RU2783561C1

RU2783561C1 - Improved device for measuring electrical power consumed by railway vehicle from high-voltage power supply line

Info

Publication number: RU2783561C1
Application number: RU2021121315A
Authority: RU
Inventors: Дэнис БАТТИСТЕЛЛА; Алессандро КЬЯНЕЗЕ; Вальтер ЛОВАТИ
Original assignee: Микроэлеттрика Шентифика С.П.А.
Priority date: 2019-01-09
Filing date: 2020-01-08
Publication date: 2022-11-14

Abstract

FIELD: measuring equipment.

SUBSTANCE: invention relates to devices for measuring electrical power. A device for measuring electrical power supplied to a railway vehicle along a high-voltage power supply line contains means for resistive voltage division, the first processing means for formation of signals indicating voltages of the power supply line, means for current measurement, and the second processing means for formation of signals indicating amperage. At the same time, the first processing means are made with the possibility of calculation of power. Means for resistive voltage division contain several voltage dividers functionally connected to the power supply line and forming separate corresponding paths of connection to the specified contact grounding terminal. The first processing means contain several separate processing modules, each of which is connected to the corresponding one of connection paths and is made with the possibility of formation of signals indicating voltage of the power supply line.

EFFECT: improvement of voltage measurement, as well as improvement of device resistance to malfunctions.

7 cl, 4 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к устройству для измерения электрической мощности, подаваемой на железнодорожное транспортное средство по высоковольтной линии электропитания.The present invention relates to a device for measuring electrical power supplied to a railway vehicle via a high voltage power line.

Более конкретно, изобретение относится к усовершенствованному устройству для измерения электрической мощности, потребляемой железнодорожным транспортным средством, согласно ограничительной части п. 1 формулы изобретения.More specifically, the invention relates to an improved device for measuring the electrical power consumed by a railway vehicle, according to the preamble of claim 1 of the claims.

Устройство этого типа описано, например, в европейской патентной заявке ЕР 1882954 А1. В устройстве, описанном в указанном документе, средства для измерения тока, делитель напряжения и относящиеся к нему средства обработки расположены в верхней полости (или области высокого напряжения) внутри изолятора, разделенного с помощью второй полости (или области низкого напряжения), образованной в нижней части того же изолятора, который, кроме того, содержит преобразователь электрической энергии в оптическую, выполненный с возможностью передачи энергии на указанное средство обработки, а также оптико-электрические преобразователи, которые обеспечивают сигналы/данные, указывающие напряжение и соответствующий ток.A device of this type is described, for example, in European patent application EP 1882954 A1. In the device described in said document, the means for measuring the current, the voltage divider and its related processing means are located in the upper cavity (or high voltage region) inside the insulator, divided by a second cavity (or low voltage region) formed in the lower part. the same insulator which further comprises an electrical-to-optical power converter configured to transmit power to said processing means, as well as opto-electrical converters which provide signals/data indicative of voltage and corresponding current.

В европейской патентной заявке EP 3 308 174 A1 раскрыто устройство для измерения электрической энергии, потребляемой железнодорожным транспортным средством от высоковольтной линии сети электропитания, включающее в себя датчик тока, подключенный к линии электропитания, резистивный делитель напряжения, подключенный между линией и землей, первые устройства обработки, подключенные к датчику тока, вторые устройства обработки, подключенные к выходу делителя напряжения. Датчик тока, соответствующие устройства обработки и делитель напряжения расположены в полости внутри изолятора линии. Контактный вывод с самым низким потенциалом делителя напряжения подключен к проводящему элементу, который выходит за пределы полости изолятора. Полый проводящий корпус, соединенный с землей, содержит вторые устройства обработки и соединен с нижним концом изолятора. Он включает в себя стенку, расположенную напротив элемента, чтобы образовывать с ним разрядник.European patent application EP 3 308 174 A1 discloses a device for measuring the electrical energy consumed by a railway vehicle from a high-voltage power line, including a current sensor connected to the power line, a resistive voltage divider connected between the line and ground, the first processing devices connected to the current sensor, the second processing devices connected to the output of the voltage divider. The current sensor, associated processing devices and voltage divider are located in a cavity inside the line insulator. The contact terminal with the lowest potential of the voltage divider is connected to a conductive element that extends outside the cavity of the insulator. The hollow conductive body connected to ground contains the second processing devices and is connected to the lower end of the insulator. It includes a wall located opposite the element to form a spark gap with it.

Одна задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить устройство для измерения электрической мощности, потребляемой железнодорожным транспортным средством, с улучшенным при этом измерением напряжения упомянутой линии питания, а также улучшенной устойчивостью устройства к неисправностям.One object of the present invention is to provide a device for measuring the electrical power consumed by a railway vehicle, while improving the measurement of the voltage of said power line, as well as improved the immunity of the device to faults.

Еще одна задача изобретения – обеспечить высокий уровень безопасности даже при наличии значительных импульсных перенапряжений.Another objective of the invention is to provide a high level of safety even in the presence of significant surge voltages.

Эта и другие задачи достигаются с помощью устройства для измерения электрической мощности, подаваемой на железнодорожное транспортное средство по высоковольтной линии электропитания, содержащего:This and other tasks are achieved using a device for measuring the electrical power supplied to a railway vehicle via a high-voltage power line, comprising:

средства для резистивного деления напряжения, функционально подключенные между указанной линией электропитания и контактным выводом заземления,means for resistive voltage division, functionally connected between the specified power supply line and the ground terminal,

первые средства обработки, соединенные с выходом указанных средств для резистивного деления напряжения и выполненные с возможностью формирования сигналов или данных, указывающих напряжение указанной линии электропитания,first processing means connected to the output of said means for resistive voltage division and configured to generate signals or data indicating the voltage of said power supply line,

средства для измерения тока, функционально подключенные к указанной линии электропитания, иmeans for measuring current operatively connected to said power supply line, and

вторые средства обработки, соединенные с указанными средствами для измерения тока и выполненные с возможностью формирования сигналов или данных, указывающих силу тока, потребляемого транспортным средством из линии электропитания, second processing means connected to said means for measuring the current and configured to generate signals or data indicating the strength of the current consumed by the vehicle from the power line,

при этом указанные первые средства обработки выполнены с возможностью также вычисления мощности, потребляемой линией электропитания, в зависимости от формируемых сигналов или данных, указывающих силу тока, потребляемого транспортным средством от линии электропитания, и формируемых сигналов или данных, указывающих напряжение указанной линии электропитания,wherein said first processing means are configured to also calculate the power consumed by the power line, depending on the generated signals or data indicating the strength of the current consumed by the vehicle from the power line, and the generated signals or data indicating the voltage of the specified power line,

указанные средства для резистивного деления напряжения содержат несколько делителей напряжения, функционально подключенных к указанной линии электропитания и образующих отдельные соответствующие пути подключения к указанному контактному выводу заземления, при этомsaid means for resistive voltage division comprise several voltage dividers operatively connected to said power supply line and forming separate respective connection paths to said earth terminal, wherein

указанные первые средства обработки содержат несколько отдельных модулей обработки, каждый из которых подключен к соответствующему одному из указанных путей подключения и выполнен с возможностью формирования соответствующих сигналов или данных, указывающих напряжение указанной линии электропитания.said first processing means comprise several separate processing modules, each of which is connected to a respective one of said connection paths and configured to generate respective signals or data indicating the voltage of said power supply line.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения характеризуются также одним или несколькими следующими признаками:Preferred embodiments of the invention are also characterized by one or more of the following features:

каждый делитель напряжения включает в себя верхние резисторные средства для понижения напряжения и нижние измерительные резисторные средства, соединенные последовательно вдоль соответствующего пути подключения, при этом каждый модуль обработки выполнен с возможностью получения показаний напряжения на соответствующем нижнем измерительном резисторном средстве вдоль соответствующего пути подключения;each voltage divider includes upper voltage drop resistor means and lower sense resistor means connected in series along a respective connection path, each processing module being configured to take voltage readings at a respective lower sense resistor means along a respective connection path;

каждый модуль обработки включает в себя средства для усиления, подключенные к указанному соответствующему нижнему измерительному резисторному средству, причем выход усилителя подключен через средства для аналого-цифрового преобразования к блоку управления и обработки, выполненному с возможностью вычисления данных, указывающих напряжение линии на основе указанных показаний напряжения;each processing module includes means for amplification connected to said respective lower measuring resistor means, wherein the output of the amplifier is connected via means for analog-to-digital conversion to a control and processing unit configured to calculate data indicative of the line voltage based on said voltage readings ;

указанные первые средства обработки включают в себя модуль оценки, выполненный с возможностью сравнения данных, указывающих напряжение линии, вычисляемое каждым блоком управления и обработки, между ними, при этом разница между вычисленными данными, превышающая заданное пороговое значение, указывает на отклонение от нормы;said first processing means including an evaluation unit configured to compare data indicating line voltage calculated by each control and processing unit between them, wherein a difference between the calculated data exceeding a predetermined threshold value indicates an abnormality;

указанные верхние резисторные средства каждого делителя напряжения имеют разное значение сопротивления, и указанные нижние измерительные резисторные средства каждого делителя напряжения имеют разное значение сопротивления;said upper resistor means of each voltage divider has a different resistance value, and said lower measuring resistor means of each voltage divider has a different resistance value;

указанные средства для деления напряжения расположены в полости внутри линейного изолятора и контактный вывод с самым низким потенциалом каждого делителя) напряжения расположен на заданном расстоянии от корпуса, изготовленного из электропроводящего материала, расположенного на нижнем конце указанного изолятора и вне полости указанного изолятора, причем корпус выполнен с возможностью функционального подключения к земле, и в корпусе размещены указанные первые средства обработки, так чтобы формировать, кроме того, соответствующие отдельные разрядники, способные генерировать электрический разряд, когда напряжение по меньшей мере на одном из указанных разрядников превышает заданное значение;said means for dividing the voltage are located in the cavity inside the line insulator and the contact terminal with the lowest potential of each voltage divider) is located at a predetermined distance from the housing made of electrically conductive material located at the lower end of the specified insulator and outside the cavity of the specified insulator, and the housing is made with the possibility of functional connection to the earth, and in the housing are placed the said first processing means, so as to form, in addition, the corresponding individual spark gaps capable of generating an electric discharge when the voltage on at least one of the said spark gaps exceeds a predetermined value;

каждый контактный вывод с самым низким потенциалом каждого делителя напряжения соединен с соответствующим элементом в виде пластины, изготовленным из электропроводящего материала, который простирается за пределы полости указанного изолятора, указанный корпус, изготовленный из электропроводящего материала и расположенный на нижнем конце указанного изолятора, представляет собой полый корпус, причём указанный полый корпус включает в себя стенку в виде пластины, расположенную напротив указанных элементов в виде пластины на заданном расстоянии от них.each contact terminal at the lowest potential of each voltage divider is connected to a corresponding plate-like element made of electrically conductive material that extends beyond the cavity of said insulator, said housing made of electrically conductive material and located at the lower end of said insulator is a hollow housing , and the specified hollow body includes a wall in the form of a plate located opposite the specified elements in the form of a plate at a predetermined distance from them.

Это решение обеспечивает устройство для измерения электрической мощности, потребляемой из высоковольтной линии электропитания, в соответствии с действующими стандартами, в частности стандартом EN50463.This solution provides a device for measuring the electrical power drawn from a high voltage power line in accordance with current standards, in particular the EN50463 standard.

Дополнительные характеристики и преимущества настоящего изобретения изложены в подробном описании ниже, предоставленном исключительно в качестве неограничивающего примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:Additional features and advantages of the present invention are set forth in the detailed description below, provided by way of non-limiting example only, with reference to the accompanying drawings, in which:

- Фиг. 1 представляет вид в перспективе устройства для измерения электрической мощности, в соответствии с предшествующим уровнем техники.- Fig. 1 is a perspective view of an electrical power measuring device according to the prior art.

- Фиг. 2 - блок-схема, в частности с блоками, показывающими измерительное устройство, в соответствии с настоящим изобретением,- Fig. 2 is a block diagram, in particular with blocks showing a measuring device, in accordance with the present invention,

- Фиг. 3 представляет вертикальный разрез устройства для измерения электрической мощности, в соответствии с настоящим изобретением, и- Fig. 3 is a vertical section of an electrical power measuring device according to the present invention, and

- Фиг. 4 представляет частичный увеличенный вид в разрезе нижней части, показанной на фиг. 3.- Fig. 4 is a partial enlarged sectional view of the lower part shown in FIG. 3.

На чертежах ссылочной позицией 1 обозначено устройство в общем, для измерения электрической мощности, подаваемой от высоковольтной линии электропитания к железнодорожному транспортному средству.In the drawings, reference numeral 1 denotes a device in general for measuring electrical power supplied from a high-voltage power line to a railway vehicle.

Линия электропитания представляет собой, например, линию 25 кВ переменного тока (50 Гц) или линию 15 кВ переменного тока (16 + 2/3 Гц) или линию 3 кВ постоянного тока.The power supply line is, for example, a 25 kV AC (50 Hz) line or a 15 kV AC (16 + 2/3 Hz) line or a 3 kV DC line.

В показанном примере измерительное устройство 1 включает в себя традиционный линейный изолятор 2, на верхней части которого установлен верхний контейнер, обозначенный в общем ссылочной позицией 3, а к основанию прикреплено нижнее основание или контейнер 4.In the example shown, the measurement device 1 includes a conventional line insulator 2, on top of which is mounted an upper container, generally designated 3, and attached to the base is a lower base or container 4.

На фиг. 2 схематично показана блок-схема измерительного устройства, согласно настоящему изобретению, общая конструкция которого аналогична известному уровню техники, изображенному на фиг. 1. На фиг. 3 показан вертикальный разрез измерительного устройства, показанного на фиг. 2. In FIG. 2 is a schematic block diagram of a measuring device according to the present invention, the general construction of which is similar to the prior art shown in FIG. 1. In FIG. 3 is a vertical section through the measuring device shown in FIG. 2.

Как показано на фиг. 1 и 3, верхний контейнер 3 содержит верхнюю горизонтальную металлическую пластину 5 и нижнюю горизонтальную металлическую пластину 6, которые частично расположены напротив друг друга (фиг. 2).As shown in FIG. 1 and 3, the upper container 3 comprises an upper horizontal metal plate 5 and a lower horizontal metal plate 6 which are partly opposite each other (FIG. 2).

Между обращенными друг к другу частями пластин 5 и 6 имеется множество контактных штырей 7, которые электрически параллельно соединены друг с другом, чтобы вместе образовывать шунтирующий резистор с заданным значением сопротивления, например, около 10 мкОм.Between the facing portions of the plates 5 and 6 there are a plurality of contact pins 7 which are electrically connected in parallel with each other to form together a shunt resistor with a predetermined resistance value of, for example, about 10 μΩ.

Как схематично показано на фиг. 2, верхняя металлическая пластина 5 выполнена с возможностью подключения в процессе работы к высоковольтной линии L электропитания, например, через пантограф 8. И наоборот, нижняя металлическая пластина 6 предназначена для подключения к тяговым двигателям.As shown schematically in FIG. 2, the top metal plate 5 is designed to be connected during operation to a high voltage power line L, for example via a pantograph 8. Conversely, the bottom metal plate 6 is designed to be connected to traction motors.

Как показано на фиг. 2, пластины 5 и 6 или контактные выводы шунтирующего резистора, образованного контактными штырями 7, включенными параллельно, подключены ко входу схемы 9 обработки и усиления. Эта схема 9 обеспечивает сигнал, соответствующий напряжению переменного тока на линии L, для выхода 9a и сигнал, соответствующий напряжению постоянного тока на упомянутой линии, для выхода 9b.As shown in FIG. 2, the plates 5 and 6 or the terminals of the shunt resistor formed by the contact pins 7 connected in parallel are connected to the input of the processing and amplification circuit 9. This circuit 9 provides a signal corresponding to the AC voltage on line L to output 9a and a signal corresponding to the DC voltage on said line to output 9b.

Сигналы, выдаваемые схемой 9 обработки и усиления, проходят через соответствующие усилители 10a, 10b на соответствующие входы блока 11, действующего как мультиплексор и аналого-цифровой преобразователь. Последний подключен к блоку 12 управления и обработки и управляется им, например, с использованием программируемой вентильной матрицы (FPGA), выполненной с возможностью формирования сигналов или данных, соответствующих силе тока, потребляемого транспортным средством от линии L электропитания.The signals output by the processing and amplification circuit 9 pass through the respective amplifiers 10a, 10b to the respective inputs of the block 11 acting as a multiplexer and analog-to-digital converter. The latter is connected to and controlled by the control and processing unit 12, for example, using a programmable gate array (FPGA) configured to generate signals or data corresponding to the current drawn by the vehicle from the power supply line L.

Блок 12 управления и обработки подключен ко входу электрооптического управляющего устройства (преобразователя) 13, выход которого подключен к оптическому волокну 14.The control and processing unit 12 is connected to the input of the electro-optical control device (converter) 13, the output of which is connected to the optical fiber 14.

Блок 12 также подключен к выходу электрооптического приемника/ преобразователя 15, вход которого подключен к оптическому волокну 16.Block 12 is also connected to the output of the electro-optical receiver/converter 15, the input of which is connected to the optical fiber 16.

Хотя на блок-схеме на фиг. 2 схема 9 обработки и усиления, усилители 10a, 10b, аналого-цифровой преобразователь-мультиплексор 11, блок 12 и преобразователи 13 и 15 показаны как находящиеся вне изолятора 2, фактически, эти устройства (и другие, описанные ниже) размещены на печатной плате 17, установленной в верхней торцевой части осевой полости 18, образованной в изоляторе 2 (см. фиг. 3).Although the block diagram in FIG. 2, the processing and amplification circuit 9, the amplifiers 10a, 10b, the analog-to-digital converter-multiplexer 11, the block 12 and the converters 13 and 15 are shown as being outside the insulator 2, in fact, these devices (and others described below) are placed on the printed circuit board 17 installed in the upper end part of the axial cavity 18 formed in the insulator 2 (see Fig. 3).

Со ссылкой на фиг. 2, напряжения прямой подачи питания, необходимые для устройств, установленных на печатной плате 17, подаются, например, с помощью силового лазерного приемника 19, который использует оптическое волокно 20 для приема мощного лазерного луча (например, 2 Вт), преобразуя оптическую энергию в электрическую, которую он передает в блок 21 управления напряжением питания. Лазерный приемник 19 и блок 21 предпочтительно размещаются на той же самой печатной плате 17.With reference to FIG. 2, the direct power supply voltages required for the devices mounted on the printed circuit board 17 are supplied, for example, by a power laser receiver 19, which uses an optical fiber 20 to receive a powerful laser beam (for example, 2 W), converting optical energy into electrical energy. , which he transmits to the block 21 control supply voltage. The laser receiver 19 and the unit 21 are preferably placed on the same printed circuit board 17.

В варианте осуществления изобретения, не показанном на чертежах, оптические волокна 14, 16 и 20 проходят внутри полости 18 изолятора 2 от преобразователей 13, 15 и 19, установленных на плате 17, до компонентов (которые описаны ниже) внутри корпуса 4 основания.In an embodiment of the invention not shown in the drawings, optical fibers 14, 16 and 20 run inside the cavity 18 of the insulator 2 from the converters 13, 15 and 19 mounted on the board 17 to the components (which are described below) inside the base case 4.

Как показано на фиг. 2, средства для резисторного деления напряжения, обозначенные в общем позицией 23, подключены между платой 5 и контактным выводом 22, который выполнен с возможностью заземления.As shown in FIG. 2, means for resistor voltage division, indicated generally at 23, are connected between the board 5 and a terminal 22 which is configured to be earthed.

В показанном варианте осуществления изобретения средства 23 для деления напряжения содержат множество делителей напряжения, функционально подключенных к линии L электропитания и образующих отдельные соответствующие пути подключения к упомянутому электрическому заземляющему контактному выводу 22. В иллюстративном варианте показаны два делителя 23a, 23b напряжения, соединенные параллельно, каждый из них включает в себя соответствующие верхние резисторные средства 24a, 24b и нижние измерительные резисторные средства 25a, 25b, соединенные вместе последовательно, каждое из которых содержит один или несколько резисторов.In the embodiment shown, the voltage dividing means 23 comprise a plurality of voltage dividers operatively connected to the power supply line L and forming separate respective connection paths to said electrical ground terminal 22. In the illustrative embodiment, two voltage dividers 23a, 23b are shown connected in parallel, each of which includes respective upper resistor means 24a, 24b and lower sense resistor means 25a, 25b connected together in series, each containing one or more resistors.

Каждое из верхних резисторных средств 24a, 24b имеет сопротивление от 40 МОм до 60 МОм, предпочтительно около 50 МОм. Верхние резисторные средства 24a, 24b каждого делителя 23a, 23b напряжения могут иметь разное значение сопротивления, и нижние измерительные резисторные средства 25a, 25b каждого делителя 23a, 23b напряжения могут иметь разное значение сопротивления.Each of the upper resistor means 24a, 24b has a resistance of 40 MΩ to 60 MΩ, preferably about 50 MΩ. The upper resistor means 24a, 24b of each voltage divider 23a, 23b may have a different resistance value, and the lower measuring resistor means 25a, 25b of each voltage divider 23a, 23b may have a different resistance value.

Средства обработки подключены к выходам 26a, 26b упомянутых делителей напряжения 23a, 23b и выполнены с возможностью формирования сигналов или данных, указывающих напряжение упомянутой линии L электропитания. Упомянутые средства обработки содержат множество отдельных модулей обработки, каждый из которых соединен с соответствующим одним из упомянутых соединительных путей и выполнен с возможностью формирования соответствующих сигналов или данных, указывающих напряжение упомянутой линии L электропитания. На фиг. 2 показаны два модуля 27a, 27b обработки, соответственно подключенные к нижним измерительным резисторным средствам 25a, 25b. Каждый модуль 27a, 27b обработки выполнен с возможностью получения считываемых показаний напряжения на соответствующем нижнем измерительном резисторном средстве 25a, 25b вдоль соответствующего соединительного пути.The processing means are connected to the outputs 26a, 26b of said voltage dividers 23a, 23b and are configured to generate signals or data indicating the voltage of said power supply line L. Said processing means comprise a plurality of individual processing modules, each of which is connected to a respective one of said connecting paths and is configured to generate respective signals or data indicative of the voltage of said power supply line L. In FIG. 2 shows two processing modules 27a, 27b respectively connected to the lower measuring resistor means 25a, 25b. Each processing module 27a, 27b is configured to take a readout of the voltage at the respective lower measuring resistor means 25a, 25b along the respective connection path.

В показанном иллюстративном варианте осуществления изобретения верхние резисторные средства 24a, 24b делителей 23a, 23b напряжения имеют соответствующие верхние концы, соединенные с металлическим соединительным элементом 28, и нижние концы, соединенные с соответствующими нижними металлическими основаниями 30a, 30b, отделенными друг от друга.In the exemplary embodiment shown, the upper resistor means 24a, 24b of the voltage dividers 23a, 23b have respective upper ends connected to a metal connector 28 and lower ends connected to respective lower metal bases 30a, 30b separated from each other.

Нижние металлические основания 30а, 30b прикреплены к электроизоляционному материалу 29, который по существу имеет форму диска, который закрывает дно полости 18, образованной внутри изолятора 2 (см. также фиг. 4).The lower metal bases 30a, 30b are attached to an electrically insulating material 29 which is substantially disk-shaped which covers the bottom of a cavity 18 formed within the insulator 2 (see also FIG. 4).

Дискообразный элемент 29 имеет по меньшей мере одно центральное отверстие 29а.Disc-shaped element 29 has at least one central hole 29a.

Как показано на фиг. 3 и 4, верхние резисторные средства 24a, 24b делителей 23a, 23b напряжения полностью проходят внутри полости 18 изолятора 2.As shown in FIG. 3 and 4, the upper resistor means 24a, 24b of the voltage dividers 23a, 23b pass entirely within the cavity 18 of the insulator 2.

В частности, как показано на фиг. 4, нижние металлические основания 30a, 30b сформированы как элементы в виде пластин, изготовленные из электропроводящего материала, и расположены на нижней поверхности дискообразного элемента 29.In particular, as shown in FIG. 4, the bottom metal bases 30a, 30b are formed as plate-like members made of an electrically conductive material and are located on the lower surface of the disc-shaped member 29.

Основание 4 в проиллюстрированном варианте осуществления изобретения включает в себя металлический корпус 32, по существу имеющий форму перевернутой чаши, при этом задняя стенка 32a прикреплена к нижнему концу изолятора 2 с помощью болтов 33 или аналогичных средств, и также имеет центральное отверстие 32b.The base 4 in the illustrated embodiment of the invention includes a metal body 32, essentially in the form of an inverted bowl, with the back wall 32a attached to the lower end of the insulator 2 by bolts 33 or similar means, and also has a central hole 32b.

Корпус 32 закрыт снизу крышкой, обозначенной ссылочной позицией 35 на фиг. 4, на которой полость или камера, сформированная внутри указанного корпуса 32, обозначена ссылочной позицией 36.The housing 32 is closed at the bottom with a lid, designated 35 in FIG. 4, in which the cavity or chamber formed within said body 32 is designated 36.

В проиллюстрированном варианте осуществления изобретения нижняя часть корпуса 32 имеет пару горизонтальных ребер 32c, выступающих в поперечном направлении наружу и содержащих соответствующие отверстия 32d, используемые для присоединения к заземляющему проводнику.In the illustrated embodiment of the invention, the lower part of the housing 32 has a pair of horizontal ribs 32c projecting laterally outward and containing corresponding holes 32d used for connection to the ground conductor.

На стороне, противоположной ребрам 32с, корпус 32 имеет трубчатый цилиндрический выступ 32е, вставленный в соответствующую кольцевую полость, образованную в стенке изолятора 2 (см. фиг. 4).On the side opposite the ribs 32c, the housing 32 has a tubular cylindrical protrusion 32e inserted into a corresponding annular cavity formed in the wall of the insulator 2 (see Fig. 4).

Центральная часть задней стенки 32a металлического контейнера 32 ориентирована таким образом, чтобы она была напротив элементов 30a, 30b в виде пластин, от которых она отделена заданным калиброванным расстоянием.The central part of the rear wall 32a of the metal container 32 is oriented in such a way that it is opposite the elements 30a, 30b in the form of plates, from which it is separated by a predetermined calibrated distance.

В общем, элементы 30a, 30b в виде пластин и корпус 32 (и, в частности, его стенка 32a) образуют пару отдельных разрядников, схематично показанных и обозначенных ссылочными позициями 40a, 40b на фиг. 2, между контактными выводами 30a, 30b с самым низким потенциалом в верхних резисторных средствах 24a, 24b и заземлением E.In general, the plate-like elements 30a, 30b and the housing 32 (and in particular its wall 32a) form a pair of separate arresters, shown schematically and denoted by reference numerals 40a, 40b in FIG. 2 between the lowest potential terminals 30a, 30b in the upper resistor means 24a, 24b and earth E.

В случае кратковременного повышения напряжения в сети, которое превышает предварительно заданное значение, между элементами 30a, 30b в виде пластин и стенкой 32a контейнера 32 генерируется электрический разряд, который предотвращает повреждение устройств, установленных в полости 36 основания 4, 32, которые более подробно описаны ниже.In the event of a short-term increase in mains voltage that exceeds a predetermined value, an electric discharge is generated between the plate-like elements 30a, 30b and the wall 32a of the container 32, which prevents damage to the devices installed in the cavity 36 of the base 4, 32, which are described in more detail below. .

Две печатные платы 37 и 38, несущие на себе разнообразные различные устройства, описанные ниже со ссылкой на блок-схему на фиг. 2, собраны в полости 36, образованной в основании 4, или внутри корпуса 32 в форме чаши.The two circuit boards 37 and 38 carrying a variety of different devices, described below with reference to the block diagram in FIG. 2 are collected in a cavity 36 formed in the base 4 or inside the cup-shaped body 32.

Как показано на этой блок-схеме, измерительные резисторные средства 25a, 25b, которые имеют сопротивление от 2 кОм до 4 кОм, а предпочтительно, например, приблизительно 3 кОм, собраны в основании 4.As shown in this block diagram, measuring resistor means 25a, 25b, which have a resistance of 2 kΩ to 4 kΩ, and preferably approximately 3 kΩ, for example, are assembled in base 4.

Соответствующие усилители 41a, 41b подключены через упомянутые резисторные средства 25a, 25b, выход усилителей подключен к соответствующим аналого-цифровым преобразователям 42a, 42b, подключенным к соответствующим блокам 43a, 43b управления и обработки, которые также являются, например, программируемыми логическими интегральными схемами (FPGAs, ПЛИС). Блоки 43a, 43b управления и обработки выполнены с возможностью вычисления данных, указывающих напряжение линии L, на основании показаний напряжения, получаемых каждым модулем 27a, 27b обработки.The respective amplifiers 41a, 41b are connected via said resistor means 25a, 25b, the output of the amplifiers is connected to the respective analog-to-digital converters 42a, 42b connected to the respective control and processing units 43a, 43b, which are also, for example, field-programmable logic integrated circuits (FPGAs , FPGA). The control and processing units 43a, 43b are configured to calculate data indicative of line voltage L based on the voltage readings obtained by each processing unit 27a, 27b.

Средства обработки внутри основания 4 включают в себя модуль 50 оценки, выполненный с возможностью сравнения данных, указывающих напряжение линии L, вычисленное каждым блоком 43a, 43b управления и обработки, между ними. Разница между вычисленными данными, превышающая предварительно заданное пороговое значение, указывает на отклонение от нормы.The processing means inside the base 4 includes an evaluation unit 50 configured to compare data indicative of the line voltage L calculated by each control and processing unit 43a, 43b between them. A difference between the calculated data that exceeds a predetermined threshold indicates an abnormality.

Средства обработки внутри основания 4 также выполнены с возможностью вычисления мощности, потребляемой линией L электропитания, в зависимости от сформированных сигналов или данных, указывающих силу тока, потребляемого транспортным средством от линии L электропитания, и сформированных сигналов или данных, указывающих напряжение упомянутой линии L электропитания. Для этой цели обеспечивается приемник 52, такой как электрооптический преобразователь, вход которого подключен к оптическому волокну 14, через которое блок 12 управления и обработки отправляет данные индикации силы тока, измеренного с помощью шунтирующего резистора 5-7.The processing means inside the base 4 is also configured to calculate the power consumed by the power supply line L, depending on the generated signals or data indicating the strength of the current consumed by the vehicle from the power supply line L, and the generated signals or data indicating the voltage of said power supply line L. For this purpose, a receiver 52, such as an electro-optical converter, is provided, the input of which is connected to the optical fiber 14, through which the control and processing unit 12 sends indication data of the current measured by the shunt resistor 5-7.

Выход приемника 52 соединен с вычислительным блоком 54, сформированным, например, с использованием устройства DSP цифровой обработки сигналов и микроконтроллера, который также принимает данные, отправленные блоками 43a, 43b, или связанные с ними данные, такие как усреднённые данные, указывающие напряжение линии L, измеренное с использованием делителей 23a, 23b напряжения.The output of the receiver 52 is connected to a computing unit 54 formed, for example, using a DSP digital signal processing device and a microcontroller, which also receives the data sent by the units 43a, 43b or related data such as average data indicating the line voltage L, measured using voltage dividers 23a, 23b.

Вычислительный блок 54 также подключен к передатчику, например, к электрооптическому преобразователю (не показан), выход которого подключен к оптическому волокну 16, чтобы отправлять данные синхронизации в блок 12 управления и обработки.The computing unit 54 is also connected to a transmitter, such as an electro-optical converter (not shown), the output of which is connected to the optical fiber 16, in order to send synchronization data to the control and processing unit 12.

Внутри основания 4 могут быть предусмотрены различные другие устройства, такие как блок питания, используемый для подачи напряжения на различные устройства в основании 4, электрооптический передатчик/преобразователь с оптоволоконным выходом для подключения к внешнему оборудованию, блок UART для подключения внешних устройств, интерфейса сетевой связи (например, Ethernet), интерфейса, например, интерфейса RS-485, и релейного выхода.Various other devices can be provided inside base 4, such as a power supply used to supply voltage to various devices in base 4, an electro-optical transmitter/converter with a fiber optic output for connecting to external equipment, a UART unit for connecting external devices, a network communication interface ( such as Ethernet), an interface such as the RS-485 interface, and a relay output.

Электрические соединения устройств внутри основания 4 с «внешним миром» могут быть предпочтительно обеспечены с использованием многополюсного электрического соединителя, такого как соединитель, который обозначен с помощью ссылочного обозначения C на фиг. 1.The electrical connections of the devices within the base 4 to the "outside world" can preferably be provided using a multi-pole electrical connector, such as the connector which is designated with the reference symbol C in FIG. one.

Основание 4 также включает в себя источник энергии в виде источника оптического излучения, такого как твердотельный лазерный генератор для генерации мощного лазерного пучка, или один или нескольких светоизлучающих диодов.The base 4 also includes a power source in the form of an optical source, such as a solid state laser generator for generating a high power laser beam, or one or more light emitting diodes.

В рабочем состоянии описанное выше измерительное устройство 1 работает по существу следующим образом:In operation, the measuring device 1 described above operates essentially as follows:

Устройства, которые несет на себе печатная плата 17, расположенная в верхней части внутренней полости изолятора 2, измеряют силу тока, потребляемого от линии L, с использованием резистивного шунтирующего устройства 5-7. Блок 12 управления и обработки отправляет соответствующие данные в вычислительный блок 54, расположенный в основании 4 измерительного устройства 1, через электрооптический преобразователь 13, оптическое волокно 14 и оптико-электрический преобразователь или приемник 52 внутри упомянутого основания.The devices carried by the printed circuit board 17 located in the upper part of the inner cavity of the insulator 2 measure the current drawn from the line L using a resistive shunt device 5-7. The control and processing unit 12 sends the corresponding data to the computing unit 54 located in the base 4 of the measuring device 1 through the electro-optical converter 13, the optical fiber 14 and the opto-electrical converter or receiver 52 inside said base.

Вычислительный блок 54 также получает данные, указывающие напряжение линии L, через делители 23a, 23b напряжения и модуль 50 оценки.The calculation unit 54 also receives data indicating the line voltage L through the voltage dividers 23a, 23b and the evaluation unit 50.

Затем вычислительный блок 54 может вычислить мощность, потребляемую от линии L, которая по существу пропорциональна произведению силы потребляемого тока и напряжения на линии. Используя информацию о потребляемой мощности, вычислительный блок 54 может также вычислить, сколько энергии потребляется линией L в течение заданного периода времени, вычисляя интегрированное значение произведения мощности, умноженной на время.The calculation unit 54 may then calculate the power drawn from the line L, which is substantially proportional to the product of the drawn current and the line voltage. Using the power consumption information, the computing unit 54 can also calculate how much power is consumed by the line L during a given period of time, calculating the integrated value of the product of power times time.

В случае кратковременного повышения напряжения, превышающего предварительно заданное значение, разрядники 40a, 40b независимо друг от друга или вместе генерируют разряд на землю, тем самым защищая все устройства, которые несет на себе основание 4 измерительного устройства 1.In the event of a momentary increase in voltage above a predetermined value, the arresters 40a, 40b independently or together generate a discharge to the ground, thereby protecting all devices carried by the base 4 of the measuring device 1.

Естественно, несмотря на принцип изобретения, средства реализации и конкретные варианты осуществления изобретения могут сильно отличаться от описанных и проиллюстрированных исключительно в качестве неограничивающего примера, не выходя, таким образом, за пределы объема изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения.Naturally, despite the principle of the invention, the means of implementation and specific embodiments of the invention may differ greatly from those described and illustrated solely as a non-limiting example, thus not going beyond the scope of the invention defined in the attached claims.

Claims

1. A device (1) for measuring the electrical power supplied to a railway vehicle via a high-voltage power line (L), comprising:

means (23) for resistive voltage division, operatively connected between said power supply line (L) and earth terminal (22; 32c),

first processing means connected to the output (26a, 26b) of said means (23) for resistive voltage division and configured to generate signals or data indicating the voltage of said power supply line (L),

current measuring means (5-7) operatively connected to said power supply line (L), and

second processing means (9-13) connected to said means (5-7) for measuring the current and configured to generate signals or data indicating the strength of the current consumed by the vehicle from the power line (L),

wherein said first processing means are configured to also calculate the power consumed by the power supply line (L) depending on the generated signals or data indicating the strength of the current consumed by the vehicle from the power supply line (L) and the generated signals or data indicating the voltage specified line (L) power supply,

characterized in that said means (23) for resistive voltage division comprise several voltage dividers (23a, 23b) functionally connected to said power supply line (L) and forming separate corresponding connection paths to said ground terminal (22; 32c), with this

said first processing means comprise several separate processing modules (41a, 42a, 43a; 41b, 42b, 43b) each of which is connected to a respective one of said connection paths and configured to generate respective signals or data indicating the voltage of said line (L ) power supply.

2. Device (1) according to claim 1, in which each voltage divider (23a; 23b) includes upper resistor means (24a; 24b) for lowering the voltage and lower measuring resistor means (25a; 25b) connected in series along the corresponding connection path, wherein each processing module (41a, 42a, 43a; 41b, 42b, 43b) is configured to obtain voltage readings on the corresponding lower measuring resistor means (25a; 25b) along the respective connection path.

3. Device (1) according to claim 2, wherein each processing module (41a, 42a, 43a; 41b, 42b, 43b) includes means (41a; 41b) for amplification connected to said respective lower measuring resistor means ( 25a; 25b), wherein the output of the amplifier (41a; 41b) is connected via analog-to-digital conversion means (42a; 42b) to a control and processing unit (43a; 43b), configured to calculate data indicating the line voltage (L) on based on the specified voltage readings.

4. Apparatus (1) according to claim 3, wherein said first processing means includes an evaluation module (50) configured to compare data indicative of line voltage (L) calculated by each unit (41a, 42a, 43a, 41b , 42b, 43b) control and processing, between them, while the difference between the calculated data, exceeding a predetermined threshold value, indicates a deviation from the norm.

5. Device (1) according to any of the preceding claims, wherein said upper resistor means (24a; 24b) of each voltage divider (23a, 23b) have a different resistance value and said lower measuring resistor means (25a; 25b) of each divider ( 23a; 23b) voltages have different resistance values.

6. Device (1) according to any one of the preceding claims, wherein said means (23) for dividing the voltage are located in the cavity (18) inside the line insulator (2) and the contact terminal (30a; 30b) with the lowest potential of each divider (23a ; 23b) voltage is located at a predetermined distance from the housing (32) made of electrically conductive material located at the lower end of the specified insulator (2) and outside the cavity (18) of the specified insulator (2), and the housing (32) is made with the possibility of functional connection to earth (E), and in the housing (32) said first processing means are placed, so as to form, in addition, the corresponding individual arresters (40a; 40b) capable of generating an electrical discharge when the voltage across at least one of said arresters ( 40a; 40b) exceeds the set value.

7. Device (1) according to claim 6, in which each contact terminal (30a; 30b) with the lowest potential of each voltage divider (23a; 23b) is connected to a corresponding element (30a; 30b) in the form of a plate made of an electrically conductive material , which extends beyond the cavity (18) of the specified insulator (2), the specified body (32), made of electrically conductive material and located at the lower end of the specified insulator (2), is a hollow body (32), and the specified hollow body (32 ) includes a wall (32a) in the form of a plate, located opposite the specified elements (30a; 30b) in the form of a plate at a predetermined distance from them.