ES2249775T3 - Dispositivo para medir la tension de red para vehiculos sobre carriles. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UN DISPOSITIVO PARA LA MEDICION DE LA TENSION DE RED EN UN VEHICULO FERROVIARIO, POR EJEMPLO UNA LOCOMOTORA (1), QUE SE OPERA CON TENSION MULTIPLE, CON UN SENSOR (POD) DE TENSION, QUE MUESTRA UN DISTRIBUIDOR DE TENSION CONFIGURADO COMO RESISTENCIA (R), Y UN CIRCUITO (FOR) DE CONEXION DE ELABORACION, DONDE SE CONSIGUE UNA UNION A TRAVES DE UN CABLE (FO) DE FIBRA OPTICA Y UN CABLE (12) DE ALIMENTACION. EL DISPOSITIVO MUESTRA DOS SALIDAS ANALOGICAS, QUE ESTAN DISPUESTAS DE FORMA AISLADA GALVANICAMENTE UNA DE OTRA Y ESTAN PREVISTAS PARA UN VALOR (Y) EFECTIVO Y UN VALOR (X) MOMENTANEO, ESTANDO PREVISTAS ADEMAS SALIDAS (W,Z) DIGITALES, QUE SIRVEN PARA RECONOCIMIENTO DE LA TENSION DE RED.

Description

Dispositivo para medir la tensión de red para vehículos sobre carriles.

La presente invención se refiere a un dispositivo para medir la tensión de red eléctrica suministrada o la tensión de servicio para vehículos sobre carriles, en particular para locomotoras que se puedan accionar con tensión múltiple, es decir, locomotoras a las que se pueden suministrar valores de tensión diferentes tanto en forma de una tensión de corriente continua como también en forma de una tensión de corriente alterna.

Las redes de carriles electrificadas prevén actualmente trayectos de carriles que son abastecidos con diferentes tensiones de servicio, lo que ocurre no sólo entre estados diferentes, sino también en el interior de la red de servicio de una red ferroviaria nacional. En los puntos extremos entre dos trayectos que se hacen funcionar con diferente tensión, se ha previsto una red de trayectos cortos de aproximadamente 50 m que es recorrida por la locomotora con el palpador de toma de corriente bajado. En esta pieza intermedia del trayecto de carriles está aislada la línea de alimentación y también las vías están unidas con el resto del ramal de carriles a través de piezas de aislamien-
to.

Usualmente, las locomotoras que pueden hacerse funcionar con tensión múltiple están en condiciones de trabajar suministrando las siguientes tensiones de servicio, que son usuales en la red ferroviaria europea:

(A)

1.500 V de corriente continua

(B)

3.000 V de corriente continua

(C)

15.000 V de corriente alterna (frecuencia de 16,6 Hz)

(D)

25.000 V de corriente alterna (frecuencia de 50 Hz).

Una locomotora que se haga funcionar con tensión múltiple está equipada con un aparato que al entrar en un segmento de trayecto nuevo obtiene la tensión a través del palpador de toma de corriente, reconoce entonces el valor de la tensión de servicio y retransmite esta información a un aparato de control que cuida de que el motor sea conectado para su funcionamiento con el nuevo valor de tensión.

Los aparatos conocidos de este tipo presentan un sensor que incluye un transformador de reducción, en el que un extremo del arrollamiento primario está unido con el palpador de toma de corriente y el otro extremo está puesto a masa a través de un aparato de descarga.

Una señal proporcional para la tensión de servicio en forma de una corriente alterna (casos C y D) está presente en los extremos del arrollamiento secundario, presentándose en el caso de una tensión de corriente continua (casos A y B) una señal proporcional en los extremos del aparato de descarga.

Los aparatos conocidos de este tipo presentan un peso considerable y unos costes de fabricación importantes, tanto para los componentes individuales como también para la puesta en funcionamiento del aparato; estos costes no son despreciables.

Además, a través del sensor configurado como transformador se asegura un aislamiento bajo corriente alterna, pero el aparato no está eléctricamente aislado cuando se presenta una tensión de corriente continua. A consecuencia de ello, al producirse una perturbación, no existe la certeza de que los circuitos de conexión sometidos a alta tensión estén aislados con respecto a los componentes diseñados para baja tensión.

Además, en los dispositivos conocidos surge la necesidad de establecer la tensión de la red (corriente alterna/corriente continua) antes de la retransmisión de una señal al circuito de conexión de accionamiento.

El documento EP-A-0 010 151 da a conocer un circuito de conexión para la discriminación de altas tensiones, tanto en forma de tensiones continuas como también de tensiones alternas, con diferente amplitud, utilizando para ello un dispositivo de acoplamiento óptico para aislar eléctricamente así el dispositivo frente a altas tensio-
nes.

ABB Review, nº 4, enero de 1993, páginas 9-14, y Elektrische Bahnen, vol. 89, nº 10, octubre de 1991, páginas 299-308, describen la utilización de un transformador para medir una tensión alterna y un sensor para medir una tensión continua.

El documento DE 2333907 da a conocer un dispositivo, en particular un sensor para medir una tensión continua de hasta 4.000 voltios, en donde se efectúa una transformación proporcional al valor de medición de la corriente continua en una magnitud alterna eléctrica modulada en anchura de impulso o en frecuencia y esta magnitud alterna controla un acoplador óptico que está unido con un integrador de salida.

El problema que se plantea la presente invención es crear un dispositivo de medición con el que resulte posible evitar los inconvenientes del estado de la técnica y, en particular, abrir la posibilidad de llevar a cabo una separación galvánica tanto para corriente alterna como también para corriente continua. De manera más ventajosa, el dispositivo según la invención presenta un peso reducido y puede fabricarse con menores costes y lleva además a una agrupación de las funciones auxiliares, creándose un valor efectivo y una salida proporcional directa para la señal de medición sin que sea necesaria una conmutación.

El dispositivo según la invención está además en condiciones de reconocer automáticamente el valor de tensión sin que para ello sea necesaria una intervención directa de un operador. Esto representa una ventaja importante, por ejemplo cuando los límites geográficos de un estado no están exactamente fijados o no pueden reconocerse con precisión. El problema antes citado se resuelve con un dispositivo según la reivindicación 1.

Un dispositivo de este tipo presenta la máxima seguridad para los operadores del vehículo y para los pasajeros, ya que los aparatos y sus componentes que, al producir una perturbación, podrían estar bajo tensión, están dispuestos en una carcasa metálica herméticamente sellada que representa una elevada separación galvánica.

El dispositivo según la invención realiza las siguientes funciones:

-

medición y transmisión, en un bucle de tensión (4 a 20 mA o 0 a 100 mA), de la tensión de trabajo (o a través de una línea serie);

-

medición del valor eficaz (r.m.s.) y transmisión, en un bucle de corriente, de la tensión de trabajo (o en una línea serie);

-

fijación del intervalo de funcionamiento de la tensión de trabajo (A, B, C, D);

-

prueba de funcionamiento con la toma de corriente bajada y de los aparatos de protección correspondientes;

-

diagnóstico de los bloques de función que representan el aparato en su totalidad.

Otras ventajas y características son el objeto de las reivindicaciones subordinadas.

La invención se describirá a continuación con mayor detalle haciendo referencia a los dibujos adjuntos.

Los dibujos representan un ejemplo de realización preferido de la invención. En las figuras, los dibujos muestran:

la figura 1, esquemáticamente, una locomotora que funciona con tensión múltiple y que está equipada con el aparato según la invención,

la figura 2, un diagrama de bloques que representa la estructura del dispositivo según la invención, y

la figura 3, la estructura exterior del dispositivo de medición (POD).

La figura 1 muestra esquemáticamente una locomotora 1 que es accionada con tensión múltiple. La locomotora puede rodar sobre carriles 2 y ser accionada por un motor eléctrico 5. Este motor es hecho funcionar con energía eléctrica a través de la línea 4 (línea superior) por medio de una toma de corriente 3. El motor 5 es alimentado por un aparato de control 8, estando unido un aparato de control 8 con un dispositivo de sincronización 9 que está unido por su parte con un circuito de mando y control 6.

El dispositivo según la invención presenta dos unidades de servicio, es decir, una unidad de medida POD que está montada sobre el techo del vehículo, y una interfaz FOR que está prevista en el interior de la locomotora.

Las dos unidades están unidas entre sí a través de una línea de suministro 12 y un cable de fibra óptica FO.

La unidad POD está conectada a la tensión que se aplica a la toma de corriente 3, y representa así la magnitud de medida. La unidad POD está formada como un componente hermético y está prevista en la proximidad del varillaje de la toma de corriente, como está representado más claramente en la figura 3.

La unidad FOR (baja tensión) está dispuesta en la proximidad de un aparato de control 6 de la locomotora y representa la interfaz hacia fuera, en particular hacia los aparatos de accionamiento y los aparatos de indicación y mando de la locomotora.

La unidad POD está en condiciones de determinar la existencia de una corriente continua o de una corriente alterna y, por tanto, de adaptar el final de escala (f.s.) para la lectura y filtrado en la forma siguiente:

\newpage

	Tensión continua	Tensión alterna
	f.s. = 5.000 V	f.s. = 50.000 V
		(tensión punta)
	frecuencia circulante	frecuencia circulante
	90 Hz	20 kHz

Con especial referencia a la figura 2, la unidad POD prevé un divisor de tensión R configurado como resistencia con valores elevados, que está representado por la resistencia en la figura 2 y que está dispuesto entre la toma de corriente 3 y masa, con lo que se divide la tensión recogida por la toma de corriente y se ajusta el valor de tensión a valores que sean aceptables para los componentes del circuito. Un descargador de tensión SC protege la entrada de la medición contra sobretensiones que se produzcan eventualmente o contra el deterioro del divisor de tensión configurado como resistencia, por ejemplo en caso de una corriente a masa de 34 kA durante 20 \mus.

El divisor de tensión R configurado como resistencia está unido con un amplificador AMP a través de un interruptor SW y esto hace posible conducir la tensión del divisor de tensión R formado como resistencia al amplificador AMP o bien directamente a un miembro de conmutación A/D, que la transmite.

El interruptor es accionado por un circuito de conexión que reconoce la existencia de una señal de tensión continua o una señal de corriente alterna. Al presentarse una señal de corriente continua, se refuerza la tensión tomada por el divisor de tensión R configurado como resistencia y, a continuación, se la suministra a un convertidor A/D. Al presentarse una señal de corriente alterna, la tensión se aplica directamente al convertidor A/D.

La elección garantiza la precisión de las mediciones también en el lado más bajo de la escala (1 kV). Un componente conformado, por ejemplo, como transductor optoeléctrico o miembro de transmisión óptico OT suministra a su salida una señal óptica para el cable de fibra de vidrio, por ejemplo en un enchufe 11 para el cable de fibra de vidrio, como un enchufe del tipo ST.

La unidad POD contiene además un circuito de prueba que permite probar la funcionalidad del descargador para el caso práctico.

La unidad POD prevé además un dispositivo de alimentación interior ALPOD que está unido con un transformador de desacoplamiento T. El transformador de desacoplamiento T está aislado hasta 70 kV y está alojado en una carcasa y se alimenta a través de la unidad FOR, como se expone a continuación todavía con más exactitud.

La unidad POD realiza a través del convertidor A/D el reconocimiento y la transformación analógica/digital de la señal que es entregada al divisor de tensión R formado como resistencia. El reconocimiento se realiza con una frecuencia de 40 kHz y para la codificación se utilizan 12 bits, con valores al final de la escala y al principio de la misma que están fijados en 50 kV-1 kV de corriente continua. El amplificador AMB introduce un factor de multiplicación 10 para convertir al menos 10 bits esenciales para el servicio incluso cuando haya corriente conti-
nua.

A continuación, se describe la unidad FOR con más exactitud.

Esta unidad FOR cumple una doble función, es decir, tiene la función de alimentación y la función de procesamiento. La unidad presenta un dispositivo de alimentación ALFOR que está unido con la batería BT de a bordo que suministra una corriente eléctrica de 24 V de corriente continua y, a la salida, suministra tensiones que están aisladas todas ellas entre sí y son necesarias para el accionamiento del dispositivo en su totalidad.

1.

+5 V para circuitos digitales

2.

\pm15V para la salida analógica r.m.s.

3.

\pm15V para la salida analógica directa

4.

\pm5V para la alimentación de la unidad POD.

Esta última tensión se suministra a un modulador MOD y desde éste se suministra al transformador de desacoplamiento T de la unidad POD a través de un cable 12 con tres conductores.

El grupo estructural de la interfaz FOR que es responsable de la elaboración de la señal es suministrada por el cable de fibra óptica, presenta un enchufe 11 para un cable de fibra óptica, un transductor optoeléctrico o un receptor óptico OR, un microprocesador \muP y dos convertidores digital/analógico. Un convertidor está directamente unido con el receptor OR, mientras que el otro convertidor es controlado por el microprocesador \muP.

Las salidas de los dos convertidores están unidas a una salida analógica directa X y a una salida analógica Y del valor eficaz (valor medio cuadrático o r.m.s.).

Con el microprocesador \muP están unidos además dos relés R1, R2, OC, cuyas salidas están unidas con las salidas W y Z.

La forma de trabajar de la interfaz FOR es la siguiente:

La unidad obtiene la señal digital y la almacena con ayuda del microprocesador \muP, se calcula a continuación el valor r.m.s. y se retransmite el valor calculado en forma digitalizada al convertidor ISO D/A2. La señal de entrada digital es suministrada al convertidor ISO A/D1, que supervisa la salida directa X. Cuando la señal se presenta como corriente continua, el microprocesador \muP calcula el valor medio y, con las mismas modalidades, se facilita el valor en la salida analógica. Siempre que la señal se presente como corriente alterna, el microprocesador calcula el valor eficaz o r.m.s. (integral del cuadrado de los valores de medición) y, utilizando el convertidor ISO D/A2, se facilita la señal a la salida analógica Y (de r.m.s.) y se la utiliza de nuevo por parte del aparato de control.

Las salidas digitales están formadas por los dos estadios de los relés R1 y R2 (ejecución electromecánica o estado sólido) bajo el control del microprocesador \muP y codifican de forma correspondiente a una lógica redundante la información con respecto al tipo de tensión de trabajo dentro de los valores límite previstos (campos A, B, C, D).

La redundancia permite garantizar el funcionamiento libre de errores incluso en el caso de trabajos perturbados de uno de los relés. En el caso del ejemplo de realización representado, utilizando relés electromecánicos, éstos están equipados con un contacto de salida del tipo NA (normalmente abierto). La interfaz FOR contiene un acoplador óptico OC que hace posible recibir la señal de prueba y reenviarla al POD (TEST del descargador).

Los bloques de función ISO D/A1, ISO D/A2, R1, R2 pueden sustituirse por una o dos líneas serie RS 232 o RS 485 y estas líneas serie transmiten como código las mismas informaciones, es decir, el valor instantáneo de la tensión, el valor instantáneo r.m.s., el tipo A, B, C, D.

Contemplando la figura 3, es evidente que la unidad POD, que sirve para reducir y medir la tensión de la toma de corriente, está alojada en una carcasa metálica 10 que presenta una pestaña 13 que está provista de una junta y una conexión 11 para un cable de fibra óptica FO que está previsto en un rebajo del recipiente, mientras que está previsto un enchufe para la línea de suministro 12 en un rebajo similar (no representado).

El divisor de tensión R formado como resistencia, que está fabricado de material aislante adecuado, por ejemplo de caucho de silicona o resina cicloalifática, representa el sensor de medición para la medición voltimétrica y está acoplado directamente con la tensión de la toma de corriente.

La invención se ha descrito con referencia a una forma de realización particular, pero la descripción no deberá considerarse como limitativa y se refiere también a variantes y ejemplos de realización que son obvios para un experto en la materia.

Por supuesto, el dispositivo también podría alojarse en una carcasa única, la cual, por ejemplo, estaría dispuesta sobre el techo de la locomotora.

Claims (8)

1. Dispositivo para medir la tensión de red en un vehículo sobre carriles (1), que comprende un sensor (7) para detectar la tensión, pudiendo unirse el sensor (7) con la toma de corriente (3) del vehículo sobre carriles, y un circuito de evaluación (6), pudiendo unirse este circuito de evaluación (6) en un lado con el sensor (7) y en el otro lado con un dispositivo de control (8) del motor eléctrico (5) del vehículo sobre carriles (1), caracterizado porque el dispositivo presenta un aparato de medición (POD), alojando dicho aparato de medición (POD) un divisor de tensión (R) configurado como resistencia y un transformador de desacoplamiento (T), y porque el dispositivo presenta también una interfaz (FOR), estando unidos el aparato de medición (POD) y la interfaz (FOR) una con otra a través de una línea de suministro (12) que está unido con el transformador de desacoplamiento (T), así como a través de un cable de fibra óptica (FO).

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el aparato de medición (POD) presenta un amplificador (AMP) que está unido con el divisor de tensión (R) configurado como resistencia, con un convertidor (A/D) que presenta la información obtenida directamente del divisor de tensión (R) configurado como resistencia o del amplificador (AMP) y la convierte a forma digital, con un circuito de conexión (TEST) que suministra la tensión de prueba de un descargador (SC) que se aplica entre el divisor de tensión (R) configurado como resistencia y la masa, para proteger la entrada de medición, y con un transductor electroóptico (OT) que produce a la salida una señal óptica que es suministrada al cable de fibra (FO).

3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque el dispositivo de medición (POD) presenta un dispositivo de alimentación interno (ALPOD) que está asociado a la interfaz (FOR) a través del transformador de desacoplamiento (T) y la línea de suministro (12) conectada a su salida.

4. Dispositivo según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la interfaz (FOR) presenta un transductor optoeléctrico (OR), un microprocesador (\muP) que está acoplado al transductor optoeléctrico (OR), un primer convertidor digital-analógico (ISO D/A1) y un segundo convertidor digital-analógico (ISO D/A2) que están unidos con el microprocesador (\muP), y porque la salida del primer convertidor digital-analógico forma una salida analógica directa (X) y la salida del segundo convertidor digital- analógico forma una salida analógica para el valor eficaz (Y) y también con dos relés (R1, R2) que están unidos con el microprocesador (\muP), cuyas salidas digitales (W, Z) están formadas para reconocer la tensión de la red.

5. Dispositivo según la reivindicación 4, caracterizado porque la interfaz (FOR) presenta un dispositivo de alimentación (ALFOR) que está unido con la batería de a bordo (BT) del vehículo (1) y suministra tensiones de salida que están aisladas una de otra y que están disponibles para la funcionalidad del dispositivo completo.

6. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque el dispositivo de alimentación (ALFOR) está unido con un modulador (MOD) que está unido por su parte a través de la línea de suministro (12) con el transformador de desacoplamiento (T) de la unidad de medición (POD).

7. Dispositivo según las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el dispositivo de medición (POD) está alojado en una carcasa metálica (10) que está dispuesta debajo de una carcasa aislante y presenta una pestaña (13) que está provista de juntas y aloja en rebajes un enchufe (11) para el cable de fibra óptica (FO) y un enchufe para la línea de suministro (12).

8. Dispositivo según la reivindicación 7, caracterizado porque el material aislante de la carcasa aislante está realizado en caucho de silicona o en resina cicloalifática.