieb" und „Parkbetrieb" können bei Bedarf Bereiche geerdet werden, wenn diese zuvor freigeschaltet, d.h. betrieblich ausgruppiert wurden, z.B. der Zwischenkreis eines ausgruppierten Traktionsstromrichters. Durch die Integration der automatischen Erdung in den betrieblichen Ablauf des Freischaltens entfällt der hohe Arbeitsaufwand der manuellen Erdung. Die dazu bisher notwendigen Einrichtungen (z.B. Dachdurchbrüche) können entfallen. Weiterhin wird zusätzliche elektrische Sicherheit durch die betriebliche Fahrzeugerdung generiert.
Kurzbeschreibung der Figuren
[0024] Die beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung der Prinzipien der Erfindung. Die Elemente der Zeichnungen sind relativ zueinander und nicht notwendigerweise maßstabsgetreu.
[0025] Gleiche Bezugszeichen sowie Bezugszeichen, die sich nur in der ersten Ziffer voneinander unterscheiden, bezeichnen entsprechend ähnliche Teile.
[0026] Figur 1 zeigt ein Schienenfahrzeug nach einer Ausführungsform. [0027] Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung von Bereichen mit elektrischen Leitern in einem Schienenfahrzeug.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
[0028] Wenngleich hierin spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden sind, liegt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, die gezeigten Ausführungsformen geeignet zu modifizieren, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die nachfolgenden Ansprüche stellen einen ersten, nicht bindenden Versuch dar, die Erfindung allgemein zu definieren.
[0029] Es wird ein Verfahren zum Erden eines elektrischen Leiters in einem Bereich eines Schienenfahrzeugs 100 vorgeschlagen. Das Schienenfahrzeug 100 weist einen Stromabnehmer 1 zum Kontaktieren einer Hochspannungsquelle 101 und einen mit dem Stromabnehmer 1 elektrisch verbundenen elektrischen Leiter in einem Bereich 2, 12 des Schienenfahrzeuges auf. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: - Freischalten des elektrischen Leiters im Bereichs 2, 12; und - automatisches Erden des elektrischen Leiters im Bereich 2, 12 mittels eines Erdungsschalters nach dem Freischalten des elektrischen Leiters, wobei das Erden nach dem Freischalten ohne manuelles Betätigen des Erdungsschalters erfolgt. Ohne manuelles Betätigen bedeutet dabei insbesondere weder das manuelle Aktivieren des Schritts zum Erden durch manuelles Betätigen eines Tasters vor Ort noch das Betätigen eines Erdungsschalters durch einen elektrischen Befehl ausgelöst durch das manuelle Aktivieren auf einem Bedienterminal. Ohne manuelles Betätigen bedeutet im Sinne dieser Erfindung daher, dass keine zusätzliche Eingabe irgendeiner Art von einer Person nötig ist.
[0030] Figur 1 zeigt ein Schienenfahrzeug 100 mit einem Stromabnehmer 1, der die Spannung an einer Hochspannungsquelle 101 abgreift. In dieser Ausführungsform ist die Hochspannungsquelle 101 eine Oberleitung und der Stromabnehmer 1 ein Pantograph. In anderen Ausführungsformen kann der Stromabnehmer 1 auch gängige Alternativen umfassen, beispielsweise Seitenstromabnehmer, welche die Energie von einer seitlich angeordneten Stromschiene abnehmen. Das Freischalten des Bereichs 2, 12 und damit das Freischalten von elektrischen Leitern, die beispielsweise den Stromabnehmer 1 mit dem Hauptschalter 4 verbinden, kann beispielsweise das Absenken des Stromabnehmers 1 weg von der Oberleitung 101 umfassen. [0031] Elektrische Leiter in Fig. 2 sind von Bereichen 2, 12 umgeben, in denen Personen potentiell in Kontakt mit elektrischen Leitern kommen können, die sich auf einem Hochspannungspotential, beispielsweise AC 400 V oder DC 680 V oder mehr, befinden. Dazu gehören insbesondere Bereiche in der Nähe der Hochspannungsquelle 101, z. B. das Dach des Schienenfahrzeuges oder der Pantograph, oder Bereiche in der Nähe des Haupttransformators 5.
[0032] Die Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung zweier Bereiche 2, 12. Der erste Bereich 2 umfasst insbesondere die Nähe zur Hochspannungsquelle 101, den Hauptschalter 4 und den Haupttransformator 5. Schematisch schließt der erste Bereich 2 den zweiten Bereich 12 mit ein. Der zweite Bereich 12 umfasst in der Fig. 2 die Nähe zum den Zwischenkreis nach dem Haupttransformator 5. Dazu gehören insbesondere der Netzstromrichter 7, der Zwischenkreiskondensator 10, die Entladevorrichtung 8, der Antriebsstromrichter 9 sowie die Antriebsmotoren 9A, 9B und alle elektrischen Leiter, die diese Vorrichtungen miteinander verbinden. In anderen Ausführungsformen kann der Bereich um einzelne dieser Vorrichtungen sowie beliebige Kombinationen als Bereich definiert sein.
[0033] Die Fig. 2 zeigt des Weiteren die Fahrzeugräder 11 sowie die Schienen 102. Zwei Erdungspunkte 6 sind schematisch dargestellt. Die Fahrzeugräder können in manchen Ausführungsformen zusammen mit der Schiene als Erdung dienen.
[0034] Durch den Erdungsschalter 3 werden elektrische Leiter Bereich nach dem Freischalten geerdet. Dazu werden die elektrische Leiter mit einem Erdungspunkt 6 elektrisch, also galvanisch, verbunden. Restladung kann durch die Erdung abfließen und ein Aufbau einer gefährlichen Spannung durch ungewolltes erneutes Verbinden mit einer Spannungsquelle wird verhindert. Der geerdete Bereich 2, 12 ist dadurch gesichert und kann von einer Person betreten werden. Bei bisherigen Lösungen waren Erdungsvorrichtungen oft nur manuell betätigbar. Eine Person musste dazu oft lange Strecken durch das Schienenfahrzeug zurücklegen. Teilweise musste auch das Dach betreten werden. Das umständliche manuelle Schalten durch eine Person kann durch das automatische Erden nach dem Freischalten entfallen.
[0035] Die notwendige Erreichbarkeit früherer Erdungsvorrichtungen bedingte ebenso Dachdurchbrüche, die über Leitern und Tritte zugänglich waren. Die Dachdurchbrüche sind aufwendig zu realisieren und schränken die flexible Anordnung der Dachkomponenten ein. Des Weiteren stellen die Dachdurchbrüche eine Schwächung der Wagenkastenstruktur dar, die konstruktiven Mehraufwand zur Folge hat. Die Eigenschaften zur Schall- und Klimaisolierung werden verschlechtert. Im Fall von Lichtbögen und Kurzschlüssen innerhalb der Hochspannungsanlage verschlechtert sich durch Dachdurchbrüche der Schutz der Fahrgäste und Personal. Durch die automatische Erdung, beziehungsweise den elektrisch angetriebenen Erdungsschalter 3, kann auf den Dachdurchbruch verzichtet werden. Das vorgeschlagene Schienenfahrzeug kommt daher gemäß einer Ausführungsform ohne Dachdurchbruch aus.
[0036] Das Erden kann gemäß einer Ausführungsform durch einen elektrisch angetriebenen Erdungsschalter 3 erfolgen. Insbesondere kann der elektrisch angetriebenen Erdungsschalter 3 gemäß einer Ausführungsform monostabil sein und einen stabilen und einen instabilen Zustand aufweisen. Der stabile Zustand wird automatisch eingenommen, wenn der elektrisch angetriebenen Erdungsschalter 3 elektrisch nicht versorgt wird. Der stabile Zustand ist ein geerdeter Zustand und der instabile Zustand ein ungeerdeter Zustand.
[0037] Das mono-stabile Arbeitsprinzip wird aktuell bei den zur Freischaltung benötigten Komponenten Fahrzeughauptschalter und Stromabnehmer verwendet. Bei Fahrzeughauptschalter und Stromabnehmer ist die stabile, sichere Position als „offen" (nicht leitend) definiert. Beim Wegfall eines Hebesignals oder der Hilfsenergie senken sich der oder die Stromabnehmer. Beim Wegfall eines Schließsignals oder der Hilfsenergie öffnen sich der oder die Fahrzeughauptschalter.
[0038] Beim Erdungsschalter 3 ist die stabile, sichere Position dagegen als „geschlossen" (leitend) definiert, d.h. die Erdungsschalter müssen aktiv geöffnet und offen gehalten werden. Dies geschieht durch einen Befehl zum Öffnen, z.B. über eine Steuerleitung, die aktiv mit Schaltspannung beaufschlagt wird.
[0039] Der elektrisch angetriebene Erdungsschalter 3 kann gemäß einer Ausführungsform einen Energiespeicher 3A mit Hilfsenergie aufweisen wobei der instabile Zustand durch die Hilfsenergie für einen definierten Zeitraum ohne externe Energie haltbar ist. Dadurch kann beispielsweise eine ungewollte Erdung bei einem temporären Ausfall der externen Stromversorgung durch den Stromabnehmer 1 verhindert werden.
[0040] Des Weiteren kann die Erdung für das Starten des Schienenfahrzeuges aufgehoben werden. Während das Schienenfahrzeug mit der externen Hochspannungsquelle 101 verbunden ist, kann der Energiespeicher 3A wieder geladen werden. Beispielsweise ist der Energiespeicher 3A über das Bordnetz mit dem Haupttransformator 5 verbunden. Der Energiespeicher 3A kann eine Batterie oder einen Kondensator umfassen. Der Energiespeicher kann auch Teil anderer Komponenten des Bordnetzes sein und mit dem Erdungsschalter 3 verbunden sein.
[0041] Gemäß einer Ausführungsform ist der elektrisch angetriebene Erdungsschalter 3 eingerichtet, nach einem Freischalten des beziehungsweise der elektrischen Leiter, diese ohne manuelles Betätigen des Erdungsschalters und nach einem definierten Zeitintervall zu erden. Das Zeitintervall kann beispielsweise 2, 5 oder 10 Sekunden betragen und insbesondere in einem Bereich von 2 bis 10 Sekunden liegen. Das kann die ungewollte Erdung einer noch unter Spannung stehenden Hochspannungsausrüstung verhindern. Diese Eigenschaft ist für den normalen betrieblichen Ablauf der Freischaltung und Erdung nicht notwendig, garantiert jedoch den Ablauf „Freischalten - Gegen Wiedereinschalten Sichern - Spannungsfreiheit überprüfen - Erden" auch im Fehlerfall. Ein zusätzlicher Energiespeicher 3A dient dazu, bei Wegfall des „Offen "-Befehls oder bei Wegfall der Hilfsenergie den Erdungsschalter 3 zeitlich begrenzt, d.h. für einige Sekunden weiter offen zu halten. Dadurch wird im Fehlerfall ausreichend Zeit gewonnen, die notwendige Freischaltung durchzuführen, das heißt, den Hauptschalter 4 zu öffnen und den Stromabnehmer 1 von der Hochspannungsquelle 101 zu trennen und bei Bedarf die Traktionszwischenkreise leer zu takten.
[0042] Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verfahren vorgeschlagen, wobei das Verfahren zum Betrieb eines Schienenfahrzeugs 100, das einen Stromabnehmer 1 zum Kontaktieren einer Hochspannungsquelle 101, einen mit dem Stromabnehmer 1 elektrisch verbundenen elektrischen Leiter und einen elektrisch angetriebenen Erdungsschalter 3 aufweist. Das Verfahren weist auf: Erkennen einer bevorstehenden Erdung durch den elektrisch angetriebenen Erdungsschalter 3; - automatisches Freischalten des Stromabnehmer 1 von der Hochspannungsquelle 101. Die Quittierung des Befehls zum Offenhalten des Erdungsschalters 3 bewirkt eine sofortige Auslösung der Freischaltung, wenn der Offenbefehl nicht mehr anliegt oder die Hilfsenergie nicht mehr zum Offenhalten ausreicht und ermöglicht im Zusammenhang mit der zwischengespeicherten Hilfsenergie, den Ablauf der Freischaltung auch im Fehlerfall zu gewährleisten. Das Verfahren ist mit dem oben beschriebenen Verfahren kombinierbar, da es den Fehlerfall einer ungewollten Erdung beschreibt und das oben beschriebene Verfahren das reguläre Freischalten und Erden beschreibt.
[0043] Der elektrisch angetriebenen Erdungsschalter 3 kann gemäß einer Ausführungsform einen
Vakuum-Leistungsschalter umfassen. Diese Schalter sind in der Lage, verbleibende Ladungen in elektrischen Leitern und einen damit verbundenen Kurzschlussstrom zerstörungsfrei abzuführen. Erdungsschalter der Vakuumtechnik erlauben eine bessere Integration in gekapselte, vollisolierte Hochspannungssysteme. Dies erhöht generell den Berührungsschutz im Vergleich zu offen auf dem Dach angeordneten Hochspannungskomponenten mit Isolierung in Luft.
[0044] In manchen Ausführungsformen erfolgt das Erden durch den Erdungsschalter 3 bezüglich des Hauptschalters 4 einpolig zwischen dem Hauptschalter 4 und dem Haupttransformator 5. Dies ist in Fig. 2 dargestellt. Das Verfahren kann weiterhin aufweisen: - Öffnen des Hauptschalters 4, insbesondere vor dem Erden. Bei geöffneten Hauptschaler 4 wird der Stromabnehmer 1 durch Schließen des Erdungsschalters 3 nicht geerdet. Der Haupttransformator 5 ist über den Erdungsschalter 3 mit dem Erdungspunkt 6 verbunden, wenn der Hauptschalter 4 geöffnet ist. Der zweite Pol des Hauptschalters 4, also die Verbindung zwischen Hauptschalter 4 und dem Stromabnehmer 1, wird in dieser Ausführungsform nicht durch den Erdungsschalter 3 geerdet. In der Regel ist dies nicht nötig, da die Hochspannungsquelle 101 separat entladen und geerdet wird. Für einen Dachzugang ist die Oberleitung zuvor freigeschaltet und geerdet. Für die Einspeiserichtung durch die Oberleitung wäre eine Erdung damit unnötig und unwirksam. Eventuell vom Fahrzeug zurück gespeiste Energie wird durch den transformatorseitigen Erdungsschalter 3 abgeleitet.
[0045] In anderen Ausführungsformen kann die Erdung auch zweipolig erfolgen. Dabei wird zusätzlich zwischen dem Stromabnehmer 1 und dem Hauptschalter 4 eine Verbindung mit dem Erdungspunkt 6 hergestellt.
[0046] Gemäß einer Ausführungsform weist das Schienenfahrzeug einen Haupttransformator 5 auf, der mit dem Stromabnehmer 1 verbunden ist, wobei der Erdungsschalter 3 derart angeordnet ist, dass eine Erdung einpolig zwischen dem Hauptschalter 4 und dem Haupttransformator 5 erfolgt. Mit anderen Worten, der elektrische Leiter, der den Hauptschalter 4 mit dem Haupttransformator 5 verbindet wird durch den Erdungsschalter 3 geerdet und der elektrische Leiter, der den Stromabnehmer 1 mit dem Hauptschalter 4 verbindet wird nicht durch den Erdungsschalter 3 geerdet.
[0047] Der Haupttransformator 5 ist primärseitig über einen Hauptschalter 4 durch elektrische Leiter mit dem Stromabnehmer 1 verbunden. Das Schienenfahrzeug weist sekundärseitig vom Haupttransformator den Zwischenkreis auf, an den der Antriebsstromrichter 9 und das Bordnetz (nicht gezeigt) angeschlossen sind. Alle diese Komponenten sind mit elektrischen Leitern verbunden.
[0048] Gemäß einer Ausführungsform weist das Schienenfahrzeug einem Haupttransformator 5 auf, der mit dem Stromabnehmer 1 verbunden ist, wobei der Haupttransformator 5 primärseitig über den Hauptschalter 4 mit dem Stromabnehmer 1 verbunden ist, der Erdungsschalter S primärseitig vom Haupttransformator 5 angeordnet und mit elektrischen Leitern verbunden ist und das Schienenfahrzeug 100 eine Entladeeinrichtung 8 aufweist, die sekundärseitig mit dem Haupttransformator 5 verbunden ist, wobei sekundärseitig vom Haupttransformator 5 keine Erdung vorgesehen ist. Da der Haupttransformator 5 primärseitig durch den Erdungsschalter 3 geerdet ist, und sekundär entladen ist, kann auf eine sekundärseitige Erdung in manchen Ausführungsformen verzichtet werden. Alternativ kann sekundärseitig auch ein Erdungsschalter vorgesehen sein. Der Erdungsschalter kann auch ein elektrisch angetriebener Erdungsschalter, insbesondere ein monostabiler Erdungsschalter ähnlich des Erdungsschalters auf der Primärseite des Haupttransformators 5 sein.
[0049] Gemäß einer Ausführungsform weist das Schienenfahrzeug 100 eine Werkstatteinspeisung zur elektrischen Versorgung des Schienenfahrzeuges 100 in einem abgeschalteten Zustand auf, wobei die Werkstatteinspeisung mit einem zweiten elektrisch angetriebenen Erdungsschalter und mindestens einem zweiten elektrischen Leiter in einem zweiten Bereich 2, 12 verbunden ist, wobei der zweite Erdungsschalter eingerichtet ist, nach einem Freischalten des elektrischen Leiters im ersten Bereich 2, 12 den elektrischen Leiter im zweiten Bereich 2, 12 ohne manuelles Schalten zu erden, wobei der zweite elektrisch angetriebene Erdungsschalter manuell öffenbar ist. Manuell kann dabei umfassen, dass der Erdungsschalter manuell vor Ort oder manuell durch einen elektrischen Befehl, beispielsweise von einem Führerstand des Schienenfahrzeuges öffenbar ist. Dadurch werden automatisch zweite elektrische Leiter in zwei Bereichen 2, 12 geerdet. Die beiden elektrischen Leiter sind dabei nicht unmittelbar elektrisch miteinander verbunden, denn dies würde die zweite Erdung überflüssig machen.
[0050] Eine Person kann den Erdungsschalter manuell öffnen, also die Erdung aufheben. Im
Gegensatz zu bisherigen Lösungen, wo die Erdung manuell erfolgte, muss eine Trennung der Erdung bei dieser Ausführungsform aktiv und manuell erfolgen. Das erhöht die Sicherheit für Personen, da es praktisch ausgeschlossen ist, dass eine Person die manuelle Erdung vergisst. In manchen Ausführungsformen ist sind die beiden elektrischen Leiter auf unterschiedlichen Spannungsebenen. Beispielsweise ist der elektrische Leiter im ersten Bereich 2 der Spannungsebene IV über AC 1000 V und/oder über DC 1500 V und der zweite elektrische Leiter im zweiten Bereich der Spannungsebene III mit Spannungen zwischen AC 50 V und AC 1000 V oder DC 120 V und DC 1500 V, insbesondere DC 1500 V, DC 750 V, DC 680 V , AC 1000 V oder AC 400 V.
[0051] Gemäß einer Ausführungsform ist der Bereich verschließbar, beispielswiese durch eine Tür mit einem manuellen oder elektrischen Schloss. In manchen Ausführungsformen weist das Schienenfahrzeug einen Führerstand mit einer Steuereinrichtung auf, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, das Freischalten des elektrischen Leiters im von der Hochspannungsquelle 101 zu steuern und den Zugang für Personen zu dem dazugehörigen verschließbaren Bereich 2, 12 zu entriegeln. Die Steuereinrichtung kann alternativ oder zusätzlich auch eingerichtet sein, den zweiten elektrisch angetriebenen Erdungsschalter nach einer manuellen Eingabe eines Benutzers zu öffnen. Das Schienenfahrzeug kann auch zwei Führerstände mit jeweils einer Steuereinrichtung aufweisen.
[0052] Gemäß einer Ausführungsform weist der elektrisch angetriebene Erdungsschalter 3 einen optischen Indikator zum Darstellen eines Schalterzustandes auf, wobei der Bereich 2, 12 für Personen verschließbar ist und wobei der optische Indikator von einer Person außerhalb des Bereiches 2, 12 einsehbar ist. Der optische Indikator ist beispielsweise ein Lichtsignal oder ein mechanischer Zeiger. Der Bereich 2, 12 kann in manchen Ausführungsformen verschließbar sein, beispielsweise durch eine Tür oder Klappe. Eine Person, die den Bereich 2, 12 betreten möchte, kann durch einen von außen sichtbaren optischen Indikator feststellen, ob das Betreten sicher ist oder nicht. Die Tür oder Klappe kann dabei zum Beispiel ein Fenster aufweisen oder der optische Indikator befindet sich extern zur Tür oder Klappe und ist mit dem elektrisch angetriebenen Erdungsschalter 3 verbunden.
Bezugszeichenliste
100 Schienenfahrzeug
101 Hochspannungsquelle
102 Schiene
1 Stromabnehmer
2 Bereich
3 Erdungsschalter
3A Energiespeicher
4 Hauptschalter
5 Haupttransformator
6 Erdungspunkt
7 Netzstromrichter
8 Entladevorrichtung
9A Antriebsstromrichter
9B Antriebsmotoren
10 Zwischenkreiskondensator
11 Fahrzeugräder
12 Bereich

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Erden eines elektrischen Leiters in einem Bereichs eines Schienenfahrzeugs (100), das einen Stromabnehmer (1) zum Kontaktieren einer Hochspannungsquelle (101) und einen mit dem Stromabnehmer (1) elektrisch verbundenen elektrischen Leiter in einem Bereich (2, 12) des Schienenfahrzeuges aufweist, aufweisend:
- Freischalten des elektrischen Leiters im Bereich (2, 12); und
- automatisches Erden des elektrischen Leiters im Bereich (2, 12) mittels eines Erdungsschalters nach dem Freischalten des elektrischen Leiters, wobei das Erden nach dem Freischalten ohne manuelles Betätigen des Erdungsschalters erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erden durch einen elektrisch angetriebenen Erdungsschalter (3) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der elektrisch angetriebenen Erdungsschalter (3) monostabil ist und einen stabilen und einen instabilen Zustand aufweist, wobei der stabile Zustand automatisch eingenommen wird, wenn der elektrisch angetriebene Erdungsschalter (3) elektrisch nicht versorgt wird und wobei der stabile Zustand ein geerdeter Zustand ist und der instabile Zustand ein ungeerdeter Zustand ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei der elektrisch angetriebenen Erdungsschalter (3) einen Vakuum-Leistungsschalter umfasst.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Haupttransformator (5) über einen Hauptschalter (4) mit dem Stromabnehmer (1) verbunden ist, wobei das Erden der elektrischen Leiter bezüglich des Hauptschalters (4) einpolig zwischen dem Hauptschalter (4) und dem Haupttransformator (5) erfolgt und wobei das Verfahren weiterhin aufweist:
- Öffnen des Hauptschalters (4), insbesondere vor dem Erden.
6. Schienenfahrzeug, aufweisend: einen Stromabnehmer (1) zum Kontaktieren einer Hochspannungsquelle (101); - mindestens einen elektrischen Leiter in einem Bereich (2, 12), der elektrisch mit dem Stromabnehmer (1) verbunden ist,
- einen elektrisch angetriebenen Erdungsschalter (3), der eingerichtet ist nach einem Freischalten des elektrischen Leiters den elektrischen Leiter im Bereich (2, 12) ohne manuelles Betätigen des Erdungsschalters zu erden.
7. Schienenfahrzeug nach Anspruch 6, wobei der elektrisch angetriebene Erdungsschalter (3) einen stabilen und einen instabilen Zustand aufweist, wobei der stabile Zustand automatisch eingenommen wird, wenn der elektrisch angetriebenen Erdungsschalter (3) elektrisch nicht versorgt wird und wobei der stabile Zustand ein geerdeter Zustand ist und der instabile Zustand ein ungeerdeter Zustand ist.
8. Schienenfahrzeug nach Anspruch 7, wobei der elektrisch angetriebene Erdungsschalter (3) einen Energiespeicher (3A) mit Hilfsenergie aufweist und wobei der instabile Zustand durch die Hilfsenergie für einen definierten Zeitraum ohne externe Energie haltbar ist.
9. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei der elektrisch angetriebene Erdungsschalter (3) einen Vakuum-Leistungsschalter umfasst.
10. Schienenfahrzeug nach Anspruch 6 bis 9, wobei der elektrisch angetriebene Erdungsschalter (3) einen optischen Indikator zum Darstellen eines Schalterzustandes aufweist oder mit einem verbunden ist, wobei der Bereich (2, 12) für Personen verschließbar ist und wobei der optische Indikator von einer Person außerhalb des Bereiches (2, 12) einsehbar ist.
11. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei das Schienenfahrzeug weiterhin einem Haupttransformator (5) aufweist, der mit dem Stromabnehmer (1) verbunden ist, und der Erdungsschalter (3) derart angeordnet ist, dass eine Erdung an dem elektrischen Leiter einpolig zwischen dem Hauptschalter (4) und dem Haupttransformator (5) erfolgt.
12. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei das Schienenfahrzeug weiterhin einem Haupttransformator (5) aufweist, der mit dem Stromabnehmer (1) verbunden ist, und der Haupttransformator (5) primärseitig über den Hauptschalter (4) mit dem Stromabnehmer (1) verbunden ist, der Erdungsschalter (S) primärseitig vom Haupttransformator (5) angeordnet ist und das Schienenfahrzeug (100) eine Entladeeinrichtung (8) aufweist, die sekundärseitig mit dem Haupttransformator (5) verbunden ist, wobei sekundärseitig vom Haupttransformator (5) keine Erdung vorgesehen ist.
13. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 6 bis 12, wobei das Schienenfahrzeug eine Werkstatteinspeisung zur elektrischen Versorgung des Schienenfahrzeuges in einem abgeschalteten Zustand aufweist und wobei die Werkstatteinspeisung mit einem zweiten elektrisch angetriebenen Erdungsschalter und mindestens einem weiteren elektrischen Leiter in einem zweiten Bereich (2, 12) des Schienenfahrzeuges verbunden ist, wobei der zweite Erdungsschalter eingerichtet ist, nach einem Freischalten des elektrischen Leiters im ersten Bereich (2, 12) den elektrischen Leiter im zweiten Bereich (2,12) ohne manuelles Schalten zu erden, wobei der zweite elektrisch angetriebene Erdungsschalter manuell öffenbar ist.
14. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 6 bis 13, wobei das Schienenfahrzeug einen Führerstand mit einer Steuereinrichtung aufweist, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, das Freischalten des elektrischen Leiters von der Hochspannungsquelle (101) zu steuern, wobei der Bereich des Schienenfahrzeuges verschließbar ist und die Steuereinrichtung eingerichtet ist, den Zugang für Personen zu dem verschließbaren Bereich (2, 12) des Schienenfahrzeuges zu entriegeln.
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