WO2020127093A1 - Thermische überwachung von stromschienenanlagen - Google Patents

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Florian NOLTE
Saman TORABZAD
Mahyar GARMABAD
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Paul Vahle Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the present invention relates to a carriage or pantograph for moving along a route with at least one busbar.
  • busbars along a route are generally divided into segments, the ends of the busbars usually being connected to one another by busbar connectors.
  • busbar connectors it is also possible for the ends to be soldered or welded to one another. Due to deviating component quality, incorrect assembly and / or component aging, the contact resistance can increase over time. These investment errors are not immediately apparent.
  • the object of the present invention is therefore to provide a device and a method with which an increase in the contact resistance in a busbar system can be detected at an early stage.
  • the temperature of the busbar (s) can be measured by means of the temperature sensor, the temperature at the connection points being higher than with the rest of the busbar towards the center of the respective segment, provided the transition cross-section is smaller compared to the cross-section of the busbar profiles, and thereby the current density is higher in the area of the connection point.
  • transition resistance at rail transitions and connection points may differ due to the different component quality and component aging. changes with time.
  • the busbar connectors can also come loose, which also reduces the contact areas and increases the current density and thus also the heating of the busbar ends and the connector.
  • the temperature sensor is advantageously a sensor for the detection of infrared radiation, by means of which the thermal radiation emitted by the conductor rail can be detected.
  • the signals and / or output voltage of the temperature sensor can be processed by a data processing device.
  • the data processing device can either be arranged on the current collector, its holder or the trolley or can be connected worldwide via radio technology, in particular mobile radio.
  • the alarm or error signal can be generated by an optical signal source, e.g. indicated by an LED.
  • an optical signal source e.g. indicated by an LED.
  • the warning or error signal can contain information about the location at which the impermissibly high temperature has been measured.
  • exactly one temperature sensor determines the temperature of only one busbar from a plurality of busbars arranged next to one another.
  • a temperature sensor is used to determine the average temperature of a plurality of busbars arranged next to one another. So it is possible that a sensor detects all the busbars of the Busbar system detects emitted infrared radiation and generates a signal from it.
  • each busbar ge ⁇ is provided precisely one sensor for temperature measurement. It is also within the meaning of the invention if a plurality of sensors are provided, with one sensor in each case determining the temperature of two or more busbars.
  • a further sensor can be provided with which the ambient temperature of the busbar system is determined.
  • This at least one additional sensor can be stationary and / or arranged on the carriage and / or pantograph.
  • the measured during the measurement of the busbar temperature environment temperature can be in the tempera with the busbar (s) rprofil stored and especially when Beur ⁇ the quality of the conductor rail transitions or development division of the busbar temperature considered.
  • the current temperature profile can contain the following information: a) location of the temperature measurement (P (s));
  • the method for determining and evaluating the measured temperatures of the busbar (s) is also claimed, in which a carriage or pantograph is moved along the at least one busbar, and that during the journey and / or at a standstill the temperature of the busbar (s) is measured at predetermined locations, continuously and / or at equi-distant intervals and stored in a memory and / or compared with already stored or at least one maximum temperature T Max , and that exceeding the maximum temperature (T Max ) is evaluated as an error and logged accordingly and / or an alarm signal is sent.
  • Fig. 1 Perspective view of a pantograph system
  • Fig. 2 side view of a pantograph with busbar
  • Fig. 3 schematic representation of a busbar transition
  • Busbar connector and data processing device for detecting the temperature of the busbar
  • Fig. 4 Temperature profiles.
  • FIG. 1 shows a perspective view of the current collector system 1 according to the invention, having a driver rod 2 and four current collectors S PE , S PHi , S PH2 and S PH3 arranged thereon .
  • the PE pantograph S PE and the three PH pantographs S PHi , S PH 2 and S PH 3 each have a fastening element 3, 4 for fastening the pantographs to the driving rod 2, on each of which two arms 6 can be rotated and pivoted by means of bearings are arranged, which at their ends facing away from the fastening element 3, 4 each carry carbon brush holders 8, in which the carbon brushes or sliding contacts 5 are arranged.
  • Electrical transmission cables 7 are in electrical connection with the sliding contacts 5 by means of connections 8a and are also at their other end with contact terminals, which are arranged in the fastening element 3, 4, electrically connected.
  • Springs 9 are arranged between the carbon brush holders 8 and the fastening elements 3, 4, which hold the sliding contacts 5 in position.
  • the driver ⁇ rod 2 is used to fasten the pantograph system 1 to a mobile device, not shown, for example a non-track-guided car or a rail-bound car, which can be moved along busbars, the sliding contacts 5 in busbars, not shown and attached to a route, or Intervene in the conductor line to establish an electrical contact.
  • the four pantographs S PE , S PHi , S PH 2 and S PH 3 arranged on the driver rod 2 are each arranged in the discrete positions PI, P2, P3 and P4 on the driver rod 2 at its end region 2v and by means of latching connections in the respective discrete positions held.
  • the temperature sensors 12 which, as shown in FIG. 2, detect the infrared radiation IR emitted by the busbars S t , S 2, can be arranged on top of one or all current collectors S PE , S PHi , S PH 2 and S PH 3 or detect.
  • the sensor 12 transmits its output signals or output voltages to a data processing device DV, which can have a CPU, a memory and an input and output unit I / O. Via the latter, signals can be transmitted to and / or received by a higher-level data processing system ÜDV (FIG. 3).
  • FIG. 4 shows three temperature profiles which have already been determined, the temperature values T (Pi) being stored in each case.
  • the temperature curve K1 was recorded first, then the temperature curve K2 and finally the temperature curve K3. If the temperature values of the curves Kl and K2, so exceeding the temperature at point P5 at the temperature curve K3 maximum Tempe temperature or in the aggregate under the still permissible maximum temperature T Max T Max ⁇ This may be a sign of a faulty transition area between the two in Figure 3 shown Busbar segments S1 and S2.
  • the ambient temperature Tu was measured using the temperature curves K1, K2, K3 of the busbars. If the ambient temperature is very high, the temperature curve could be shifted upwards, as a result of which the maximum temperature is exceeded. This can be taken into account when evaluating the data, so that an alarm is not triggered immediately if the temperature curve is shifted upwards due to the high ambient temperature.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wagen oder Stromabnehmer (WS) zum Verfahren entlang einer Trasse mit mindestens einer Stromschiene (Si), dadurch gekennzeichnet, dass an dem Wagen oder dem Stromabnehmer (WS) mindestens ein Temperatursensor (12) zum Messen der Temperatur (T) mindestens einer Stromschiene (Si) oder dem Übergang (S1a, S2a, SV) zwischen zwei aneinander grenzenden Stromschienen (S1, S2) angeordnet ist.

Description

Thermische Überwachung von Stromschienenanlagen
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wagen oder Stromabnehmer zum Verfahren entlang einer Trasse mit mindestens einer Stromschiene.
In einer Stromschienenanlage sind in der Regel die Stromschienen entlang einer Trasse in Segmente unterteilt, wobei die Enden der Stromschienen meist durch Stromschienenverbinder miteinander verbunden sind. Es ist jedoch auch möglich, dass die Enden miteinander verlötet oder verschweißt sind. Durch abweichende Bauteilqualität, nicht korrekte Montage und/oder Bauteilalterung können sich die Übergangswiderstände im Laufe der Zeit vergrößern. Diese Anlagefehler sind nicht direkt ersichtlich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mit dem frühzeitig eine Erhöhung der Übergangswiderstände in einer Stromschienenanlage erkannt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Wagen oder Stromabnehmer nach Anspruch 1 gelöst. Mittels des Temperatursensors kann die Temperatur der Stromschiene(n) gemessen werden, wobei die Temperatur an den Verbin- dungsstellen höher ist als bei der übrigen Stromschiene hin zur Mitte des jeweiligen Segmentes, sofern der Übergangsquerschnitt im Vergleich zum Querschnitt der Stromschienenprofile kleiner ist, und dadurch die Stromdichte im Bereich der Verbindungsstelle höher ist.
Insbesondere können sich an Schienenübergängen und Verbindungsstellen durch abweichende Bauteilqualität und Bauteilalterung die Übergangswider- stände mit der Zeit ändern. Auch können sich die Stromschienenverbinder lösen, wodurch sich die Kontaktflächen ebenfalls verringern und die Stromdichte und damit auch die Erwärmung der Stromschienenenden und des Verbinders steigt.
Durch die in Intervallen oder fortwährend durchgeführte Temperaturmessung der Stromschiene(n) kann eine Erhöhung der Temperatur und damit ein Anlagenfehler rechtzeitig erkannt und behoben werden, bevor es zu ungewollten Abschaltungen oder Ausfällen kommt. So können Temperaturprofile der Stromschiene(n) angefertigt, abgespeichert und mit zuvor erstellten Tempera tu rprofi len verglichen werden. Sofern dabei eine unzulässig hohe Temperatur oder eine stetig steigende Temperatur an bestimmten Stellen der Stromschienenanlage festgestellt werden, kann eine Fehlermeldung generiert und/oder ein Beheben des entstehenden bzw. entstandenen Fehlers angeordnet werden.
Der Temperatursensor ist vorteilhaft ein Sensor zur Detektion von Infrarotstrahlung, womit die von der Stromschiene abgestrahlte Wärmestrahlung de- tektiert werden kann. Dabei können von einer Datenverarbeitungseinrichtung die Signale und/oder Ausgangsspannung des Temperatursensors verarbeitet werden. Die Datenverarbeitungseinrichtung kann entweder an dem Stromab nehmer, seiner Halterung oder dem Wagen angeordnet oder per Funktechnologie, insbesondere Mobilfunk, weltweit angebunden sein.
Der Alarm bzw. das Fehlersignal kann im einfachsten Falle durch eine optische Signalquelle, z.B. durch eine LED angezeigt werden. Es ist jedoch auch möglich, ein akustisches Signal oder ein elektronisches Signal an eine übergeordnete Datenverarbeitungseinrichtung auszusenden. Dabei kann das Warn- bzw. Fehlersignal Informationen über den Ort, an dem die unzulässig hohe Temperatur gemessen worden ist, enthalten.
In einer ersten möglichen Ausführungsform der Erfindung ermittelt genau ein Temperatursensor die Temperatur lediglich einer Stromschiene von mehreren nebeneinander angeordneten Stromschienen. In einer weiteren möglichen Ausführungsform dient ein Temperatursensor zur Ermittlung der Durch schnittstemperatur von mehreren nebeneinander angeordneten Stromschienen. So ist es möglich, dass ein Sensor die von allen Stromschienen der Stromschienenanlage ausgesendete Infrarotstrahlung detektiert und daraus ein Signal generiert. Es ist jedoch ebenso möglich, dass je Stromschiene ge¬ nau ein Sensor zur Temperaturmessung vorgesehen ist. Im Sinne der Erfindung ist es ebenso, wenn mehrere Sensoren vorgesehen sind, wobei jeweils ein Sensor die Temperatur von zwei oder mehr Stromschienen ermittelt.
Zusätzlich kann ein weiterer Sensor vorgesehen sein, mit dem die Umgebungstemperatur der Stromschienenanlage ermittelt wird. Dieser mindestens eine zusätzliche Sensor kann stationär und/oder an dem Wagen und/oder Stromabnehmer angeordnet sein. Die während der Messung der Stromschienentemperatur gemessene Umgebungstemperatur kann dabei mit im Temperatu rprofil der Stromschiene(n) abgespeichert und insbesondere bei der Beur¬ teilung der Qualität der Stromschienenübergänge bzw. Entwicklung der Stromschienentemperatur mit berücksichtigt werden.
Das Strom Temperaturprofil kann in seiner einfachsten Form folgende Informationen enthalten : a) Ort der Temperaturmessung (P(s));
b) Temperaturwert (T(P(s)));
Es ist jedoch vorteilhaft, wenn zusätzliche Daten mit abgespeichert werden. So können die nachfolgend aufgelisteten Informationen alleine oder in Kombination mit abgespeichert werden :
c) Nr. der Stromschiene oder des Temperatursensors, sofern mehr als eine Stromschiene überwacht wird;
d) Nr. des Wagens, sofern mit mehreren Wagen die Temperatur überwachung durchgeführt wird;
e) Umgebungstemperatur, sofern diese mit berücksichtigt und ge messen wird;
f) Zeit und/oder Datum der Temperaturmessung;
g) Höhe des Stroms, der aktuell durch die Stromschiene fließt.
Es wird zudem das Verfahren zur Ermittlung und Auswertung der gemessenen Temperaturen der Stromschiene(n) beansprucht, bei dem ein Wagen oder Stromabnehmer entlang der mindestens einen Stromschiene verfahren wird, und dass während der Fahrt und/oder bei Stillstand die Temperatur der Stromschiene(n) an vorbestimmten Stellen, fortwährend und/oder in äqui distanten Abständen gemessen und in einem Speicher abgelegt und/oder mit bereits gespeicherten oder mindestens einer Maximaltemperatur TMax vergli chen wird, und dass ein Überschreiten der Maximaltemperatur (TMax) als ein Fehler gewertet wird und entsprechend protokolliert und/oder ein Alarmsignal abgesandt wird.
Analog zu den einzeln isolierten/unisolierten Stromschienen-Systemen kann obig Beschriebenes auch am Stromabnehmerwagen innerhalb eines Isolierkörpers bei geschlossenen Sicherheitsschleifleitungen eingesetzt werden.
Nachfolgend wird anhand von Zeichnungen die Erfindung näher erläutert.
Es zeigen :
Fig. 1 : Perspektivische Ansicht eines Stromabnehmersystems;
Fig. 2: Seitenansicht auf einen Stromabnehmer mit Stromschiene;
Fig. 3 : schematische Darstellung eines Stromschienenübergangs mit
Stromschienenverbinder und Datenverarbeitungseinrichtung zur Erfassung der Temperatur der Stromschiene;
Fig. 4: Temperaturprofile.
Die Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Strom abnehmersystems 1, einen Mitnehmerstab 2 sowie vier daran angeordnete Stromabnehmer SPE, SPHi, SPH2 und SPH3 aufweisend. Der PE-Stromabnehmer SPE sowie die drei PH-Stromabnehmer SPHi, SPH2 und SPH3 weisen jeweils ein Befestigungselement 3, 4 zur Befestigung der Stromabnehmer am Mitnehmerstab 2 auf, an denen jeweils zwei Arme 6 verdreh- und schwenkbar mittels Lagern angeordnet sind, welche an ihren dem Befestigungselement 3, 4 abgewandten Enden jeweils Schleifkohlenhalter 8 tragen, in denen die Schleifkohlen bzw. Schleifkontakte 5 angeordnet sind. Elektrische Übertragungskabel 7 sind mittels Anschlüssen 8a mit den Schleifkontakten 5 in elektrischer Verbindung und sind zudem mit ihrem anderen Ende mit Kontaktklemmen, welche im Befestigungselement 3, 4 angeordnet sind, elektrisch verbunden. Federn 9 sind zwischen den Schleifkohlenhaltern 8 und den Befestigungselementen 3, 4 angeordnet, welche die Schleifkontakte 5 in Position halten. Der Mitnehmer¬ stab 2 dient zur Befestigung des Stromabnehmersystems 1 an einer nicht dargestellten mobilen Einrichtung, z.B. eines nicht spurgeführten Wagens oder eines schienengebundenen Wagens, welche entlang von Stromschienen verfahrbar sind, wobei die Schleifkontakte 5 in nicht dargestellte und an einer Trasse befestigten Stromschienen bzw. Schleifleitung zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes eingreifen.
Die vier am Mitnehmerstab 2 angeordneten Stromabnehmer SPE, SPHi, SPH2 und SPH3 sind jeweils in den diskreten Positionen PI, P2, P3 und P4 am Mitnehmer stab 2 an dessen Endbereich 2v angeordnet und mittels Rastverbindungen in den jeweiligen diskreten Positionen gehalten.
Oben auf einem oder allen Stromabnehmern SPE, SPHi, SPH2 und SPH3 kann bzw. können die Temperatursensoren 12 angeordnet sein, welcher, wie in Figur 2 dargestellt, die von den Stromschienen St, S2 abgestrahlte Infrarotstrahlung IR detektiert bzw. detektieren. Der Sensor 12 übermittelt seine Ausgangssignale bzw. Ausgangsspannungen an eine Datenverarbeitungseinrichtung DV, welche eine CPU, einen Speicher und eine Ein- und Ausgabeeinheit E/A aufweisen kann. Über letztere können Signale hin zu einer übergeordneten Da tenverarbeitungsanlage ÜDV ausgesendet und/oder von dieser empfangen werden (Fig. 3).
Die Figur 4 zeigt drei bereits ermittelte Temperaturprofile, wobei jeweils die Temperaturwerte T(Pi) gespeichert sind. Die Temperaturkurve Kl wurde als erstes aufgezeichnet, danach die Temperaturkurve K2 und als letzte die Temperaturkurve K3. Liegen die Temperaturwerte der Kurven Kl und K2 noch insgesamt unter der noch zulässigen Maximaltemperatur TMax, so überschreitet die Temperatur beim Punkt P5 bei der Temperaturkurve K3 die Maximaltempe ratur T Max· Dies kann ein Anzeichen für einen fehlerhaften Übergangsbereich zwischen den beiden in Figur 3 dargestellten Stromschienensegmenten S1 und S2 sein. Zusätzlich wurde mit den Temperaturkurven Kl, K2, K3 der Stromschienen noch die Umgebungstemperatur Tu gemessen. Sofern die Umgebungstempera tur sehr hoch ist, könnte die Temperaturkurve nach oben verschoben werden, wodurch die Maximaltemperatur überschritten wird. Bei der Auswertung der Daten kann dies berücksichtigt werden, so dass bei einer durch die hohe Um gebungstemperatur nach oben verschobener Temperaturkurve nicht gleich ein Alarm ausgelöst wird.

Claims

Patentansprüche
1. Wagen oder Stromabnehmer (WS) zum Verfahren entlang einer Trasse mit mindestens einer Stromschiene (SO, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Wagen oder dem Stromabnehmer (WS) mindestens ein Tempe¬ ratursensor (12) zum Messen der Temperatur (T) mindestens einer Stromschiene (S oder dem Übergang (Sia, S2a, SV) zwischen zwei anei¬ nander grenzenden Stromschienen (Slf S2) angeordnet ist.
2. Wagen oder Stromabnehmer (WS) nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der Temperatursensor (12) Mittel zum Detektieren von Infrarotstrahlung (IR) aufweist und eine Datenverarbeitungseinrichtung (DV) die Signale und/oder Ausgangsspannung des Temperatursensors (12) verarbeitet. Lokal, oder per Funktechnologie, Mobilfunk angebunden
3. Wagen oder Stromabnehmer (WS) nach Anspruch 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (DV) bei Überschreiten eines ermittelten Temperaturwertes (Tmax) ein Warnsignal aussendet, insbesondere an eine übergeordnete Datenverarbeitungseinrichtung (ÜDV) übermittelt, insbesondere zusätzlich den Ort (PO, an dem die Tem¬ peratur (T) gemessen worden ist, mit übermittelt.
4. Wagen oder Stromabnehmer (WS) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (DV) kontinuierlich den ermittelten Temperaturwert (T(P0) und die zugehörige Position (PO entlang der Trasse abspeichert und/oder an eine übergeord nete Datenverarbeitungseinrichtung (ÜDV) übermittelt.
5. Wagen oder Stromabnehmer (WS) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Temperatursensor (12) zur Messung der Temperatur (T) einer einzigen Stromschiene (SO oder ein Temperatursensor (12) zur Temperaturmessung mindestens zweier ne beneinander angeordneter Stromschienen (SO vorgesehen ist.
6. Stromschienenanlage mit mindestens einer entlang der Trasse angeord neten Stromschiene (S|), wobei die Stromschiene (S,) aus mehreren Segmenten (Si, S2) zusammengesetzt ist, deren zueinander weisenden Enden (Sla, S2a) miteinander mittels Stromschienenverbindern, Löt- o- der Schweißverbindungen miteinander verbunden sind und entlang der Trasse mindestens ein Wagen nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che verfahrbar angeordnet ist.
7. Stromschienenanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Temperaturmessung eine kontinuierliche Überwachung der Tem peratur der mindestens einen Stromschiene entlang der Trasse vorgenommen wird.
8. Stromschienenanlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die Umgebungstemperatur an bestimmten Stellen, insbe¬ sondere den Stellen der aneinandergrenzenden Segmentenden der Stromschienen erfolgt.
9. Stromschienenanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die während der Messung der Stromschienentemperatur gemessene Umge bungstemperatur mit abgespeichert und insbesondere bei der Beurteilung der Stromschienenübergänge bzw. Entwicklung der Stromschienentem peratur mit berücksichtigt wird.
10. Stromschienenanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die übergeordnete Datenverarbeitungseinrichtung einen Speicher aufweist, in dem die Temperaturprofile, insbesondere für Punkte entlang der Trasse, zumindest folgende Daten gespeichert werden : a) Ort der Temperaturmessung (P(s));
b) Temperaturwert (T(P(s)));
11. Stromschienenanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der folgende Werte mit abgespeichert wird :
c) Nr. der Stromschiene oder des Temperatursensors, sofern mehr als eine Stromschiene überwacht wird;
d) Nr. des Wagens, sofern mit mehreren Wagen die Temperatur- Überwachung durchgeführt wird;
e) Umgebungstemperatur, sofern diese mit berücksichtigt und gemessen wird;
f) Zeit und/oder Datum der Temperaturmessung; g) Höhe des Stroms, der aktuell durch die Stromschiene fließt.
12. Verfahren zur Überwachung einer Stromschienenanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wagen oder Stromabnehmer (WS) entlang der mindestens einen Stromschiene (S) verfahren wird, und dass während der Fahrt oder bei Stillstand die Temperatur (T) der Stromschiene(n) an vorbestimmten Stellen, fort während und/oder in äquidistanten Abständen gemessen und in einem Speicher abgelegt und/oder mit bereits gespeicherten oder mindestens einem Soll-Temperaturwert verglichen wird, und dass ein Überschreiten einer Maximaltemperatur (TMax) als ein Fehler gewertet wird und ent sprechend protokolliert und/oder ein Alarmsignal abgesandt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Durchfahrt durch die Trasse eine Temperaturkurve abgespeichert wird und diese mit nachfolgend aufgenommenen Temperaturkurven verglichen wird und gegebenenfalls ein Warnsignal abgegeben wird.
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