EP4649562A1 - Überspannungsschutz für stromabnehmer - Google Patents

Überspannungsschutz für stromabnehmer

Info

Publication number
EP4649562A1
EP4649562A1 EP24710639.6A EP24710639A EP4649562A1 EP 4649562 A1 EP4649562 A1 EP 4649562A1 EP 24710639 A EP24710639 A EP 24710639A EP 4649562 A1 EP4649562 A1 EP 4649562A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
current collector
overvoltage
intermediate layer
overvoltage protection
layer
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
EP24710639.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Steffen Jakobi
Thomas Stark
Göran SÄNGER
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.)
Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens Mobility 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 Siemens Mobility GmbH filed Critical Siemens Mobility GmbH
Publication of EP4649562A1 publication Critical patent/EP4649562A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • 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
    • B60L3/04—Cutting off the power supply under fault conditions
    • 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
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/53—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells in combination with an external power supply, e.g. from overhead contact lines
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/16—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to fault current to earth, frame or mass
    • H02H3/167—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to fault current to earth, frame or mass combined with other earth-fault protective arrangements

Definitions

  • the invention relates to an overvoltage protection circuit for a current collector.
  • the invention also relates to a current collector.
  • the invention also relates to an electrically powered vehicle.
  • the invention relates to a method for overvoltage reduction with an overvoltage protection circuit.
  • a first layer also called the traction voltage layer
  • a second layer also called the intermediate layer
  • the third layer also called the chassis layer, is electrically connected to the vehicle chassis.
  • the intermediate layer is arranged in such a way that it cannot be touched by people during normal operation.
  • a surge arrester is installed in the pantograph between the positive potential and the negative potential of the traction voltage from the overhead line, which protects the cables and components of the pantograph and the vehicle from overvoltages.
  • one of the two contact wires usually the contact wire with the "negative" potential, has been earthed.
  • the overhead line voltage is "symmetrical", whereby the two contact wires of the overhead line should carry a positive or a negative voltage related to a common earthing point between them.
  • an overvoltage is generated in the overhead line, for example by lightning, it is possible that the overvoltage will penetrate between the two differently polarized contact wires and the chassis layer of the vehicle because the vehicle is not sufficiently insulated from the earth.
  • the task is therefore to provide overvoltage protection for a current collector for an electrically powered vehicle fed with direct current via a current collector from an overhead line, in particular an overhead line with contact wires with symmetrical distribution of potentials.
  • the overvoltage protection circuit according to the invention for a current collector of a vehicle electrically powered by direct current has a first overvoltage protection device, preferably a first overvoltage arrester, between a positive contact of the current collector and an intermediate layer of the current collector and a second overvoltage protection device, preferably a second overvoltage arrester, between a negative contact of the current collector and the intermediate layer of the current collector.
  • the pantograph has a traction voltage layer that is in electrical contact with the electrical voltage of the overhead line.
  • the traction voltage layer extends to a power electronics unit that is connected downstream of the pantograph and adapts the electrical voltage applied to the pantograph, preferably a low voltage (voltage class B), to the vehicle-specific electrical traction voltage.
  • a surge protection device is used to protect electronic circuits or devices against power surges and transient voltages. It is connected in parallel to the power supply circuit of the loads to be protected. Such a surge protection device varies its electrical resistance depending on an applied electrical voltage. In particular, the electrical resistance is reduced when the applied voltage increases or approaches a predetermined threshold value that corresponds to an overvoltage or exceeds this threshold value.
  • a surge protection device preferably comprises a so-called surge arrester, which has a semiconductor component, preferably a semiconductor switch, with an electrical resistance that changes depending on an applied electrical voltage.
  • the semiconductor component can comprise a characteristic curve which shows a continuous change in the electrical resistance depending on the applied electrical voltage, or comprise a semiconductor switch which shows a regular switching behavior between two different resistance values depending on an applied electrical voltage.
  • the surge protection device can also include a spark gap, which becomes conductive when a so-called flashover voltage occurs.
  • the intermediate layer is electrically insulated from the traction voltage layer, which in particular comprises the contacts of the current collector.
  • the intermediate layer is arranged in such a way that it is operation cannot be touched by persons.
  • the first overvoltage protection device is designed to monitor an electrical voltage between the positive contact of the current collector and the intermediate layer of the current collector, to detect an overvoltage and, if an overvoltage occurs, to reduce its electrical resistance, preferably to switch it through, in order to limit the overvoltage.
  • the second overvoltage protection device is designed to monitor an electrical voltage between the negative contact of the current collector and the intermediate layer of the current collector, to detect an overvoltage and, if an overvoltage occurs, to reduce its electrical resistance, preferably to switch it through, in order to limit the overvoltage.
  • the intermediate layer represents a kind of intermediate mass between the different potentials, which is insulated from the traction voltage layer and the chassis layer.
  • the first and the second overvoltage protection device preferably comprise the surge arresters mentioned at the beginning. These surge arresters comprise components whose electrical resistance varies depending on an applied electrical voltage.
  • a surge arrester comprises a switch, particularly preferably a semiconductor switch, which is designed to block during regular operation and to switch through when an overvoltage occurs in order to intermediate layer.
  • the overvoltage protection devices are preferably dimensioned in such a way that the electrical voltage applied to them is limited to a predetermined value. In normal operation, the overvoltage protection devices have a high impedance, and when switched on, they have a low impedance.
  • overvoltages protection devices When switched on, the overvoltage protection devices therefore form an electrical connection between the traction voltage layer and the intermediate layer.
  • overvoltages can be limited or avoided not only between the contacts of the current collector, but also between the contacts of the current collector and the intermediate layer. This is particularly necessary when using two unearthed contact wires with a positive or negative potential relative to an earth potential.
  • the current collector according to the invention comprises a traction voltage layer for receiving electrical energy from an overhead line at a potential of the overhead line, a chassis layer at a potential of a chassis of an electrically driven vehicle which comprises the current collector, an intermediate layer between the traction voltage layer and the chassis layer and an overvoltage protection circuit according to the invention at least between the traction voltage layer and the intermediate layer.
  • the current collector according to the invention shares the advantages of the overvoltage protection circuit according to the invention.
  • the electrically driven vehicle according to the invention has a current collector according to the invention for receiving electrical energy from an overhead line. Furthermore, the electrically driven vehicle according to the invention comprises power electronics for converting an electrical voltage applied to the current collector into an operating voltage or traction voltage of an electrical traction unit of the vehicle and such an electrical traction unit for driving the vehicle.
  • the electrically driven vehicle according to the invention powered vehicle shares the advantages of the pantograph according to the invention.
  • an electrical voltage between a positive contact of a current collector of an electrically driven vehicle equipped with the overvoltage circuit according to the invention and the intermediate layer of the current collector is monitored. Furthermore, an overvoltage is detected on the basis of the monitored electrical voltage in the event that the monitored electrical voltage exceeds a first predetermined threshold value. In addition, an overvoltage is limited when such an overvoltage occurs by reducing the electrical resistance of a first overvoltage protection device of the overvoltage protection circuit according to the invention between the positive contact of the current collector and the intermediate layer of the current collector.
  • the reduction takes place depending on the electrical voltage between the positive contact of the current collector and the intermediate layer of the current collector or if the first overvoltage protection device has a switch function, the first overvoltage protection device is switched through when the first predetermined threshold value is reached, so that the overvoltage is reduced by a current flow through the first overvoltage device.
  • an electrical voltage between the negative contact of the current collector and the intermediate layer of the current collector is monitored.
  • an overvoltage between the negative contact of the current collector and the intermediate layer is detected on the basis of the monitored electrical voltage. If such an overvoltage occurs, the overvoltage is reduced by reducing the electrical resistance of the second overvoltage protection device between the negative contact of the current collector and the intermediate layer of the current collector.
  • the electrical resistance of the second surge protection device between the negative contact of the current collector and the intermediate layer of the current collector is therefore varied as a function of an electrical voltage between the negative contact of the current collector and the intermediate layer of the current collector or, if the second surge protection device has a switch function, the surge protection device is switched through so that the overvoltage is reduced by a current flow through the second surge protection device.
  • both overvoltages that may occur between a contact wire with a positive potential and the intermediate layer and overvoltages that may occur between a contact wire with a negative potential and the intermediate layer are diverted by a resistance reduction of the first and second overvoltage protection device via the intermediate layer, which represents an intermediate ground. This is particularly necessary when using two non-earthed contact wires with a positive or negative potential relative to an earth potential.
  • Some of the above-mentioned components of the overvoltage protection circuit according to the invention can be implemented in whole or in part in the form of software modules in a processor of a corresponding computer system, e.g. of a control unit or an existing computer system of an electrically powered vehicle.
  • a largely software-based implementation has the advantage that previously used computer systems can also be easily upgraded by means of a software update in order to work in the manner according to the invention.
  • the object is also achieved by a corresponding computer program product with a computer program that can be loaded directly into a computer system of an electrically powered vehicle, with program sections to carry out the steps of the method according to the invention when the program is executed in the computer system.
  • threshold values of the components of the overvoltage protection circuit can advantageously be adapted to variable boundary conditions by targeted control.
  • permitted voltage values can depend on and vary from the electrical voltage applied to the overhead line. Adapting the switching behavior or the characteristic curve of the overvoltage protection devices can therefore be useful in such cases, for example by varying an additional externally controlled control voltage.
  • the status of the overvoltage device can be read in and evaluated by means of a controller.
  • Such a computer program can determine information about the type of defect and the identity of the defective component, in particular an overvoltage device, and if necessary, transmit this information automatically to other technical components or technical personnel.
  • protective measures can be taken automatically or manually, such as disconnecting a pantograph or taking the electrically powered vehicle out of service or carrying out repairs, in order to avoid or eliminate risks resulting from a defect in the overvoltage protection circuit.
  • Such a computer program product can, in addition to the computer program, possibly include additional components, such as documentation, and/or additional components, including hardware components, such as hardware keys (dongles, etc.) for using the software.
  • a computer-readable medium e.g.
  • a memory stick, a hard disk or another portable or permanently installed data storage device, on which the program sections of the computer program that can be read and executed by a computer system are stored, can be used for transport to the computer system and/or for storage on or in the computer system.
  • the computer system can, for example, have one or more cooperating microprocessors or the like for this purpose.
  • the overvoltage protection circuit according to the invention preferably has a third overvoltage protection device between the intermediate layer of the vehicle and a chassis layer of the vehicle.
  • This third overvoltage protection device is designed to monitor an electrical voltage between the intermediate layer of the current collector and the chassis layer of the current collector, to detect an overvoltage and, if an overvoltage occurs, to reduce its electrical resistance or even to switch it through in order to limit the overvoltage.
  • the third overvoltage protection device is preferably dimensioned such that an electrical voltage between the intermediate layer and the chassis layer is limited to a predetermined value.
  • an overvoltage protection is provided between the intermediate layer and the chassis layer and, in combination with the first and second overvoltage protection devices, an overvoltage protection between the traction tension layer and the chassis layer.
  • the overvoltage protection circuit according to the invention particularly preferably has a first insulation monitoring device which is designed to monitor an insulation resistance between the contacts of the current collector and the intermediate layer. Monitoring the insulation resistance enables the detection of an individual fault which leads to a low-resistance overvoltage device. Such an individual fault can occur, for example, due to a manufacturing fault or a lightning strike.
  • the first insulation monitoring device is designed in particular to monitor the functionality of the first and second overvoltage protection devices during regular operation.
  • the overvoltage protection circuit according to the invention most preferably has a second insulation monitoring device which is designed to monitor an insulation resistance between the intermediate layer and the chassis layer.
  • the second insulation monitoring device is designed in particular to monitor the functionality of the third overvoltage protection device during normal operation. Monitoring the insulation resistance advantageously prevents a dangerous voltage from being present on the chassis of the vehicle during normal operation.
  • the special arrangement of the surge protection devices and the insulation monitoring devices ensures that there is no dangerous contact voltage on the chassis of the vehicle and that the fault can be detected by an insulation monitoring device.
  • the current collector and the vehicle in question can then be immediately brought into a safe state by the control system.
  • the first and/or second insulation monitoring device are set up to issue an error message if it is determined during monitoring of a respective insulation resistance that a predetermined minimum value for an insulation resistance is not reached. The operating personnel are advantageously warned of an individual error.
  • the operating personnel can avoid touching parts that may be live and, on the other hand, identify a defective overvoltage protection device and replace it with a corresponding intact component. Furthermore, the entire system can be put into a safe state after receiving such an error message.
  • the current collector can be disconnected from the overhead line in order to avoid the occurrence of dangerous contact voltages during a defect in an overvoltage protection device.
  • an electrical voltage between the intermediate layer of the current collector and a chassis layer of the current collector is monitored. Furthermore, an overvoltage is detected on the basis of the monitored electrical voltage if the monitored electrical voltage exceeds a third predetermined threshold value. Finally, if an overvoltage occurs, the overvoltage is limited by reducing the electrical resistance or even switching through the third overvoltage protection device between the intermediate layer of the current collector and the chassis layer of the current collector.
  • overvoltage protection is created between the intermediate layer and the chassis layer and, in combination with the first and second overvoltage devices, overvoltage protection is created between the traction voltage layer and the chassis layer.
  • an insulation resistance between the contacts of the current collector and the intermediate layer is preferably monitored by a first insulation monitoring device.
  • An insulation resistance between the intermediate layer and the chassis layer is also preferably monitored by a second insulation monitoring device.
  • the resistance-time behavior of a surge protection device differs when it reacts correctly when an overvoltage occurs from the resistance-time behavior of an insulation resistor when it is defective. This different behavior means that the insulation monitoring devices can distinguish between a correct function of a surge protection device and a defective insulation resistor.
  • an error message is preferably issued in the event that a predetermined minimum value for an insulation resistance of a surge protection device is permanently undershot.
  • the error message preferably includes information for identifying the defective component and particularly preferably an automated control command for disconnecting the vehicle's current collector from the overhead line in order to prevent a dangerous electrical voltage from being applied to the chassis.
  • re-contacting the current collector with the overhead line is preferably blocked in order to avoid endangering the vehicle's operating personnel or maintenance personnel.
  • FIG 1 is a schematic representation of a conventional overvoltage protection circuit of a current collector
  • FIG 2 shows a schematic representation of an overvoltage protection circuit of a current collector according to an embodiment of the invention
  • FIG 3 is a flow chart illustrating a method for overvoltage reduction according to an embodiment of the invention
  • FIG 4 is a schematic representation of a current collector with an overvoltage protection circuit according to an embodiment of the invention.
  • FIG 5 shows an electrically driven vehicle with a current collector according to an embodiment of the invention.
  • FIG 1 shows a conventional overvoltage protection circuit 10 for a current collector of an electrically driven vehicle.
  • the overvoltage protection circuit 10 is designed for use on a grounded overhead line which provides a direct voltage.
  • the overvoltage protection circuit 10 is connected between the positive pole VCL+ and the negative pole VCL- of the current collector.
  • Overvoltages which can occur between the traction voltage layer TL, which is shown as a horizontal line in the upper section of the image in FIG 1, and the ground layers, i.e. the intermediate layer IL (not shown) and the chassis layer GL, which is shown as a horizontal line in the lower section of the image in FIG 1, are not limited in the current collector and must therefore be taken into account accordingly in the vehicle design.
  • the overvoltage protection circuit 10 shown in FIG 1 comprises two series-connected overhead lines.
  • Fuses 1 connected between the two poles VCL+, VCL- of the current collector, between which a surge arrester 2 is connected.
  • the surge arrester 2 can be used to divert overvoltages occurring between the two poles VCL+, VCL- of the current collector to the earthed negative pole VCL-.
  • the surge arrester 2 has a high electrical resistance during normal operation and switches to a state with a low electrical resistance if an overvoltage occurs.
  • the arrangement of the surge arresters la, lb, 2 shown in FIG 2 is monitored by insulation monitoring devices IMD1, IMD2.
  • a first insulation monitoring device IMD1 monitors the insulation resistance between the traction voltage layer TL and the intermediate layer IL and a second insulation monitoring device IMD2 monitors the insulation resistance between the intermediate layer IL and the chassis layer CL. If a resistance value of one of the insulation resistors falls below a predetermined value during normal operation, this resistance value is measured by one of the insulation monitoring devices IMD1, IMD2 and this defect state is reported.
  • FIG. 3 shows a flow chart 300 which illustrates a method for overvoltage reduction with an overvoltage protection circuit 20 according to an embodiment of the invention.
  • step 3 a first surge arrester la of the overvoltage protection circuit 20 is connected between a positive contact VCL+ of a current collector and an inter- medial layer IL of the current collector an electrical voltage Ui between the positive contact VCL+ of the current collector and the intermediate layer IL is monitored.
  • step 3. I I a check is carried out to determine whether an overvoltage which exceeds a first predetermined threshold value SW1 is present at the first surge arrester la. If the first predetermined threshold value SW1 is exceeded, which is symbolized by “y” in FIG. 3, the system goes on to step 3. I I I.
  • step 3. I I I the electrical resistance of the first surge protection device la decreases as a function of the level of the overvoltage, and the first surge arrester la thus discharges an overvoltage present between the traction voltage layer TL and the intermediate layer IL. If the first predetermined threshold value SW1 is not exceeded, which is symbolized by "n” in FIG. 3, the system returns to step 3. 1 and monitoring is continued.
  • step 3. IV an electrical voltage Ü2 between the negative contact VCL- of the current collector and the intermediate layer IL is monitored by a second surge arrester 1b of the surge protection circuit 20 between a negative contact VCL- of the current collector and the intermediate layer IL.
  • step 3.V it is checked whether an overvoltage is present at the second surge arrester 1b that exceeds a second predetermined threshold value SW2.
  • the process goes to step 3.VI.
  • step 3.VI the electrical resistance of the second surge arrester 1b decreases depending on the level of the overvoltage and the second surge arrester 1b thus discharges an overvoltage present between the traction voltage layer TL and the intermediate layer IL.
  • the process returns to step 3. IV and continues monitoring.
  • step 3. VI I an electrical voltage U3 between the intermediate layer IL and the chassis layer CL of the vehicle is monitored by a third surge arrester 2 of the surge protection circuit 20.
  • step 3. VI I I a check is carried out to determine whether an overvoltage is present at the third surge arrester 2 which exceeds a third predetermined threshold value SW3. If the threshold value is exceeded, which is symbolized by “y” in FIG. 3, the system goes on to step 3. IX. In step 3. IX the electrical resistance of the third surge arrester 2 decreases depending on the level of the overvoltage and the third surge arrester 2 thus discharges an overvoltage present between the intermediate layer IL and the chassis layer CL. If the third predetermined threshold value SW3 is not exceeded, which is symbolized by "n” in FIG. 3, the system returns to step 3. VI I and continues monitoring.
  • a first insulation monitoring device IMD1 checks in step 3.X whether an insulation resistance R-TL-IL between the traction voltage layer TL and the intermediate layer IL falls below a first predetermined resistance threshold value SWR1. In the event that the measured insulation resistance R-TL-IL falls below the first predetermined resistance threshold value SWR1, which is marked with "y" in FIG. 3, the system goes to step 3.XI and a first error message FM1 is output, which informs that the insulation resistance R-TL-IL between the traction voltage layer TL and the intermediate layer IL is too small.
  • a second insulation monitoring device IMD2 checks whether an insulation resistance R-IL-CL between the intermediate layer IL and the chassis layer CL falls below a second predetermined resistance threshold value SWR2. In the event that the measured insulation resistance R-IL-CL falls below the second predetermined resistance threshold SWR2, which is marked with "y" in FIG. 3, the system goes to step 3.XIII and a second error message FM2 is output, which informs that the insulation resistance R-IL-CL between the intermediate layer IL and the chassis layer CL is too small.
  • the respective error message FM1, FM2 can also include a request to replace the relevant surge arresters 1a, 1b, 2 and an instruction to block actions of the current collector, such as rewiring, in order to prevent an electrical hazard.
  • the measured insulation resistance R-IL-CL exceeds the second predetermined resistance threshold SWR2, which is marked with "n” in FIG. 3, it is assumed that there is no defect and the system goes to step 3.VII and monitoring is continued by the third surge arrester 2.
  • FIG 4 shows a schematic representation of a current collector 3 with an overvoltage protection circuit 20 according to an embodiment of the invention.
  • the current collector 3 contacts an overhead line 5, which is shown in the upper part of the illustration in FIG 4.
  • the current collector 3 has a traction voltage layer TL, which is in electrical contact with the electrical voltage of the overhead line 5.
  • the traction voltage layer TL extends to the power electronics 4, which is connected downstream of the current collector 3 and adapts the low voltage (voltage class B) present at the current collector 3 to the vehicle-specific electrical traction voltage.
  • FIG. 4 also shows the position of the overvoltage protection circuit 20 according to an embodiment of the invention, which limits an electrical voltage between the individual layers TL, IL, CL.
  • FIG. 5 shows an electrically driven vehicle 6 with a current collector 3 according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the electrically driven vehicle 6 contacts an overhead line 5 with the current collector 3 and draws electrical energy from the overhead line 5 for its traction.
  • the current collector 3 shown in FIG. 5 has an overvoltage protection circuit 20 according to an exemplary embodiment of the invention. If the insulation monitoring devices IMD1, IMD2 (see FIG. 2) of the overvoltage protection circuit 20 report an insulation fault or a malfunction of an overvoltage arrester 1a, 1b, 2 of the overvoltage protection circuit 20, the current collector 3 is automatically disconnected from the overhead line 5 and re-contact with the overhead line is blocked in order to avoid endangering the operating personnel or maintenance personnel of the vehicle 6.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

Es wird eine Überspannungsschutzschaltung (20) für einen Stromabnehmer (3) eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (6) beschrieben. Die Überspannungsschutzschaltung (20) umfasst ein erstes Überspannungsschutzgerät (1a) zwischen einem positiven Kontakt (VCL+) des Stromabnehmers (3) und einer intermediären Schicht (IL) des Stromabnehmers (3). Das erste Überspannungsschutzgerät (1a) ist dazu eingerichtet, eine elektrische Spannung (U1) zwischen dem positiven Kontakt (VCL+) des Stromabnehmers (3) und der intermediären Schicht (IL) des Stromabnehmers (3) zu überwachen, eine Überspannung zu detektieren und bei einem Auftreten einer Überspannung die Überspannung durch Reduzieren des elektrischen Widerstands des ersten Überspannungsschutzgeräts (1a) zu beschränken. Die Überspannungsschutzschaltung (20) umfasst auch ein zweites Überspannungsschutzgerät (1b) zwischen einem negativen Kontakt (VCL-) des Stromabnehmers (3) und der intermediären Schicht (IL) des Stromabnehmers (3). Das zweite Überspannungsschutzgerät (1b) ist dazu eingerichtet, eine elektrische Spannung (U2) zwischen dem negativen Kontakt (VCL-) des Stromabnehmers (3) und der intermediären Schicht (IL) des Stromabnehmers (3) zu überwachen, eine Überspannung zu detektieren und bei einem Auftreten einer Überspannung die Überspannung durch Reduzieren des elektrischen Widerstands des zweiten Überspannungsschutzgeräts (1b) zu beschränken. Außerdem wird ein Stromabnehmer (3) beschrieben. Es wird auch ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug (6) beschrieben. Es wird zudem ein Verfahren zur Überspannungsreduktion mit der Überspannungsschutzschaltung (20) angegeben.

Description

Überspannungsschutz für Stromabnehmer
Die Erfindung betri f ft eine Überspannungsschutzschaltung für einen Stromabnehmer . Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf einen Stromabnehmer . Außerdem betri f ft die Erfindung ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug . Überdies bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Überspannungsreduktion mit einer Überspannungs schütz Schaltung .
Stromabnehmer für Fahrzeuge , insbesondere Straßenfahrzeuge , welche Gleichstrom über Oberleitungen beziehen, weisen in der Regel eine doppelte I solation aus Gründen der elektrischen Sicherheit auf . Für eine doppelte I solation weisen die Stromabnehmer drei unterschiedliche Abschnitte , welche auch als „Layer" bzw . im Deutschen als „Schicht" bezeichnet werden, auf , die elektrisch zueinander isoliert ausgebildet sind .
Eine erste Schicht , welche auch als Traktionsspannungsschicht bezeichnet wird, kann im Kontakt zur Oberleitung stehen und auf dem Potenzial der Oberleitung sein . Eine zweite Schicht , welche auch als intermediäre Schicht bezeichnet wird, liegt zwischen der Traktionsspannungsschicht und einer dritten Schicht . Die dritte Schicht , die auch als Chassis-Schicht bezeichnet wird, ist elektrisch mit dem Fahrzeug-Chassis verbunden . Die intermediäre Schicht ist so angeordnet , dass sie im Normalbetrieb nicht durch Personen berührt werden kann .
In den bisherigen elektrisch angetriebenen Fahrzeugen ist im Stromabnehmer zwischen dem positiven Potenzial und dem negativen Potenzial der Traktionsspannung aus der Oberleitung ein Überspannungsableiter angeordnet , der Kabel und Bauteile des Stromabnehmers und des Fahrzeugs vor Überspannungen schützt . Bisher ist einer der beiden Fahrdrähte , üblicherweise der Fahrdraht mit dem „negativen" Potenzial , geerdet . Allerdings gibt es Bestrebungen, die Oberleitungsspannung „symmetrisch" zu gestalten, wobei die beiden Fahrdrähte der Oberleitung eine positive bzw . eine negative Spannung bezogen auf einen gemeinsamen Erdungspunkt zwischen ihnen führen sollen . Allerdings ist es möglich, wenn eine Überspannung, beispielsweise durch einen Blitz , in der Oberleitung erzeugt wird, dass die Überspannung zwischen den beiden unterschiedlich gepolten Fahrdrähten und der Chassis-Schicht des Fahrzeugs durchschlägt , da das Fahrzeug gegenüber der Erde nicht ausreichend isoliert ist .
Komponenten von Fahrzeugen, die die Oberleitung nützen, müssen also vor Überspannungen aus der Oberleitung geschützt werden . Denn bedingt durch die Impedanzen der Oberleitung können auch bei vorhandenen überspannungsbegrenzenden Maßnahmen in der Infrastruktur Überspannungen auf dem Fahrzeug auftreten, die nicht auf die erforderliche Höhe begrenzt sind .
Es besteht also die Aufgabe , einen Überspannungsschutz für einen Stromabnehmer für ein über einen Stromabnehmer aus einer Oberleitung, insbesondere einer Oberleitung mit Fahrdrähten mit symmetrischer Verteilung der Potenziale , mit Gleichstrom gespeistes elektrisch angetriebenes Fahrzeug bereitzustellen .
Diese Aufgabe wird durch eine Überspannungsschutzschaltung für einen Stromabnehmer gemäß Patentanspruch 1 , einen Stromabnehmer gemäß Patentanspruch 6 , ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug gemäß Patentanspruch 8 sowie ein Verfahren zur Überspannungsreduktion mit einer Überspannungsschutzschaltung gemäß Patentanspruch 9 gelöst .
Die erfindungsgemäße Überspannungsschutzschaltung für einen Stromabnehmer eines mit Gleichstrom elektrisch angetriebenen Fahrzeugs weist ein erstes Überspannungsschutzgerät , vorzugsweise einen ersten Überspannungsableiter, zwischen einem positiven Kontakt des Stromabnehmers und einer intermediären Schicht des Stromabnehmers und ein zweites Überspannungsschutzgerät , vorzugsweise einen zweiten Überspannungsableiter, zwischen einem negativen Kontakt des Stromabnehmers und der intermediären Schicht des Stromabnehmers auf . Der Stromabnehmer weist eine Traktionsspannungsschicht auf , die mit der elektrischen Spannung der Oberleitung in elektrischem Kontakt steht . Die Traktionsspannungsschicht reicht bis zu einer Leistungselektronik, die dem Stromabnehmer nachgeschaltet ist und die am Stromabnehmer anliegende elektrische Spannung, vorzugsweise eine Niederspannung ( Spannungsklasse B) auf die fahrzeugspezi fische elektrische Traktionsspannung adaptiert .
Ein Überspannungsschutzgerät wird zum Schutz elektronischer Schaltungen oder Geräte vor Stromstößen und transienten Spannungen verwendet . Es wird parallel zum Stromversorgungskreis der zu schützenden Lasten geschaltet . Ein solches Überspannungsschutzgerät variiert seinen elektrischen Widerstand in Abhängigkeit von einer angelegt elektrischen Spannung . Insbesondere wird der elektrische Widerstand reduziert , wenn die angelegte Spannung sich erhöht bzw . sich einem vorbestimmten Schwellwert nähert , der einer Überspannung entspricht , bzw . diesen Schwellwert übersteigt . Ein Überspannungsschutzgerät umfasst vorzugsweise einen sogenannten Überspannungsableiter, welcher ein Halbleiterbauelement , vorzugsweise einen Halbleiterschalter, mit einem sich in Abhängigkeit von einer anliegenden elektrischen Spannung ändernden elektrischen Widerstand aufweist . Das Halbleiterbauelement kann eine Kennlinie umfassen, welche eine kontinuierliche Änderung des elektrischen Widerstands in Abhängigkeit von der anliegenden elektrischen Spannung zeigt , oder einen Halbleiterschalter umfassen, der ein regelrechtes Schaltverhalten zwischen zwei unterschiedlichen Widerstandswerten in Abhängigkeit von einer anliegenden elektrischen Spannung zeigt . Das Überspannungsschutzgerät kann auch eine Funkenstrecke umfassen, welche bei einer sogenannten Überschlagspannung leitend wird .
Wie bereits erläutert , ist die intermediäre Schicht gegenüber der Traktionsspannungsschicht , welche insbesondere die Kontakte des Stromabnehmers umfasst , elektrisch isoliert . Die intermediäre Schicht ist so angeordnet , dass sie im Normalbe- trieb nicht durch Personen berührt werden kann . Durch die Anordnung zweier Überspannungsschutzgeräte zwischen den unterschiedlichen Potenzialen der Fahrdrähte der Oberleitung und der intermediären Schicht lassen sich sowohl Überspannungen, die möglicherweise zwischen einem Fahrdraht mit einem positiven Potenzial und der intermediären Schicht auftreten, als auch Überspannungen, die möglicherweise zwischen einem Fahrdraht mit einem negativen Potenzial und der intermediären Schicht auftreten, ableiten .
Hierzu ist das erste Überspannungsschutzgerät dazu eingerichtet , eine elektrische Spannung zwischen dem positiven Kontakt des Stromabnehmers und der intermediären Schicht des Stromabnehmers zu überwachen, eine Überspannung zu detektieren und bei einem Auftreten einer Überspannung seinen elektrischen Widerstand zu reduzieren, vorzugsweise durchzuschalten, um die Überspannung zu beschränken . Weiterhin ist das zweite Überspannungsschutzgerät dazu eingerichtet , eine elektrische Spannung zwischen dem negativen Kontakt des Stromabnehmers und der intermediären Schicht des Stromabnehmers zu überwachen, eine Überspannung zu detektieren und bei einem Auftreten einer Überspannung seinen elektrischen Widerstand zu reduzieren, vorzugsweise durchzuschalten, um die Überspannung zu beschränken .
Die intermediäre Schicht stellt dabei eine Art Zwischenmasse zwischen den unterschiedlichen Potenzialen dar, die zur Traktionsspannungsschicht und zur Chassis-Schicht hin isoliert ist . Das erste und das zweite Überspannungsschutzgerät umfassen bevorzugt die eingangs erwähnten Überspannungsableiter . Diese Überspannungsableiter umfassen Bauelemente , deren elektrischer Widerstand in Abhängigkeit von einer anliegenden elektrischen Spannung variiert . Vorzugsweise umfasst ein solcher Überspannungsableiter einen Schalter, besonders bevorzugt einen Halbleiterschalter, welcher dazu eingerichtet ist , bei einem regulären Betrieb zu sperren und bei dem Auftreten einer Überspannung durchzuschalten, um die Überspannung zur intermediären Schicht hin abzubauen . Die Überspannungsschutzgeräte werden vorzugsweise derart dimensioniert , dass die an ihnen anliegende elektrische Spannung auf einen vorbestimmten Wert beschränkt wird . Im regulären Betrieb sind die Überspannungsschutzgeräte hochohmig, im durchgeschalteten Zustand niederohmig . Die Überspannungsschutzgeräte bilden also im durchgeschalteten Zustand eine elektrische Verbindung zwischen der Traktionsspannungsschicht und der intermediären Schicht . Vorteilhaft können Überspannungen nicht nur zwischen den Kontakten des Stromabnehmers , sondern auch zwischen den Kontakten des Stromabnehmers und der intermediären Schicht beschränkt bzw . vermieden werden . Dies ist insbesondere bei einem Einsatz von zwei nicht geerdeten Fahrdrähten mit einem positiven bzw . negativen Potenzial relativ zu einem Erdpotenzial notwendig .
Der erfindungsgemäße Stromabnehmer umfasst eine Traktionsspannungsschicht zum Empfangen von elektrischer Energie aus einer Oberleitung auf einem Potenzial der Oberleitung, eine Chassis-Schicht auf einem Potenzial eines Chassis eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs , welches den Stromabnehmer umfasst , eine intermediäre Schicht zwischen der Traktionsspannungsschicht und der Chassis-Schicht und eine erfindungsgemäße Überspannungsschutzschaltung mindestens zwischen der Traktionsspannungsschicht und der intermediären Schicht . Der erfindungsgemäße Stromabnehmer teil die Vorteile der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzschaltung .
Das erfindungsgemäße elektrisch angetriebene Fahrzeug weist einen erfindungsgemäßen Stromabnehmer zum Empfangen von elektrischer Energie aus einer Oberleitung auf . Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße elektrisch angetriebene Fahrzeug eine Leistungselektronik zum Umwandeln einer an dem Stromabnehmer anliegenden elektrischen Spannung in eine Betriebsspannung bzw . Traktionsspannung einer elektrischen Traktionseinheit des Fahrzeugs und eine solche elektrische Traktionseinheit zum Antreiben des Fahrzeugs . Das erfindungsgemäße elektrisch angetriebene Fahrzeug teilt die Vorteile des erfindungsgemäßen Stromabnehmers .
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überspannungsreduktion mit einer erfindungsgemäßen Überspannungsschutzschaltung wird eine elektrische Spannung zwischen einem positiven Kontakt eines Stromabnehmers eines mit der erfindungsgemäßen Überspannungsschaltung ausgerüsteten elektrisch angetriebenen Fahrzeugs und der intermediären Schicht des Stromabnehmers überwacht . Weiterhin wird eine Überspannung auf Basis der überwachten elektrischen Spannung detektiert , für den Fall , dass die überwachte elektrische Spannung einen ersten vorbestimmten Schwellwert überschreitet . Zudem wird eine Überspannung bei einem Auftreten einer solchen Überspannung durch Reduzieren des elektrischen Widerstands eines ersten Überspannungsschutzgeräts der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzschaltung zwischen dem positiven Kontakt des Stromabnehmers und der intermediären Schicht des Stromabnehmers beschränkt . Die Reduktion erfolgt in Abhängigkeit von der elektrischen Spannung zwischen dem positiven Kontakt des Stromabnehmers und der intermediären Schicht des Stromabnehmers oder falls das erste Überspannungsschutzgerät eine Schalterfunktion aufweist , wird das erste Überspannungsschutzgerät bei einem Erreichen des ersten vorbestimmten Schwellwerts durchgeschaltet , so dass die Überspannung durch einen Stromfluss durch das erste Überspannungsgerät abgebaut wird .
Weiterhin wird eine elektrische Spannung zwischen dem negativen Kontakt des Stromabnehmers und der intermediären Schicht des Stromabnehmers überwacht . Für den Fall , dass die überwachte elektrische Spannung einen zweiten vorbestimmten Schwellwert überschreitet , wird auf Basis der überwachten elektrischen Spannung eine Überspannung zwischen dem negativen Kontakt des Stromabnehmers und der intermediären Schicht detektiert . Bei einem Auftreten einer solchen Überspannung wird die Überspannung durch Reduzieren des elektrischen Widerstands des zweiten Überspannungsschutzgeräts zwischen dem negativen Kontakt des Stromabnehmers und der intermediären Schicht des Stromabnehmers beschränkt .
Es wird also der elektrische Widerstand des zweiten Überspannungsschutzgeräts zwischen dem negativen Kontakt des Stromabnehmers und der intermediären Schicht des Stromabnehmers in Abhängigkeit von einer elektrischen Spannung zwischen dem negativen Kontakt des Stromabnehmers und der intermediären Schicht des Stromabnehmers variiert bzw . falls das zweite Überspannungsschutzgerät eine Schalterfunktion aufweist , wird das Überspannungsschutzgerät durchgeschaltet , so dass die Überspannung durch einen Stromfluss durch das zweite Überspannungsgerät abgebaut wird .
Vorteilhaft werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowohl Überspannungen, die möglicherweise zwischen einem Fahrdraht mit einem positiven Potenzial und der intermediären Schicht auftreten, als auch Überspannungen, die möglicherweise zwischen einem Fahrdraht mit einem negativen Potenzial und der intermediären Schicht auftreten, durch eine Widerstandsreduktion des ersten und zweiten Überspannungsschutzgeräts über die intermediäre Schicht , welche eine intermediäre Masse darstellt , abgeleitet . Dies ist insbesondere bei einem Einsatz von zwei nicht geerdeten Fahrdrähten mit einem positiven bzw . negativen Potenzial relativ zu einem Erdpotenzial notwendig .
Ein Teil der zuvor genannten Komponenten der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzschaltung kann ganz oder teilweise in Form von Softwaremodulen in einem Prozessor eines entsprechenden Rechensystems realisiert werden, z . B . von einer Steuereinheit oder einem bereits vorhandenen Rechensystem eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs . Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil , dass auch schon bisher verwendete Rechensysteme auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten . Insofern wird die Aufgabe auch durch ein entsprechendes Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm gelöst , welches direkt in ein Rechensystem eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs ladbar ist , mit Programmabschnitten, um die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens aus zuführen, wenn das Programm in dem Rechensystem ausgeführt wird . Vorteilhaft können zum Beispiel Schwellwerte der Komponenten der Überspannungsschutzschaltung, insbesondere der Überspannungsschutzgeräte oder der später noch erläuterten I solationsüber- wachungseinrichtungen durch eine gezielte Ansteuerung an variable Randbedingungen angepasst werden . Beispielsweise können erlaubte Spannungswerte von der an der Oberleitung anliegenden elektrischen Spannung abhängen und variieren . Eine Anpassung des Schaltverhaltens bzw . der Kennlinie der Überspannungsschutzgeräte kann daher in solchen Fällen, beispielsweise durch das Variieren einer zusätzlichen extern kontrollierten Steuerspannung, sinnvoll sein . Bei Überspannungsgeräten mit Meldekontakt bzw . I solationsüberwachungseinrichtungen kann der Zustand des Überspannungsgerätes mittels einer Steuerung eingelesen und ausgewertet werden . Weiterhin können durch ein solches Computerprogramm Informationen über die Art eines Defekts , die Identität der defekten Komponente , insbesondere eines Überspannungsgeräts , ermittelt werden und gegebenenfalls automatisiert an andere technische Komponenten oder technisches Personal übermittelt werden . Vorteilhaft können auf Basis dieser Informationen automatisiert oder von Hand Schutzmaßnahmen, wie zum Beispiel das Abbügeln eines Stromabnehmers oder das Außerbetriebsetzen des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs oder eine Reparatur, ergri f fen werden, um Gefahren, die aus einem Defekt der Überspannungsschutzschaltung resultieren, zu vermeiden bzw . zu beheben . Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Computerprogramm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile , wie z . B . eine Dokumentation, und/oder zusätzliche Komponenten, auch Hardware- Komponenten, wie z . B . Hardware-Schlüssel ( Dongles etc . ) zur Nutzung der Software , umfassen . Zum Transport zum Rechensystem und/oder zur Speicherung an oder in dem Rechensystem kann ein computerlesbares Medium, z . B . ein Memorystick, eine Festplatte oder ein sonstiger transportabler oder fest eingebauter Datenträger dienen, auf welchem die von einem Rechensystem einlesbaren und aus führbaren Programmabschnitte des Computerprogramms gespeichert sind . Das Rechensystem kann z . B . hierzu einen oder mehrere zusammenarbeitende Mikroprozessoren oder dergleichen aufweisen .
Die abhängigen Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung enthalten j eweils besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung . Dabei können insbesondere die Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie und deren Beschreibungsteilen weitergebildet sein . Zudem können im Rahmen der Erfindung die verschiedenen Merkmale unterschiedlicher Aus führungsbeispiele und Ansprüche auch zu neuen Aus führungsbeispielen kombiniert werden .
Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Überspannungsschutzschaltung ein drittes Überspannungsschutzgerät zwischen der intermediären Schicht des Fahrzeugs und einer Chassis-Schicht des Fahrzeugs auf . Dieses dritte Überspannungsschutzgerät ist dazu eingerichtet , eine elektrische Spannung zwischen der intermediären Schicht des Stromabnehmers und der Chassis- Schicht des Stromabnehmers zu überwachen, eine Überspannung zu detektieren und bei einem Auftreten einer Überspannung eine Reduktion ihres elektrischen Widerstands vorzunehmen bzw . sogar durchzuschalten, um die Überspannung zu beschränken . Das dritte Überspannungsschutzgerät ist vorzugsweise so dimensioniert , dass eine elektrische Spannung zwischen der intermediären Schicht und der Chassis-Schicht auf einen vorbestimmten Wert beschränkt wird . Vorteilhaft wird ein Überspannungsschutz zwischen der intermediären Schicht und der Chassis-Schicht und in Kombination mit den ersten und zweiten Überspannungsschutzgeräten ein Überspannungsschutz zwischen der Traktionsspannungsschicht und der Chassis-Schicht hergestellt .
Besonders bevorzugt weist die erfindungsgemäße Überspannungsschutzschaltung eine erste I solationsüberwachungseinrichtung auf , welche dazu eingerichtet ist , einen I solationswiderstand zwischen den Kontakten des Stromabnehmers und der intermediären Schicht zu überwachen . Die Überwachung des I solationswiderstands ermöglicht die Erkennung eines Einzel fehlers , der zu einem niederohmigen Überspannungsgerät führt . Ein solcher Einzel fehler kann zum Beispiel aufgrund eines Herstellungsfehlers oder eines Blitzschlags auftreten . Die erste I solati- onsüberwachungseinrichtung ist insbesondere dazu ausgebildet , die Funktions fähigkeit des ersten und zweiten Überspannungsschutzgeräts im regulären Betrieb zu überwachen .
Ganz besonders bevorzugt weist die erfindungsgemäße Überspannungsschutzschaltung eine zweite I solationsüberwachungsein- richtung auf , welche dazu eingerichtet ist , einen I solationswiderstand zwischen der intermediären Schicht und der Chassis-Schicht zu überwachen . Die zweite I solationsüberwachungs- einrichtung ist insbesondere dazu ausgebildet , die Funktionsfähigkeit des dritten Überspannungsschutzgeräts im regulären Betrieb zu überwachen . Vorteilhaft wird durch die Überwachung des I solationswiderstands verhindert , dass im regulären Betrieb eine gefährliche Spannung am Chassis des Fahrzeugs anliegen kann .
Sollte ein Überspannungsschutzgerät aufgrund eines Fehlers niederohmig werden, ohne dass eine Überspannung vorliegt , so wird durch die besondere Anordnung der Überspannungsschutzgeräte und durch die I solationsüberwachungseinrichtungen gewährleistet , dass keine gefährliche Berührungsspannung am Chassis des Fahrzeugs anliegt und der Fehler durch eine I so- lationsüberwachungseinrichtung detektiert werden kann . Der Stromabnehmer und das betref fende Fahrzeug können dann durch die Steuerung sofort in einen sicheren Zustand gebracht werden . In einer Variante der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzschaltung sind die erste und/oder zweite I solationsüberwa- chungseinrichtung dazu eingerichtet , für den Fall , dass bei der Überwachung eines j eweiligen I solationswiderstands ermittelt wird, dass ein vorbestimmter Mindestwert für einen I solationswiderstand unterschritten wird, eine Fehlermeldung aus zugeben . Vorteilhaft wird das Bedienpersonal vor einem Einzel fehler gewarnt . Einerseits kann das Bedienpersonal eine Berührung möglicherweise unter Spannung stehender Teile vermeiden und andererseits ein defektes Überspannungsschutzgerät identi fi zieren und durch eine entsprechende intakte Komponente austauschen . Weiterhin kann das Gesamtsystem nach Erhalt einer solchen Fehlermeldung in einen sicheren Zustand versetzt werden . Insbesondere kann der Stromabnehmer von der Oberleitung getrennt werden, um ein Auftreten von gefährlichen Berührungsspannungen während eines Defekts eines Überspannungsschutzgeräts zu vermeiden .
In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überspannungsreduktion mit einer Überspannungsschutzschaltung wird eine elektrische Spannung zwischen der intermediären Schicht des Stromabnehmers und einer Chassis-Schicht des Stromabnehmers überwacht . Weiterhin wird eine Überspannung auf Basis der überwachten elektrischen Spannung, falls die überwachte elektrische Spannung einen dritten vorbestimmten Schwellwert überschreitet , detektiert . Schließlich wird die Überspannung bei einem Auftreten einer Überspannung durch Reduktion des elektrischen Widerstands oder gar ein Durchschalten des dritten Überspannungsschutzgeräts zwischen der intermediären Schicht des Stromabnehmers und der Chassis-Schicht des Stromabnehmers beschränkt . Vorteilhaft wird ein Überspannungsschutz zwischen der intermediären Schicht und der Chassis-Schicht und in Kombination mit den ersten und zweiten Überspannungsgeräten ein Überspannungsschutz zwischen der Traktionsspannungsschicht und der Chassis-Schicht hergestellt . Um das Auftreten von Fehl funktionen eines Überspannungsschutzgeräts zu erkennen bzw . die Funktion der Überspannungsschutzgeräte zu überwachen, wird bevorzugt durch eine erste Isolationsüberwachungseinrichtung ein I solationswiderstand zwischen den Kontakten des Stromabnehmers und der intermediären Schicht überwacht . Ebenfalls bevorzugt wird durch eine zweite I solationsüberwachungseinrichtung ein I solationswiderstand zwischen der intermediären Schicht und der Chassis- Schicht überwacht . Vorteilhaft kann eine Fehl funktion eines Überspannungsschutzgeräts , welche zu einem Anliegen einer gefährlichen Spannung am Chassis führen könnte , rechtzeitig erkannt werden und es können Gegenmaßnahmen, wie zum Beispiel eine Stilllegung oder Reparaturmaßnahmen ergri f fen werden .
Das Widerstands-Zeit-Verhalten eines Überspannungsschutzgeräts unterscheidet sich bei einer korrekten Reaktion bei einem Auftreten einer Überspannung von dem Widerstands-Zeit- Verhalten eines I solationswiderstands bei einem Defekt . Mithin lässt sich aufgrund dieses unterschiedlichen Verhaltens eine korrekte Funktion eines Überspannungsschutzgeräts von einem defekten I solationswiderstand durch die I solationsüber- wachungseinrichtungen unterscheiden .
Um das Bedienpersonal oder Wartungspersonal von einer Fehlfunktion eines Uberspannungsschut zgeräts in Kenntnis zu setzen und den defekten Überspannungsableiter zu identi fi zieren, wird bevorzugt für den Fall , dass ein vorbestimmter Mindestwert für einen I solationswiderstand eines Uberspannungs- schutzgeräts dauerhaft unterschritten wird, eine Fehlermeldung ausgegeben . Die Fehlermeldung umfasst bevorzugt eine Information zur Identi fi zierung der defekten Komponente und besonders bevorzugt einen automatisierten Steuerungsbefehl zum Trennen des Stromabnehmers des Fahrzeugs von der Oberleitung, um das Anliegen einer gefährlichen elektrischen Spannung am Chassis zu vermeiden . Außerdem wird vorzugsweise ein Wiederkontaktieren des Stromabnehmers mit der Oberleitung blockiert , um eine Gefährdung des Bedienpersonals oder Wartungspersonals des Fahrzeugs zu vermeiden Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Aus führungsbeispielen noch einmal näher erläutert . Es zeigen :
FIG 1 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Überspannungsschutzschaltung eines Stromabnehmers ,
FIG 2 eine schematische Darstellung einer Überspannungsschutzschaltung eines Stromabnehmers gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung,
FIG 3 ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zur Überspannungsreduktion gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht ,
FIG 4 eine schematische Darstellung eines Stromabnehmers mit einer Überspannungsschutzschaltung gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung,
FIG 5 ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einem Stromabnehmer gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung .
In FIG 1 ist eine herkömmliche Überspannungsschutzschaltung 10 für einen Stromabnehmer eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs gezeigt . Die Überspannungsschutzschaltung 10 ist für den Einsatz an einer geerdeten Oberleitung, welche eine Gleichspannung bereithält , ausgelegt . Die Überspannungsschutzschaltung 10 ist zwischen den positiven Pol VCL+ und den negativen Pol VCL- des Stromabnehmers geschaltet . Überspannungen, die zwischen der Traktionsspannungsschicht TL, welche in FIG 1 im oberen Bildabschnitt als waagerechte Linie eingezeichnet ist , und den Masse-Schichten, d . h . der intermediären Schicht IL (nicht gezeigt ) und der Chassis-Schicht GL, welche in FIG 1 im unteren Bildabschnitt als waagerechte Linie eingezeichnet ist , auftreten können, werden im Stromabnehmer nicht beschränkt und müssen daher bei dem Fahrzeugdesign entsprechend berücksichtigt werden . Die in FIG 1 gezeigte Überspannungsschutzschaltung 10 umfasst zwei in Reihe zwischen die beiden Pole VCL+ , VCL- des Stromabnehmers geschaltete Sicherungen 1 , zwischen die ein Überspannungsableiter 2 geschaltet ist . Mit dem Überspannungsableiter 2 lassen sich zwischen den beiden Polen VCL+ , VCL- des Stromabnehmers auftretende Überspannungen zu dem geerdeten negativen Pol VCL- hin ableiten . Der Überspannungsableiter 2 weist im regulären Betrieb einen hohen elektrischen Widerstand auf und schaltet im Fall eines Auftretens einer Überspannung in einen Zustand mit einem niedrigen elektrischen Widerstand .
In FIG 2 ist eine Überspannungsschutzschaltung 20 gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung für einen Stromabnehmer eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs veranschaulicht . Die in FIG 2 gezeigte Überspannungsschutzschaltung 20 umfasst ebenso wie die in FIG 1 gezeigte herkömmliche Anordnung zwei zwischen die beiden Pole VCL+ , VCL- des Stromabnehmers geschaltete Sicherungen 1 . Die in FIG 2 gezeigte Überspannungsschutzschaltung 20 unterscheidet sich von der in FIG 1 gezeigten herkömmlichen Überspannungsschutzschaltung 10 dahingehend, dass einer erster und ein zweiter Überspannungsableiter la, 1b zwischen dem Pluspol VCL+ und dem Minuspol VCL- des Stromabnehmers und der intermediären Schicht IL des Stromabnehmers , welche in FIG 2 in einem mittleren Bildabschnitt als waagerechte Linie eingezeichnet ist , angeordnet sind . Ein weiterer dritter Überspannungsableiter 2 ist zwischen der intermediären Schicht IL des Stromabnehmers und der Chassis-Schicht CL des Stromabnehmers , welche in FIG 2 als waagerechte Linie im unteren Bildabschnitt eingezeichnet ist , geschaltet . Somit werden elektrische Spannungen zwischen der Traktionsspannungsschicht TL und der intermediären Schicht IL sowie zwischen der intermediären Schicht IL und der Chassis- Schicht CL mit j eweils einem Überspannungsableiter la, 1b, 2 beschränkt . Der Überspannungsschutz zwischen dem positiven Pol VCL+ und dem negativen Pol VCL- des Stromabnehmers wird durch die Reihenschaltung des ersten und zweiten Überspannungsableiters la, 1b realisiert . Der Überspannungsschutz zwischen der intermediären Schicht IL und der Chassis-Schicht CL wird durch den dritten Überspannungsableiter 2 realisiert . Ein Überspannungsschutz zwischen der Traktionsspannungsschicht TL und der Chassis-Schicht CL wird durch die Reihenschaltung des ersten und des dritten Überspannungsableiters la, 2 und die Reihenschaltung des zweiten und des dritten Überspannungsableiters 1b, 2 realisiert .
Die Überspannungsableiter la, 1b, 2 sind derart dimensioniert , dass die elektrische Spannung zwischen den drei Schichten TL, IL, CL auf festgelegte Werte beschränkt ist . Damit wird ein gewisser Schutz der elektrischen Komponenten im Fahrzeug vor Überspannung erreicht . Im Normalbetrieb sind alle Überspannungsableiter la, 1b, 2 hochohmig . Tritt j edoch eine Überspannung auf , so werden die Überspannungsableiter la, 1b, 2 niederohmig und beschränken damit die Überspannung .
Die in FIG 2 gezeigte Anordnung der Überspannungsableiter la, lb, 2 wird durch I solationsüberwachungseinrichtungen IMD1 , IMD2 überwacht . Eine erste I solationsüberwachungseinrichtung IMD1 überwacht den I solationswiderstand zwischen der Traktionsspannungsschicht TL und der intermediären Schicht IL und eine zweite I solationsüberwachungseinrichtung IMD2 überwacht den I solationswiderstand zwischen der intermediären Schicht IL und der Chassis-Schicht CL . Fällt ein Widerstandswert eines der I solationswiderstände im Normalbetrieb unter einen vorbestimmten Wert , so wird dieser Widerstandswert von einer der I solationsüberwachungseinrichtungen IMD1 , IMD2 gemessen und es wird dieser Defekt zustand gemeldet .
In FIG 3 ist ein Flussdiagramm 300 gezeigt , mit dem ein Verfahren zur Überspannungsreduktion mit einer Überspannungsschutzschaltung 20 gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht wird .
Bei dem Schritt 3 . 1 wird durch einen ersten Überspannungsableiter la der Überspannungsschutzschaltung 20 zwischen einem positiven Kontakt VCL+ eines Stromabnehmers und einer inter- mediären Schicht IL des Stromabnehmers eine elektrische Spannung Ui zwischen dem positiven Kontakt VCL+ des Stromabnehmers und der intermediären Schicht IL überwacht .
Bei dem Schritt 3 . I I wird geprüft , ob an dem ersten Überspannungsableiter la eine Überspannung anliegt , die einen ersten vorbestimmten Schwellwert SW1 überschreitet . Für den Fall , dass der erste vorbestimmte Schwellwert SW1 überschritten wird, was in FIG 3 mit „y" symbolisiert wird, wird zu dem Schritt 3 . I I I übergegangen . Bei dem Schritt 3 . I I I verringert sich der elektrische Widerstand des ersten Überspannungsschutzgeräts la in Abhängigkeit von der Höhe der Überspannung und der erste Überspannungsableiter la leitet damit eine zwischen der Traktionsspannungsschicht TL und der intermediären Schicht IL anliegende Überspannung ab . Für den Fall , dass der erste vorbestimmte Schwellwert SW1 nicht überschritten wird, was in FIG 3 mit „n" symbolisiert ist , wird zu dem Schritt 3 . 1 zurückgekehrt und die Überwachung fortgesetzt .
Bei dem Schritt 3 . IV wird durch einen zweiten Überspannungsableiter 1b der Überspannungsschutzschaltung 20 zwischen einem negativen Kontakt VCL- des Stromabnehmers und der intermediären Schicht IL eine elektrische Spannung Ü2 zwischen dem negativen Kontakt VCL- des Stromabnehmers und der intermediären Schicht IL überwacht .
Bei dem Schritt 3 . V wird geprüft , ob an dem zweiten Überspannungsableiter 1b eine Überspannung anliegt , die einen zweiten vorbestimmten Schwellwert SW2 überschreitet . Für den Fall , dass der zweite vorbestimmte Schwellwert SW2 überschritten wird, was in FIG 3 mit „y" symbolisiert wird, wird zu dem Schritt 3 . VI übergegangen . Bei dem Schritt 3 . VI verringert sich der elektrische Widerstand des zweiten Überspannungsableiters 1b in Abhängigkeit von der Höhe der Überspannung und der zweite Überspannungsableiter 1b leitet damit eine zwischen der Traktionsspannungsschicht TL und der intermediären Schicht IL anliegende Überspannung ab . Für den Fall , dass der zweite vorbestimmte Schwellwert SW2 nicht überschritten wird, was in FIG 3 mit „n" symbolisiert ist , wird zu dem Schritt 3 . IV zurückgekehrt und die Überwachung fortgesetzt .
Bei dem Schritt 3 . VI I wird durch einen dritten Überspannungsableiter 2 der Überspannungsschutzschaltung 20 zwischen der intermediären Schicht IL und der Chassis-Schicht CL des Fahrzeugs eine elektrische Spannung U3 zwischen der intermediären Schicht IL und der Chassis-Schicht CL überwacht .
Bei dem Schritt 3 . VI I I wird geprüft , ob an dem dritten Überspannungsableiter 2 eine Überspannung anliegt , die einen dritten vorbestimmten Schwellwert SW3 überschreitet . Für den Fall , dass der Schwellwert überschritten wird, was in FIG 3 mit „y" symbolisiert wird, wird zu dem Schritt 3 . IX übergegangen . Bei dem Schritt 3 . IX verringert sich der elektrische Widerstand des dritten Überspannungsableiters 2 in Abhängigkeit von der Höhe der Überspannung und der dritte Überspannungsableiter 2 leitet damit eine zwischen der intermediären Schicht IL und der Chassis-Schicht CL anliegende Überspannung ab . Für den Fall , dass der dritte vorbestimmte Schwellwert SW3 nicht überschritten wird, was in FIG 3 mit „n" symbolisiert ist , wird zu dem Schritt 3 . VI I zurückgekehrt und die Überwachung fortgesetzt .
Nachdem die Überspannungsschutzschaltung 20 wieder in den Normalbetrieb übergegangen ist , in dem keine Überspannung an dem Stromabnehmer anliegt , prüft bei dem Schritt 3 . X eine erste I solationsüberwachungseinrichtung IMD1 , ob ein I solationswiderstand R-TL- IL zwischen der Traktionsspannungsschicht TL und der intermediären Schicht IL einen ersten vorbestimmten Widerstands-Schwellwert SWR1 unterschreitet . Für den Fall , dass der gemessene I solationswiderstand R-TL- IL den ersten vorbestimmten Widerstands-Schwellwert SWR1 unterschreitet , was in FIG 3 mit „y" gekennzeichnet ist , wird zu dem Schritt 3 . XI übergegangen und eine erste Fehlermeldung FM1 ausgegeben, welche darüber informiert , dass der I solationswiderstand R-TL- IL zwischen der Traktionsspannungsschicht TL und der intermediären Schicht IL zu klein ist . Für den Fall, dass der gemessene Isolationswiderstand R-TL-IL den ersten vorbestimmten Widerstands-Schwellwert SWR1 überschreitet, was in FIG 3 mit „n" gekennzeichnet ist, wird davon ausgegangen, dass kein Defekt vorliegt, und zu den Schritten 3.1, 3. IV übergegangen und die Überwachung durch den ersten und zweiten Überspannungsableiter 1, 2 fortgesetzt.
Bei dem Schritt 3. XII prüft, ebenfalls im Normalbetrieb, eine zweite Isolationsüberwachungseinrichtung IMD2, ob ein Isolationswiderstand R-IL-CL zwischen der intermediären Schicht IL und der Chassis-Schicht CL einen zweiten vorbestimmten Widerstandsschwellwert SWR2 unterschreitet. Für den Fall, dass der gemessene Isolationswiderstand R-IL-CL den zweiten vorbestimmten Widerstandsschwellwert SWR2 unterschreitet, was in FIG 3 mit „y" gekennzeichnet ist, wird zu dem Schritt 3. XIII übergegangen und eine zweite Fehlermeldung FM2 ausgegeben, welche darüber informiert, dass der Isolationswiderstand R- IL-CL zwischen der intermediären Schicht IL und der Chassis- Schicht CL zu klein ist. Die jeweilige Fehlermeldung FM1, FM2 kann auch eine Aufforderung zum Austausch der betreffenden Überspannungsableiter la, 1b, 2 und eine Anweisung zum Blockieren von Aktionen des Stromabnehmers, wie zum Beispiel ein erneutes Andrahten, umfassen, um eine elektrische Gefährdung zu verhindern. Für den Fall, dass der der gemessene Isolationswiderstand R-IL-CL den zweiten vorbestimmten Widerstands- Schwellwert SWR2 überschreitet, was in FIG 3 mit „n" gekennzeichnet ist, wird davon ausgegangen, dass kein Defekt vorliegt, und zu dem Schritt 3. VII übergegangen und die Überwachung durch den dritten Überspannungsableiter 2 fortgesetzt.
In FIG 4 ist eine schematische Darstellung eines Stromabnehmers 3 mit einer Überspannungsschutzschaltung 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Der Stromabnehmer 3 kontaktiert eine Oberleitung 5, welche in FIG 4 im oberen Teil der Darstellung gezeigt ist. Der Stromabnehmer 3 weist eine Traktionsspannungsschicht TL auf, die mit der elektrischen Spannung der Oberleitung 5 in elektrischem Kontakt steht . Die Traktionsspannungsschicht TL reicht bis zur Leistungselektronik 4 , die dem Stromabnehmer 3 nachgeschaltet ist und die am Stromabnehmer 3 anliegende Niederspannung ( Spannungsklasse B ) auf die fahrzeugspezi fische elektrische Traktionsspannung adaptiert . Um die Traktionsspannungsschicht TL herum befindet sich eine von der Traktionsspannungsschicht TL isolierte intermediäre Schicht IL, welche wiederum durch eine Isolationsschicht von der Chassis-Schicht CL getrennt ist . In FIG 4 ist auch die Position der Uberspannungsschut zschaltung 20 gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht , welche eine elektrische Spannung zwischen den einzelnen Schichten TL, IL, CL beschränkt .
In FIG 5 ist ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug 6 mit einem Stromabnehmer 3 gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht . Das elektrisch angetriebene Fahrzeug 6 kontaktiert mit dem Stromabnehmer 3 eine Oberleitung 5 und bezieht von der Oberleitung 5 elektrische Energie für seine Traktion . Der in FIG 5 gezeigte Stromabnehmer 3 weist eine Uberspannungsschut zschaltung 20 gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung auf . Wird von den I solationsüberwachungs- einrichtungen IMD1 , IMD2 ( siehe FIG 2 ) der Uberspannungsschut zschaltung 20 ein I solations fehler bzw . eine Fehl funktion eines Überspannungsableiters la, 1b, 2 der Uberspannungsschut zschaltung 20 gemeldet , so wird der Stromabnehmer 3 automatisiert von der Oberleitung 5 getrennt und ein Wiederkontaktieren mit der Oberleitung blockiert , um eine Gefährdung des Bedienpersonals oder Wartungspersonals des Fahrzeugs 6 zu vermeiden .
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorbeschriebenen Verfahren und Vorrichtungen lediglich um bevorzugte Aus führungsbeispiele der Erfindung handelt und dass die Erfindung vom Fachmann variiert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist . Es wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein" bzw . „eine" nicht ausschließt , dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit" nicht aus, dass diese aus mehreren Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können. Unabhängig vom grammati- kalischen Geschlecht eines bestimmten Begriffes sind Personen mit männlicher, weiblicher oder anderer Geschlechteridentität mit umfasst.

Claims

Patentansprüche
1. Überspannungsschutzschaltung (20) für einen Stromabnehmer (3) eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (6) , aufweisend:
- ein erstes Überspannungsschutzgerät (la) zwischen einem positiven Kontakt (VCL+) des Stromabnehmers (3) und einer intermediären Schicht (IL) des Stromabnehmers (3) , welches dazu eingerichtet ist, eine elektrische Spannung (Ui) zwischen dem positiven Kontakt (VCL+) des Stromabnehmers (3) und der intermediären Schicht (IL) des Stromabnehmers (3) zu überwachen, eine mögliche Überspannung zu detektieren und bei einem Auftreten einer Überspannung die Überspannung durch Reduzieren des elektrischen Widerstands des ersten Überspannungsschutzgeräts (la) zu beschränken,
- ein zweites Überspannungsschutzgerät (1b) zwischen einem negativen Kontakt (VCL-) des Stromabnehmers (3) und der intermediären Schicht (IL) des Stromabnehmers (3) , welcher dazu eingerichtet ist, eine elektrische Spannung (U2) zwischen dem negativen Kontakt (VCL-) des Stromabnehmers (3) und der intermediären Schicht (IL) des Stromabnehmers (3) zu überwachen, eine mögliche Überspannung zu detektieren und bei einem Auftreten einer Überspannung die Überspannung durch Reduzieren des elektrischen Widerstands des zweiten Überspannungsschutzgeräts (1b) zu beschränken.
2. Überspannungsschutzschaltung nach Anspruch 1, aufweisend ein drittes Überspannungsschutzgerät (2) zwischen der intermediären Schicht (IL) des Stromabnehmers (3) und einer Chassis-Schicht (CL) des Stromabnehmers (3) , welches dazu eingerichtet ist, eine elektrische Spannung (U3) zwischen der intermediären Schicht (IL) des Stromabnehmers (3) und der Chassis-Schicht (CL) des Stromabnehmers (3) zu überwachen, eine mögliche Überspannung zu detektieren und bei einem Auftreten einer Überspannung die Überspannung durch Reduzieren des elektrischen Widerstands des dritten Überspannungsschutzgeräts (2) zu beschränken.
3. Überspannungsschutzschaltung nach Anspruch 1 oder 2, aufweisend eine erste Isolationsüberwachungseinrichtung (IMD1) , welche dazu eingerichtet ist, einen Isolationswiderstand zwischen den Kontakten (VCL+, VCL-) des Stromabnehmers (3) und der intermediären Schicht (IL) des Stromabnehmers (3) zu überwachen .
4. Überspannungsschutzschaltung nach Anspruch 2 oder 3, aufweisend eine zweite Isolationsüberwachungseinrichtung ( IMD2 ) , welche dazu eingerichtet ist, einen Isolationswiderstand zwischen der intermediären Schicht (IL) und der Chassis-Schicht (CL) des Stromabnehmers (3) zu überwachen.
5. Überspannungsschutzschaltung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die erste und/oder zweite Isolationsüberwachungseinrichtung (IMD1, IMD2 ) dazu eingerichtet sind, für den Fall, dass bei der Überwachung eines jeweiligen Isolationswiderstands ermittelt wird, dass ein vorbestimmter Mindestwert (SWR1, SWR2 ) für einen Isolationswiderstand unterschritten wird, eine Fehlermeldung (FM1, FM2 ) auszugeben.
6. Stromabnehmer (3) für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug (6) , aufweisend:
- eine Traktionsspannungsschicht (TL) zum Empfangen von elektrischer Energie aus einer Oberleitung (5) auf einem Potenzial der Oberleitung (5) ,
- eine Chassis-Schicht (CL) auf einem Potenzial eines Chassis des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (6) ,
- eine intermediäre Schicht (IL) zwischen der Traktionsspannungsschicht (TL) und der Chassis-Schicht (CL) ,
- eine Überspannungsschutzschaltung (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche mindestens zwischen der Traktionsspannungsschicht (TL) und der intermediären Schicht (IL) .
7. Stromabnehmer nach Anspruch 6, wobei die Überspannungsschutzschaltung (20) zwischen der Traktionsspannungsschicht (TL) und der intermediären Schicht (IL) und zwischen der intermediären Schicht (IL) und der Chassis-Schicht (CL) angeordnet ist.
8. Elektrisch angetriebenes Fahrzeug (6) , aufweisend:
- einen Stromabnehmer (3) nach Anspruch 6 oder 7 zum Empfangen von elektrischer Energie aus einer Oberleitung (5) ,
- eine Leistungselektronik (4) zum Umwandeln einer an dem Stromabnehmer (3) anliegenden elektrischen Spannung in eine Betriebsspannung einer elektrischen Traktionseinheit des Fahrzeugs ( 6 ) ,
- eine elektrische Traktionseinheit zum Antreiben des Fahrzeugs ( 6 ) .
9. Verfahren zur Uberspannungsreduktion mit einer Überspannungsschutzschaltung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, aufweisend die Schritte:
- Überwachen einer elektrischen Spannung (Ui) zwischen dem positiven Kontakt (VCL+) des Stromabnehmers (3) und der intermediären Schicht (IL) des Stromabnehmers (3) ,
- Detektieren einer Überspannung auf Basis der überwachten elektrischen Spannung (Ui) , falls die überwachte elektrische Spannung (Ui) einen ersten vorbestimmten Schwellwert (SW1) überschreitet,
- Beschränken einer Überspannung bei einem Auftreten einer Überspannung durch Reduzieren des elektrischen Widerstandes des ersten Überspannungsschutzgeräts (la) zwischen dem positiven Kontakt (VCL+) des Stromabnehmers (3) und der intermediären Schicht (IL) des Stromabnehmers (3) ,
- Überwachen einer elektrischen Spannung (U2) zwischen dem negativen Kontakt (VCL+) des Stromabnehmers (3) und der intermediären Schicht (IL) des Stromabnehmers (3) ,
- Detektieren einer Überspannung auf Basis der überwachten elektrischen Spannung (U2) , falls die überwachte elektrische Spannung (U2) einen zweiten vorbestimmten Schwellwert (SW2) überschreitet,
- Beschränken einer Überspannung bei einem Auftreten einer Überspannung durch Reduzieren des elektrischen Widerstands des zweiten Überspannungsschutzgeräts (1b) zwischen dem negativen Kontakt (VCL-) des Stromabnehmers (3) und der intermediären Schicht (IL) des Stromabnehmers (3) .
10. Verfahren nach Anspruch 9, aufweisend die Schritte zum
- Überwachen einer elektrischen Spannung (U3) zwischen der intermediären Schicht (IL) des Stromabnehmers (3) und einer Chassis-Schicht (CL) des Stromabnehmers (3) ,
- Detektieren einer Überspannung auf Basis der überwachten elektrischen Spannung (U3) , falls die überwachte elektrische Spannung (U3) einen dritten vorbestimmten Schwellwert (SW3) überschreitet,
- Beschränken der Überspannung bei einem Auftreten einer Überspannung durch Reduzieren des elektrischen Widerstands des dritten Überspannungsschutzgeräts (2) zwischen der intermediären Schicht (IL) des Stromabnehmers (3) und einer Chassis-Schicht (CL) des Stromabnehmers (3) .
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei durch eine erste Isolationsüberwachungseinrichtung (IMD1) ein Isolationswiderstand zwischen den Kontakten (VCL+, VCL-) des Stromabnehmers (3) und der intermediären Schicht (IL) überwacht wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei durch eine zweite Isolationsüberwachungseinrichtung ( IMD2 ) ein Isolationswiderstand zwischen der intermediären Schicht (IL) und der Chassis-Schicht (CL) überwacht wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei für den Fall, dass bei der Überwachung eines jeweiligen Isolationswiderstands ermittelt wird, dass ein vorbestimmter Mindestwert (SWR1, SWR2 ) für einen Isolationswiderstand unterschritten wird, eine Fehlermeldung (FM1, FM2 ) ausgegeben wird .
14. Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, welches direkt in eine Speichereinheit eines Rechensystems eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs nach Anspruch 8 ladbar ist , mit Programmabschnitten, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13 aus zuführen, wenn das Computerprogramm in dem Rechensystem ausgeführt wird .
15 . Computerlesbares Medium, auf welchem von einem Rechnersystem aus führbare Programmabschnitte gespeichert sind, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13 aus zuführen, wenn die Programmabschnitte von dem Rechensystem ausgeführt werden .
EP24710639.6A 2023-04-13 2024-02-23 Überspannungsschutz für stromabnehmer Pending EP4649562A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102023203370.4A DE102023203370A1 (de) 2023-04-13 2023-04-13 Überspannungsschutz für Stromabnehmer
PCT/EP2024/054674 WO2024213302A1 (de) 2023-04-13 2024-02-23 Überspannungsschutz für stromabnehmer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4649562A1 true EP4649562A1 (de) 2025-11-19

Family

ID=90363881

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP24710639.6A Pending EP4649562A1 (de) 2023-04-13 2024-02-23 Überspannungsschutz für stromabnehmer

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4649562A1 (de)
CN (1) CN120937205A (de)
DE (1) DE102023203370A1 (de)
WO (1) WO2024213302A1 (de)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4455586A (en) 1980-10-24 1984-06-19 Oneac Corporation High voltage filtering and protection circuit
PT10932T (pt) * 2013-06-24 2015-01-26 Fernando A Lemos Lda Sistema inversor de frequência para sistemas de tração elétrica dc
US11277002B2 (en) 2019-05-13 2022-03-15 Mersen Usa Ep Corp. Surge protection device for the protection of multiple DC or AC power lines
DE102019211218A1 (de) * 2019-07-29 2021-02-04 Siemens Mobility GmbH Elektronische Schaltung für ein Oberleitungsfahrzeug, Oberleitungsfahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines Oberleitungsfahrzeugs
SE544953C2 (en) * 2020-11-05 2023-02-07 Scania Cv Ab A method for a procedure of connection and disconnection of a vehicle to/from a plurality of electrical lines
DE102021205686A1 (de) * 2021-06-04 2022-12-08 Siemens Mobility GmbH Energiezähler für einen Stromabnehmer eines Fahrzeuges
DE102021207041A1 (de) * 2021-07-05 2023-01-05 Siemens Mobility GmbH Elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug sowie Verfahren zum Betrieb dessen
DE102021208951A1 (de) 2021-08-16 2023-02-16 Siemens Mobility GmbH Pantograf für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug

Also Published As

Publication number Publication date
CN120937205A (zh) 2025-11-11
DE102023203370A1 (de) 2024-10-17
WO2024213302A1 (de) 2024-10-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014214840B4 (de) Vorrichtung zur Überwachung eines Hochvolt-Bordnetzes eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs auf das Vorliegen einer Überlastung
EP0724980A1 (de) Fahrzeug mit einem brennstoffzellen- oder batteriegespeisten Energieversorgungsnetz
WO2001028804A1 (de) Verfahren und anordnung zum steuern einer schaltverbindung zwischen den elektrischen ausgängen einer brennstoffzelle und einem isolierten elektrischen netz
DE102020207878B3 (de) Verfahren zum Erfassen eines Isolationsfehlers in einem Fahrzeugbordnetz und Fahrzeug-Überspannungsschutzschaltung
EP4046256B1 (de) Steuergeräteschaltung für ein kraftfahrzeug sowie kraftfahrzeug und betriebsverfahren für die steuergeräteschaltung
DE102016123955A1 (de) Niederspannungs-Schutzschaltgerät
EP3698419B1 (de) Hochspannungs-batteriesystem und verfahren zum betreiben eines hochspannung- batteriesystems
DE102011105971B4 (de) Bordnetzanordnung für ein Kraftfahrzeug
DE102017005306A1 (de) Leitungsüberwachung auf Beschädigung der Ummantelung
DE102004057330B3 (de) Vorrichtung zur Überwachung eines Leitungsnetzes, insbesondere eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes sowie Verfahren zum Überwachen eines solchen Leitungsnetzes
DE102012023460A1 (de) Kraftfahrzeug-Bordnetz und Verfahren zum Erkennen eines Lichtbogens in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz
EP3771589A1 (de) Elektronische schaltung für ein oberleitungsfahrzeug, oberleitungsfahrzeug und verfahren zum betreiben eines oberleitungsfahrzeugs
DE102013224867B4 (de) Elektrische Verbindungsvorrichtung sowie Schaltungsanordnung und dazugehöriges Verfahren
DE102022105721A1 (de) Prüfstand für eine Umrichter-Motor-Kombination
EP4649562A1 (de) Überspannungsschutz für stromabnehmer
DE2423646A1 (de) Ueberspannungsableiter
EP4308946B1 (de) Verfahren zum überprüfen eines isolationszustands einer batterie oder eines batteriesystems
WO2024175235A1 (de) Vorrichtung zur energieversorgung eines sicherheitsrelevanten verbrauchers in einem kraftfahrzeug
DE102023201502A1 (de) Vorrichtung zur Energieversorgung zumindest eines sicherheitsrelevanten Verbrauchers in einem Kraftfahrzeug
DE102014204922A1 (de) System, insbesondere Batteriesystem, mit Potentialausgleichselement
DE102022127913A1 (de) Schutzsystem und Verfahren zum Schützen elektrischer und/oder elektronischer Einrichtungen vor einem Fehlerstrom und entsprechend eingerichtetes Kraftfahrzeug
WO2022152518A1 (de) Fahrzeugbordnetz mit einem hochvoltzweig, einem niedervoltzweig und einer niedervoltseitige isolationsfehlererkennung
WO2021245037A1 (de) Verfahren zum erfassen eines isolationsfehlers in einem fahrzeugbordnetz
DE102013003586A1 (de) Elektrisches Energieversorgungssystem für ein Kraftfahrzeug
DE102019203515A1 (de) Verfahren zur Energieversorgung von Verbrauchern eines Bordnetzes für ein Fahrzeug sowie ein Bordnetz für ein Fahrzeug

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20250812

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR