ES2589584T3 - Dispositivo para medir la energía eléctrica suministrada a un vehículo de tracción ferroviario - Google Patents

Dispositivo para medir la energía eléctrica suministrada a un vehículo de tracción ferroviario Download PDF

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Abstract

Dispositivo para medir la energía eléctrica suministrada a un vehículo de tracción ferroviario por una línea de alta tensión (1), dispositivo diseñado para ser colocado en una línea de alta tensión de techo (L) que conecta un pantógrafo los correspondientes medios de alimentación de la cadena de tracción, dispositivo que comprende los medios para medir la intensidad de la corriente de alimentación y los medios para medir la tensión de alimentación, - los medios de medición de la intensidad de la corriente de alimentación que comprenden un sensor de intensidad (5) un primer convertidor analógico/digital (7) y un primer convertidor eléctrico/óptico (8), siendo el primer convertidor eléctrico/óptico adecuado para transformar la señal eléctrica digital emitida por el primer convertidor analógico/digital (7) en una señal óptica transportada por una primera fibra óptica (9) hacia el tercer convertidor óptico/eléctrico (10) en el que se encuentran las salidas (11) para la conexión a un sistema electrónico de explotación; y - los medios para la medición de la tensión de alimentación que comprenden un divisor de tensión (12), un discriminador (13) de tensión continua o alterna, un segundo convertidor analógico/digital (17) y un segundo convertidor eléctrico/óptico (18) , estando adaptado el segundo convertidor eléctrico/óptico para transformar la señal eléctrica digital que sale del segundo convertidor analógico/digital (17) en una señal óptica transportada por una segunda fibra óptica (19) hacia la entrada del tercer convertidor óptico/eléctrico (10), el dispositivo comprende una batería conectada a un tercer convertidor eléctrico/óptico (20) capaz de generar un haz láser transportado a través de las terceras fibras ópticas (21a, 21b) hasta los convertidores ópticos/eléctricos primero y segundo (22a, 22b), conectados respectivamente al primer convertidor eléctrico/óptico (8) y al segundo convertidor eléctrico/óptico (18) para su respectiva alimentación eléctrica, estando alimentado el tercer convertidor óptico/eléctrico (10) directamente a través de la batería, y el dispositivo comprende un cuerpo aislante (25) que tiene una cavidad superior (28) para la contención del entorno de alta tensión, que reagrupa los medios de medición de la intensidad y la tensión de alimentación y los convertidores ópticos/electrónicos primero y segundo (22a, 22b), y una cavidad inferior (29) de confinamiento del entorno de baja tensión, que reagrupa el tercer convertidor eléctrico/óptico (20) y el tercer convertidor óptico/eléctrico (10), y solo las fibras ópticas primera, segunda y tercera que conectan los huecos superior (28) e inferior (29).

Description

DESCRIPCION
Dispositivo para medir la energla electrica suministrada a un vehlcuio de traccion ferroviario.
5 [0001] La presente invention se refiere a un dispositivo para la medicion de la energla electrica - de alta tension - suministrada a una locomotora o, de forma mas general, al motor de un vehlculo ferroviario.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
10 [0002] Tal y como se presenta en el documento de Treigle et al., « Energiemessung auf elektrischen Triebfahrzeugen bei der Deutschen Bahn », Elektrische Bahnen vol. 98, n.° 8 (2000), paginas 300 a 305, debe medirse la energla electrica suministrada por la catenaria a una locomotora para que el proveedor pueda facturarsela a los consumidores. Esto es algo relativamente nuevo, dado que sigue las normas recientes, que garantizan la libertad de ejercicio profesional de los distintos operadores proveedores de electricidad de una red para 15 multiples operadores usuarios de dicha energla en la misma red.
[0003] La implementation de esta medida se ajusta a un sencillo principio: hay que aumentar la intensidad de la corriente consumida, la tension y el tiempo de consumo, ya sea de forma continua o por muestreo, a una frecuencia significativa para reflejar los cambios en estos dos parametros a lo largo del tiempo.
20
[0004] En la practica, las cosas son mas complicadas porque los dispositivos de medicion se encuentran en un entorno de red de alta tension (de entre 1.500 voltios de corriente continua y 25.000 voltios de corriente alterna, segun las partes de la red atravesadas) con respecto a la adquisicion de la variable y en un entorno de baja tension con respecto a la preparation y el procesamiento de la senal. El aislamiento entre los dos entornos, llamado
25 aislamiento galvanico, requiere, por lo tanto, cuidado y un tratamiento especlfico.
[0005] Los medios conocidos para garantizar el aislamiento galvanico se utilizan generalmente en los transformadores de los dispositivos de medicion, siendo necesario, dado el grado de aislamiento requerido, que se empleen entre el primario y el secundario de un transformador de este tipo materiales dielectricos de alta calidad y
30 en un volumen suficiente como para mantener las piezas conductoras lo mas alejadas posible unas de otras.
[0006] Este volumen y esta masa son previsibles en el techo de la unidad de traccion. Estos se anaden a cualquier equipo de techo de la unidad de traccion, lo cual, en el mejor de los casos, supone un aumento de la section transversal de estos equipos, constituyendo una resistencia adversa para los trenes de alta velocidad y, a
35 menudo resulta imposible por falta de espacio en un cublculo tan congestionado.
[0007] Ademas, se conoce tambien gracias al documento DE-102 004 042 101 A, por ejemplo, un dispositivo de transmision que forma un aislante de techo entre los sensores situados en el techo y una electronica de procesamiento. Este dispositivo incorpora una llnea de transmision de datos que consta de fibra optica y de una
40 llnea de transmision de la fuente de alimentation electrica, que consta a su vez de un transformador o de fibra optica.
[0008] Los documentos WO 2004/072662 A y DE 195 43 363 A describen sistemas para la medicion de una intensidad de corriente y/o tension en una llnea de alta tension mediante el uso de fibra optica para la transmision de
45 los datos medidos empleando sistemas de medicion vinculados a un vehlculo de procesamiento de datos y para la transmision de energla de alimentacion a los sistemas de medicion entre un nivel de tension bajo y uno de alta tension.
OBJETO DE LA INVENCION 50
[0009] La presente invencion es una solution al problema de la saturation que, sin sacrificar los requisitos de aislamiento, permite la miniaturization suficiente de los sensores y dispositivos colocados para colocarlos, evitando la saturacion, entre el material del techo de un vehlculo de traccion ferroviario .
55 RESUMEN DE LA INVENCION
[0010] Para tal fin, la invencion se refiere por lo tanto a un dispositivo para la medicion de la energla electrica suministrada a un vehlculo de traccion ferroviario por una llnea de alta tension, que comprende los medios para medir la intensidad de la corriente de alimentacion y los medios para medir la tension de alimentacion; medios de
medicion que poseen una fuente de alimentacion de baja tension necesaria para su funcionamiento, durante el cual la energla de alimentacion de baja tension es energla optica convertida en energla electrica en el entorno de alta tension. Ademas, las senales de salida de los medios de medicion se convierten en senales opticas para su explotacion. Por lo tanto, tiene lugar un aislamiento galvanico muy importante entre la etapa de alta tension y la 5 etapa de baja tension de los dispositivos de medicion . La conversion de la energla electrica en energla optica y la conversion inversa se llevan a cabo por medio de aparatos conocidos de tamano pequeno que por lo tanto permiten alojar el dispositivo de medicion ocupando poco espacio y, lo que es mas importante, en un aislante de la llnea de techo de alta tension del vehlculo ferroviario.
10 [0011] Se veran otras caracterlsticas y ventajas de la invencion en la descripcion incluida a continuacion de un ejemplo de su realizacion.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
15 [0012] Se hace referencia a los dibujos adjuntos en los cuales:
- La figura 1 es un diagrama electrico de un dispositivo de medicion de acuerdo con la invencion,
- La figura 2 es un diagrama de implantacion de este dispositivo de medicion en un aislante de la llnea de alta 20 tension del techo del vehlculo ferroviario que consume la energla medida.
DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION
[0013] En la Figura 1.1 se ve la catenaria mientras que el pantografo del vehlculo aparece representado por la 25 referencia 2. La llnea de alta tension del techo del vehlculo ferroviario aparece representada por la L que atraviesa
un disyuntor 3 y llega al conjunto de medios de alimentacion de la cadena de traccion 4.
[0014] A continuacion, tal y como ya se conoce, en esta llnea L aparece un sensor de intensidad 5, como por ejemplo una derivation de medicion de corriente, que permite emitir en su salida 6 una senal analogica convertida
30 en senal digital por un convertidor 7 cuya salida conduce a un convertidor electrico/optico 8 transformando as! la senal electrica digital que sale del convertidor en una senal optica transmitida por una fibra optica 9 hacia un convertidor optico/electrico 10 dotado de salidas 11 de conexion de la electronica de explotacion de esta senal emitida por el transformador de intensidad y que representa la intensidad de la corriente de alimentacion de alta tension de la maquina.
35
[0015] Con un divisor de tension 12 y utilizando un discriminador 13 de tension de corriente continua o alterna, se pueden recoger senales representativas de estas tensiones. Por ejemplo, la senal presente en la salida 14 del discriminador 13 indica el valor de la tension de corriente alterna presente en la llnea catenaria 1.
40 [0016] La salida 15 se reserva para una senal que indica una tension de corriente continua en la catenaria 1.
[0017] Una u otra de las senales se conduce hacia la entrada 16 de un convertidor digital analogico 17 cuya salida conduce a la entrada de un convertidor electrico/optico 18. La senal optica generada por el convertidor se lleva mediante una fibra optica 19 hasta la entrada del convertidor 10, que emitira en respuesta a algunas de sus salidas
45 11 una senal electrica que sera explotada por el dispositivo en combination con la senal electrica que representa el valor de la intensidad de la corriente de alimentacion.
[0018] Algunos de los componentes del dispositivo, como los convertidores electricos/opticos u opticos/electricos 10, 8 y 18, necesitan para funcionar una alimentacion de energla electrica. En cuanto al convertidor 10, este recibe
50 alimentacion directa de una baterla conectada a su vez a un convertidor 20 de corriente continua en energla optica, en la forma de un haz laser emitido por un sistema luminoso de tipo diodo. El rayo laser se lleva mediante las conexiones de fibra optica 21a y 21b hacia los convertidores opticos/electricos 22a y 22b, que poseen, respectivamente, una salida 24 de alimentacion del convertidor electrico/optico 18 y una salida 23 de alimentacion del convertidor electrico/optico 8.
55
[0019] La figura 2 ilustra la implementation del circuito mostrado en la figura 1 dentro de un cuerpo aislante 25 demostrando as! como se proporciona un aislamiento galvanico perfecto en el dispositivo de medicion segun la invencion. En esta figura se encuentra la mayor parte de los elementos descritos anteriormente con las mismas referencias. Los elementos relativos al tratamiento de la senal del sensor de intensidad 5 se han reagrupado de
forma esquematica en un bloque 26 alimentado en baja tension por la ilnea 23 y en cuya salida, en una fibra optica 9, presenta la senal optica representativa de la intensidad medida.
[0020] Del mismo modo, los medios de procesado de la senal de tension que salen del divisor 12 se reagrupan en 5 un bloque 27 al que lleva la llnea de alimentacion 24, de la que sale la fibra optica 19. Por lo tanto, se entiende
viendo esta figura que el entorno de alta tension esta confinado a un espacio superior 28 dispuesto en el aislante 25 atravesado por la llnea L del techo del vehlculo ferroviario, mientras que el entorno de baja tension esta confinado a una cavidad 29 de este aislante inferior. Entre los dos rebajes, la conexion entre los distintos componentes del dispositivo de la invencion esta formada solamente por fibras opticas.
10
[0021] El dispositivo de medicion de acuerdo con la invencion tambien puede utilizarse como medio de reconocimiento de la red (de la tension de la corriente suministrada a la unidad de traccion) que puede ser de 1.500 voltios de corriente continua, 3.500 voltios de corriente continua (generalmente tratada como la anterior), 15.000 voltios de corriente alterna a 16 Hz 1/3, 25.000 voltios de corriente alterna a 50 Hz o 60 Hz, 12.000 voltios de
15 corriente alterna a 60 Hz y 12.000 voltios de corriente alterna a 25 Hz por no hablar de los escenarios que aparecen en los principales palses industrializados. De hecho, la senal optica en la salida de la fibra 19 indica una tension de medicion cuyo valor se corresponde en si mismo con la tension de la corriente de la red. Por lo tanto, cada una de las tres salidas 11 asignadas a la tension puede atribuirse a alguna de las tensiones que ofrezca la red, mediante un conjunto de reles en los medios de conversion 10. La presencia de la senal en una de las tres salidas 11 asignadas 20 a la tension permite reconocer la tension de la red que en ese momento este recorriendo el vehlculo ferroviario.

Claims (3)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Dispositivo para medir la energla electrica suministrada a un vehlcuio de traccion ferroviario por una ilnea de alta tension (1), dispositivo disenado para ser colocado en una llnea de alta tension de techo (L) que
    5 conecta un pantografo los correspondientes medios de alimentacion de la cadena de traccion, dispositivo que comprende los medios para medir la intensidad de la corriente de alimentacion y los medios para medir la tension de alimentacion,
    - los medios de medicion de la intensidad de la corriente de alimentacion que comprenden un sensor de intensidad 10 (5) un primer convertidor analogico/digital (7) y un primer convertidor electrico/optico (8), siendo el primer convertidor electrico/optico adecuado para transformar la senal electrica digital emitida por el primer convertidor analogico/digital (7) en una senal optica transportada por una primera fibra optica (9) hacia el tercer convertidor optico/electrico (10) en el que se encuentran las salidas (11) para la conexion a un sistema electronico de explotacion; y
    15 - los medios para la medicion de la tension de alimentacion que comprenden un divisor de tension (12), un discriminador (13) de tension continua o alterna, un segundo convertidor analogico/digital (17) y un segundo convertidor electrico/optico (18) , estando adaptado el segundo convertidor electrico/optico para transformar la senal electrica digital que sale del segundo convertidor analogico/digital (17) en una senal optica transportada por una segunda fibra optica (19) hacia la entrada del tercer convertidor optico/electrico (10),
    20
    el dispositivo comprende una baterla conectada a un tercer convertidor electrico/optico (20) capaz de generar un haz laser transportado a traves de las terceras fibras opticas (21a, 21b) hasta los convertidores opticos/electricos primero y segundo (22a, 22b), conectados respectivamente al primer convertidor electrico/optico (8) y al segundo convertidor electrico/optico (18) para su respectiva alimentacion electrica, estando alimentado el tercer convertidor 25 optico/electrico (10) directamente a traves de la baterla,
    y el dispositivo comprende un cuerpo aislante (25) que tiene una cavidad superior (28) para la contencion del entorno de alta tension, que reagrupa los medios de medicion de la intensidad y la tension de alimentacion y los convertidores opticos/electronicos primero y segundo (22a, 22b), y una cavidad inferior (29) de confinamiento del 30 entorno de baja tension, que reagrupa el tercer convertidor electrico/optico (20) y el tercer convertidor optico/electrico (10), y solo las fibras opticas primera, segunda y tercera que conectan los huecos superior (28) e inferior (29).
  2. 2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 1 en el que la llnea de alta tension del techo (L) pasa a traves de la cavidad superior (29) del cuerpo aislante (25).
    35
  3. 3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 1 o la reivindicacion 2, cada una de las salidas (11) constituye un medio de reconocimiento de la red que transporta una senal.
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