TW201434686A - 自我絕緣的模組化電源供應線 - Google Patents

自我絕緣的模組化電源供應線 Download PDF

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Abstract

本發明揭示一種用於車輛之自我絕緣的電源供應線，其中，一磁吸引彈性帶元件(7)收容於一絕緣鑄體(3)內，該電源供應線依序提供電源供應給彼此隔開且於該鑄體(3)之外部的複數個導電元件(10)。一偵測器電路(30)提供及調適用以測量該耗散電流(IL)，該耗散電流係在該路面的不良絕緣狀態之情況下，流過該通電導電元件(10)與和其相鄰的導電元件之間。

Description

自我絕緣的模組化電源供應線
本發明有關一種自我絕緣的模組化電源供應線。
第EP-B-0761493號專利描述一模組化電源供應線，其中，每個模組包括絕緣材料製成的長形鑄體，其定義朝直線方向延伸的內腔體。使用上，該絕緣鑄體係調適嵌入路面，其上部係對齊路面。該內腔體收容一彈性帶元件，該彈性帶元件具有利用鐵磁材料製成的部分，該等部分係調適與沿著該電源供應線移動的車輛(例如一鐵路車輛)所產生的磁場互動。
電源供應線更包括複數個扁平導電元件，其係由該鑄體的該上部所傳電，朝直線方向排列且實質對齊路面。
在沒有磁引力的情況，該彈性帶元件於該模組的整個長度係處於閒置位置，其中，該彈性帶元件為實質直線且不變形，且該等導電元件未被供電及/或連接至負參考電位(接地)。因此，在沒有磁動作下，該電源供應線會自動進入絕緣狀態。
在出現通過該鑄體的車輛所引起的磁引力的情況下，彈性帶元件受到磁場影響的部分便會向上彎曲，概略呈正弦波形狀變形；該彈性帶元件處於動作位置的該隆起部分則在該鑄體內部的正電源供應線與至少一連接該正電源供應線的導電元件之間產生電橋連接。配置於該元件之側部的該等導電元件係連接至參考電位(接地)。
該車輛相對於該鑄體的運動使該彈性帶元件的該隆起部沿著該內腔體移動，以允許對該等導電元件連續電源供應。
電動車具有一集電器裝置，該集電器裝置可以產生上述磁引力，且讓該通電導電元件連接一電極，以對電動車提供電源供應。
上述自我絕緣的電源供應線有一系列缺點，包括下列各項：a)有關確保該等扁平導電元件的安全性與維護上述絕緣狀態的問題；b)在妨礙的外部環境情況(在可能導致來自通電扁平導電元件之散佈於路面的表面耗散電流)下，使用電源供應線；c)在發生電源供應線故障或毀損情況下的導電元件安全管理。
關於上述b)項，在正常操作過程，上述類型之自我絕緣線無法在該等導電元件與這些連接該參考電位的元件之間，隨著時間提供及特別維持高度絕緣，由於 包括下列的多種理由：上述線的固有操作，其中，該等導電元件依序連接該正電源供應線與該接地線，基於此理由，相反極性的導電元件之間的實體距離會受限制，以允許連續電源供應給行進中的車輛；導電元件為安置且安裝於路面，其保證只有在某些操作狀態(非常乾燥且完全乾淨的路面)才有足夠的絕緣程度。
在路面出現潮溼、污穢或水的情況，該絕緣程度會降落到非常低的數值。
由於該不良絕緣，因此，耗散電流幾乎存在於電源供應線的所有操作狀況，該耗散電流則流通於該通電導電元件與這些連接參考電位的元件之間。
有關此存在的耗散電流之主要問題如下所述：耗散電流無法與車輛所吸收的牽引電流區分；耗散電流併入整體傳遞電流的測量；以及耗散電流可能於路面上產生潛在危險性。
第WO 98/36933號專利描述在第EP-B-0761493號專利所描述的一電源供應線類型，且具有一系列感應器(開關)，該等感應器可由處於閒置位置之彈性帶元件所關閉，且由處於動作位置之彈性帶元件所開啟。特別係該等感應器包括：導電板，其係彼此電隔開且由該鑄體所傳電；及互連構件，其係由該彈性帶元件所傳電，且 調適在處於閒置位置之該彈性帶元件之部分的該等導電板之間提供一電橋連接。
根據第WO 98/36933號文獻的結尾所描述的變化，一阻抗測量裝置用以調適測量介於導電板和鑄體的金屬部分之間的阻抗，以在低阻抗的情況下，偵測該鑄體內是否存在導電劑(諸如水與蒸氣)。
第WO 98/36933號文獻並未只在鑄體內部的絕緣處上提供指示，且未在鑄體外部提供任何耗散狀態的任何指示。尤其，第WO98/36933號文獻的結尾所描述的解決方案無法偵測在路面為部份導電的情況，來自通電扁平導電元件之散佈於路面的表面耗散電流。
本發明之目的是要提供一種自我絕緣的電源供應線，用以解決已知電源供應線的缺點。
由於本發明是關於一種用於車輛之自我絕緣的電源供應線，故可以達成前述之目的，其中，具有利用鐵磁材料製成的部分之彈性帶子元件係收容在長形腔體內，該長形腔體利用絕緣保護鑄體製成，且組構可於從該絕緣鑄體外部引起磁引力之後，在下列兩位置間移動：一低未變形位置，其中，該彈性帶元件係於該鑄體內的一第一電源供應線與該鑄體外部的至少一導電元件之間提供一橋接，且其屬於沿著該鑄體彼此隔開的複數個導體元件；及一高動作變形位置，其中，該彈性帶元件之磁引力部分係於該鑄體內的一第二電源供應線與至少一導電元件之間 提供提供一電橋接觸，用以允許對該導體元件的電源供應，供牽引車輛；沿著該電源供應線的車輛運動，以移動該鑄體內的該彈性帶子元件之變形部分，允許對導電元件的連續電源供應；該絕緣線包括位於該鑄體外部的至少一牽引電流回路電源供應線，且可從該路面接取，其特徵為，包括偵測器構件，其係調適用以偵測該第一電源供應線是否存在電流，用以偵測潛在危險性；該偵測器構件更調適用以在通電導電元件與相鄰其的導電元件之間路面的電氣耗散之後，測量在該第一電源供應線(9-M)流動的耗散電流(IL)；該偵測器構件係調適分類如下：a)正常操作狀態，倘若存在該耗散電流，不過低於一臨界值；及b)實質危險狀態，其係當該耗散電流較高於該臨界值。
1‧‧‧電源供應線
2‧‧‧模組
3‧‧‧長形鑄體
3-up‧‧‧上部
5‧‧‧內腔體
6‧‧‧路面
7‧‧‧彈性帶元件
7-up‧‧‧接觸部
7-up-sx‧‧‧部件
7-up-dx‧‧‧部件
8‧‧‧鐵磁材料之部分
9-M‧‧‧第一參考電源供應線
10‧‧‧導電元件
10-P‧‧‧導電元件
11-P‧‧‧第二正電源供應線
13‧‧‧轉換器
14‧‧‧垂直部
15‧‧‧下扁平水平部
16‧‧‧上平部
20‧‧‧牽引電流回路
21‧‧‧牽引電流回路
25‧‧‧集電裝置
30‧‧‧電流偵測器裝置
32‧‧‧控制單元
現將參考例示較佳具體實施例之附圖以說明本發明，其中：第1圖例示根據本發明所產生之電源供應線的俯視圖與示意圖；第2圖例示第1圖所示電源供應線的縱剖面側視圖；第3-A、3B和3C圖例示根據第2圖所示電源供應線之平面A-A、B-B和C-C的三個部分。
整體上，一自我絕緣的電源供應線在附圖中表示為自我絕緣的電源供應線(1)。
電源供應線為例如在第EP-B-0761493號文獻中所述類型之已知類型。
為此，將圖示說明該電源供應線(1)。
特別地係該電源供應線(1)包括複數個彼此耦合的模組(2)(為了簡化起見，第1圖只例示兩模組)。每個模組包括一長形鑄體(3)(圖示在第3圖-A、3-B和3-C)，該長形鑄體由絕緣材料製成，以定義一內腔體(5)(在使用矩形部分的範例中)，該內腔體(5)則朝直線方向D(第1圖)延伸。
使用上，該絕緣鑄體(3)係調適埋入路面(6)，而其上部(3-up)與該路面(6)齊平。
內腔體(5)收容一彈性帶元件(7)，該彈性帶元件(7)具有利用鐵磁材料(8)所製成之部分(第2圖)，該等部分係調適用以與車輛(9)(例如沿著鐵路移動之鐵路車輛，未例示)所產生的磁場互動，其特徵將於下面描述。
電源供應線(1)包括複數個扁平導電元件(10)，其由該鑄體(3)的該上部(3-up)傳電，並沿著方向D排列且對齊路面(6)。
在磁引力不存在的情況下，彈性帶元件(7)於該模組的整個長度係配置在一低不變形位置(第3-a圖)，其中，該彈性帶元件為實質直線且不變形，且該等導電元件(10)不被供電及/或連接一第一負參考電源供應線 (9-M)(接地)。
在通過鑄體(3)之車輛引起磁引力的清況下，彈性帶元件(7)受到磁場影響之該部分會向上彎曲(第2和3-B圖)，概略呈正弦波形(第2圖)，以形成一上接觸部(7-up)，其中，彈性帶元件(7)在該鑄體(3)內之一第二正電源供應線(11-P)(第3-A至3-C圖)與至少一導電元件(10-P)之間建立一電橋連接，該導電元件(10-P)是連接該正電源供應線(11-P)。配置於導電元件(10-P)之側部的導電元件(10)是連接至該第一參考電源供應線(9-M)(接地)。
電源供應線(11-P)的尺寸諸如允許足夠電流的流動，以確保鐵路車輛的電源供應，例如800-1200安培。
在顯示的範例(第3-A至3-C圖)中，每個導電元件(10)連接至一轉換器(13)，該轉換器為收容於該鑄體內且有一實質C形部，由於其包括一垂直部(14)、一下扁平水平部(15)、與一上水平部(16)，該上水平部為面對該下扁平水平部(15)。該第一電源供應線(9-M)包括一導電元件，該導電元件實質對齊該下扁平水平部(15)，並與其隔開距離d1，然而該第二電源供應線(11-P)包括一導電元件，該導電元件實質對齊該上水平部(16)，並與其隔開距離d2。
彈性帶元件(7)的寬度d3大於d1或d2且於下列之間提供橋接：當彈性帶元件(7)配置該下非變形位置(第3-A圖)時， 則於該第一電源供應線(9-M)與下部(15)之間；如此，該轉換器(13)連接一導電元件(10)至該第一電源供應線(9-M)；以及當彈性帶元件(7)配置於該上變形位置時，則於該第二電源供應線(11-M)(第3-C圖)與該上水平部(16)之間；如此，該轉換器(13)連接一導電元件(10)至該第二電源供應線(11-P)。
該電源供應線(1)復包括一第一電源供應線與一第二電源供應線，其為用於排列在方向D的牽引電流回路(20、21)，該鑄體(3)的外部且配置於該等導電元件(10)之相反側的路面。該牽引電流回路(20)的該等電源供應線的尺寸諸如允許足夠電流的流動，確保對鐵路車輛的電源供應，例如800-1200安培。
電動車(9)相對於鑄體(3)的運動係沿著該內腔體(5)以移動該彈性帶元件(7)的隆起部(7-up)，以允許連續電源供應給該等導電元件(10)。
電動車(9)具有一集電裝置(25)，其可以產生上述的磁引力，且允許連接該通電導電元件(10-P)至一第一電極(E1)，用以供應該電動車(9)的正電源供應。
一對第二電極(E2)可以確保該牽引電流回路，該等第二電極係耦合至該第一與該第二電流回路線(20、21)。
使用上，電動車(9)配置於電源供應線(2)上面，而集電器(25)面對該等導電元件(10)。在集電器(25)的 底壁貼在路面(6)以前，集電器(25)係於低位。
在此位置，由集電器傳電的磁鐵移動較靠近鑄體(3)內含的彈性帶元件；從該磁鐵延伸的磁力線經由隆起與彎曲、呈波狀變形之該彈性帶元件之一個別部件(7-up-sx、7-up-dx)而靠近(第2圖)。
集電器的第一電極(E1)係配置接觸該導電元件(10-P)，導電元件(10-P)連接至該正電源供應線(11-P)，如此，允許供電給電動車(9)的發動機之動力，在電動車的發動機之推力下，電動車係相對於鑄體(3)移動。集電器(25)的第二電極(E2)係於該等第一與第二電流回路線(20、21)連續滑動，確保牽引電流的回路。不像在第EP-B-0761493號文獻中所述的系統，該第一電源供應線(9-M)不運送牽引電流；如將於下面闡明，在正常工作狀態，該第一電源供應線(9-M)不運送任何電流。
關於車輛(9)相對於鑄體(3)之相對位置的變化意指該彈性帶元件(7)的不同部分向上變形，且因此先前通電的導電元件不會通電，且一相鄰導電元件(10)連接至該電源供應線(11)。彈性帶元件之變形部分在該鑄體內部的運動之後，依序使該導電元件(10)通電。由於上述的配置，集電器(25)的鑄體(未說明)始終覆蓋該通電導電元件(10)，如此，可以確保電源供應線的安全性、及該第一電極(E1)與該通電導電元件(10)之間的連接。
未連接正電壓的導電元件(10)會自動連接該第一電源供應線(9-M)。
在許多工作狀態下，路面(6)處於不良的絕緣狀態(例如，由於路面出現潮溼、水、碎片或液體)；在這些狀態中，耗散電流IL流過於該通電導電元件(10)與導電元件(10)(連接參考電位)之間；在這些不正常情況中，電流會產生且沿著電源供應線(9-M)流通。根據本發明，可以偵測不同於零的電流(表示潛在的危險性)且分析電流的時間趨勢，以分辨實質危險的情況。
根據本發明，提供一電流偵測器裝置(30)(第1圖示意顯示)，其係調適用以偵測及測量該耗散電流(IL)，該耗散電流(IL)係於該第一電源供應線(9-M)流向該負端子點(接地)。
該電流偵測器(30)係適應用以偵測是否存在電流(且因此係調適用以偵測潛在危險性的情況)。因此，該電流偵測器係調適區分：a)正常操作狀態，其認為係於該測量的耗散電流幾乎為零；或在任何情況，低於一臨界值IS(IL<IS，例如80安培)；以及b)實質危險狀態，其係當測量的耗散電流高於該臨界值IS(IL>IS)。
在情況b)，高耗散電流可能於路面對通過路面的使用者潛在產生危險電壓(例如，高於50V(伏特))，且接觸或踩到一導電元件。在該狀態b)，該電流偵測器(30)係調適傳送一命令HS至該正電源供應線(11-P)的一控制單元(32)，用以中斷該電源供應線(1)的電源供應。
典型地，電流偵測器(30)調適用以測量該耗散電流對時間的變化(d(IL)(d(t))，如此確認該耗散電流是否存在危險傾向。
在此情況，該電流偵測器係調適區分：a1)正常操作狀態，其係當該耗散電流時間的變化低於一臨界值ID；以及b1)實質危險狀態，其係倘若該耗散電流時間的變化較高於該臨界值ID。
狀態a1)表示逐漸增加損失電流，此可表示路面從乾燥狀態漸進轉變至歷經大氣事件後水所涵蓋的狀態。這些為正常操作狀態，不必然會對使用者伴隨危險。
狀態b1)，另一方面，可表示沿電源供應線的故障，由於(例如)該彈性帶元件於引起磁引力之後係處於該不變形位置的非回路。
數值分析範例：
該等可接受耗散電流的數值取決於該構成第一電源供應線(9-M)之導線的電量大小、與電源供應線本身受保護的最大距離。
例如，上述導線等於銅(或銅等效物)的240mm2(平方公釐)與最大保護距離3km(公里)之一部分，對於多達200安培的連續耗散電流，保證該可接取元件的電壓低於50V(伏特)。該等數值只可於存有高導電率0.05-0.1S/m的數公分(cm)水中達成。
超過該數值，該電源供應線(1)的電源供應會被中斷 (命令.HS.)。甚至更高的電流值(與安裝系統的環境類型有關聯)認為可接受，其成比例地增加該導線部分。
另一方面，一突然變化係與所涉及電流的絕對值無關，而是只取決於該電流的變化率。
同時，在此情況，電源供應線(1)的電源供應會被中斷(命令.HS.)
1‧‧‧電源供應線
2‧‧‧模組
9-M‧‧‧第一參考電源供應線
10‧‧‧導電元件
10-P‧‧‧導電元件
11-P‧‧‧第二正電源供應線
20‧‧‧牽引電流回路
21‧‧‧牽引電流回路
25‧‧‧集電裝置
30‧‧‧電流偵測器裝置
32‧‧‧控制單元

Claims (2)

  1. 一種用於車輛之自我絕緣的電源供應線，其中，一具有由鐵磁材料之部分(8)的彈性帶元件(7)為收容於長形腔體(5)內，該長形腔體(5)採用絕緣保護鑄體(3)實現，且組構以於該絕緣鑄體外部發生磁引力之後，在下列位置間移動：一低非變形位置，其中，該彈性帶元件係於該鑄體內部的第一線路(9-M)與該鑄體外部的至少一導電元件(10)之間形成一橋接，且屬於被該鑄體所彼此隔開的複數個導電元件(10)；及一高動作變形位置，其中，該彈性帶元件(7)的磁引力係於該鑄體(11-P)內部的一第二線路與至少一導電元件(10-P)之間產生一橋電接觸，以使電源供應給該導電元件(10-P)，供牽引車輛；車輛沿著該線路的運動產生該鑄體內部的該彈性帶元件的該變形部分的運動，以連續電源供應給該等導電元件；該絕緣線包含至少一牽引電流回路線路(20、21)，該牽引電流回路線路係於該鑄體的外部且可從該路面接取，其特徵為，該電源供應線包括偵測構件(30)，該偵測構件係調適用以測量該第一電源供應線是否存在電流，以發現潛在危險性；該偵測構件(30)復調適係於該通電導電元件(10)與和其相鄰的導電元件之間路面的電氣耗散之後，測量於該第一電源供應線(9-M)流通的該耗散電流(IL)； 該偵測構件(30)係調適區分：a)該正常功能狀態，其係當存在該耗散電流，不過低於一臨界值；以及b)一實質風險狀態，其係當該耗散電流高於該臨界值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應線，其中，該偵測構件(30)可測量該電流對時間(d(IL)(d(t))的變化；該偵測構件係調適區分：該正常功能狀態，其係當該電流變化低於該臨界值；以及一實質風險狀態，其係當該電流變化高於該臨界值。
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