ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ, УСТАНОВЛЕННОЕ НА КРЫШЕ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА НА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТЯГЕ
ELECTRIC EQUIPMENT INSTALLED AT ROOF OF RAILWAY VEHICLE WITH ELECTRIC PROPULSION

Изобретение относится к электрооборудованию, расположенному на крыше железнодорожного транспортного средства на электрической тяге.
Это электрооборудование содержит по меньшей мере один источник питания переменным током, соединенный с по меньшей мере одной линией питания электрическим током, соединенной с одной стороны с по меньшей мере одним высоковольтным устройством, предназначенным для питания переменным током, при этом в линии питания имеется выключатель переменного тока, позволяющий изолировать высоковольтное устройство от линии питания, когда указанный выключатель разомкнут. Электрооборудование содержит также заземляющий разъединитель, перемещающийся между разомкнутым положением, в котором разъединитель не соединен с линией питания, и замкнутым положением, в котором разъединитель соединен с линией питания во входной точке, расположенной между выходом источника питания и входом выключателя, и в выходной точке, находящейся между выходом выключателя и высоковольтным устройством.
Объектом изобретения является также железнодорожное транспортное средство на электрической тяге, содержащее такое электрооборудование.
Современные железнодорожные транспортные средства должны иметь возможность отбирать электроэнергию от разных типов линии питания или контактной линии, чтобы адаптироваться к территории, по которой движутся эти транспортные средства. Так, некоторые контактные линии обеспечивают подачу постоянного электрического тока, тогда как другие подают переменный электрический ток.
Известно, что для отбора этих двух типов тока железнодорожные транспортные средства содержат по меньшей мере один убирающийся токоприемник отбора постоянного тока и по меньшей мере один убирающийся токоприемник отбора переменного тока. В зависимости от местности, по которой движется железнодорожное транспортное средство, к контактной линии прижимают тот или другой токоприемник. В некоторых случаях обе функции может выполнять один токоприемник.
В частности, изобретение относится к линии питания переменным током или верхней однофазной линии. Таким образом, при движении поезда под однофазной контактной линией токоприемник позволяет осуществлять отбор переменного тока. Этот ток может, например, поступать в трансформатор.
Как известно, в линии питания переменным током между выходом токоприемников с одной стороны и верхней однофазной линией и/или трансформатором с другой стороны устанавливают выключатель переменного тока. Выключатель действует как прерыватель, размыкающий линию питания переменным током.
Как известно, устанавливают также заземляющий разъединитель, позволяющий подключать на массу все линии питания железнодорожного транспортного средства для обеспечения операций обслуживания без риска поражения электрическим током персонала, занятого обслуживанием. Такой разъединитель установлен параллельно с выключателем переменного тока для подключения на массу цепи на входе и цепи на выходе выключателя.
Вот уже более десяти лет выключатель переменного тока выполняют с встроенной в него вакуумированной колбой, известной своими свойствами отключения или замыкания.
Однако в случае неисправности выключателя он может не выполнять свою роль прерывателя и пропускать ток даже при поступлении на него команды на переход в разомкнутое положение. Это происходит, например, при повреждении вакуумированной колбы, в которой происходит нарушение вакуума. В этом случае выключатель пропускает ток постоянно, что может привести к отрицательным последствиям.
Одной из задач изобретения является обеспечение возможности противостоять неисправности выключателя переменного тока путем создания электрического устройства, оборудованного разъединительным устройством, которое может функционировать как выключатель переменного тока и при этом иметь компактную и простую конструкцию.
Поставленная задача решена в описанном выше электрооборудовании, дополнительно содержащем разъединительное устройство, установленное в линии питания, при этом указанное разъединительное устройство выполнено с возможностью перемещения между замкнутым положением, в котором ток может течь по линии питания, и разомкнутым положением, в котором соединение между источником питания и выключателем или между выключателем и высоковольтным устройством прервано.
Электрооборудование в соответствии с настоящим изобретением позволяет объединить в одном компактном блоке функции выключателя переменного тока и подключения на массу и отключения, обеспечивая при этом надежную работу.
Предпочтительно разъединительное устройство расположено между входной точкой и входом выключателя или между выходом выключателя и выходной точкой.
Предпочтительно линия питания переменным током состоит из двух частей, при этом первая часть содержит часть линии питания, находящуюся на входе разъединительного устройства, а вторая часть содержит часть линии питания, находящуюся на выходе разъединительного устройства, при этом первая и вторая части разделены физически и могут быть соединены между собой за счет перевода разъединительного устройства в замкнутое положение.
Предпочтительно разъединительное устройство содержит планку, выполненную из проводящего материала и установленную с возможностью поворота между замкнутым положением, в котором она соединяет вторую часть линии питания с первой частью линии питания, и разомкнутым положением, в котором она отходит от первой или от второй частей линии питания.
Предпочтительно планка установлена с возможностью поворота на приводе, расположенном на входе второй части линии питания.
Предпочтительно привод планки передает усилие вращения на планку через изолятор.
Предпочтительно заземляющий разъединитель содержит две соединенные с массой стойки (50), которые выполнены с возможностью перемещения между разомкнутым положением, в котором указанные стойки отходят от линии питания, и замкнутым положением, в котором одна из стоек соединена с первой частью линии питания, а другая стойка соединена со второй частью линии питания.
Предпочтительно заземляющий разъединитель содержит ручной приводной рычаг, оборудованный рукояткой, выполненной с возможностью перемещения двух стоек между разомкнутым положением и замкнутым положением.
Предпочтительно выключатель является вакуумным выключателем, содержащим вакуумированную колбу.
Предпочтительно выключатель, заземляющий разъединитель и разъединительное устройство закреплены на опорной пластине, предназначенной для установки на крыше железнодорожного транспортного средства на электрической тяге.
Другие особенности и преимущества изобретения будут более понятны из дальнейшего описания примера его осуществления со ссылками на чертежи.
На фиг.1 показана схема цепи питания, содержащая электрооборудование согласно изобретению;
на фиг.2 схематично показано электрооборудование согласно изобретению, вид в перспективе.
На фиг.1 показана цепь 1 питания электроэнергией железнодорожного транспортного средства на электрической тяге, содержащая электрооборудование 2, выполненное в виде единого блока и предназначенное для установки на крыше железнодорожного транспортного средства. Это устройство схематично показано на фиг.1 в пунктирной рамке.
Цепь 1 питания содержит по меньшей мере один источник 6 питания переменным током, образованный убирающимся токоприемником, выполненным с возможностью прижатия к контактной линии переменного тока. Цепь 1 питания может также содержать источник 4 питания постоянным током, образованный другим токоприемником. Управление токоприемниками в зависимости от проходящего в контактной линии тока само по себе известно, и его подробное описание опущено. Источники 4 и 6 постоянного и переменного тока соединены между собой, например, в точке 8.
Источник 6 переменного тока питает цепь 1 питания переменным током от своей выходной точки 8. Цепь 1 содержит, например, линию 10 питания и линию 12 питания переменным током, соединенные в точке 8. Могут иметься также и другие линии питания в зависимости от потребностей железнодорожного транспортного средства.
Например, линия 10 питания соединена с другими тяговыми устройствами (не показаны). В некоторых случаях эта линия питания может соответствовать питанию постоянным током, например, с напряжением 1500 В.
Линия 12 питания или высоковольтная однофазная линия в точке, противоположной точке 8, соединена с высоковольтным устройством, предназначенным для питания переменным током, таким как трансформатор (не показан), предназначенный для распределения тока между различными устройствами. Линия питания переменным током работает, например, под переменным напряжением 25 кВ.
Для обеспечения прохождения тока по линии 12 питания переменным током в зависимости от потребностей питания, как известно, на этой линии устанавливают выключатель 14 переменного тока между точкой 8 и выходной точкой 13 линии 12 питания. Такой выключатель 14 переменного тока является, например, однофазным вакуумным выключателем, работающим с вакуумированной колбой, что будет описано ниже. Выключатель 14 содержит вход 16, соединенный с точкой 8, и выход 18, соединенный с выходной точкой 13 линии 12 питания. Выключатель 14 работает как разомкнутый прерыватель, когда нет потребности в питании схемы на выходе выключателя 14 переменного тока, и как замкнутый прерыватель, когда необходимо подать питание в часть схемы на выходе выключателя 14, чтобы обеспечить прохождение тока от верхней однофазной линии до трансформатора.
Как также известно, параллельно с выключателем 14 устанавливают заземляющий разъединитель 20 для подключения на массу всей цепи 1 питания, например, при операциях обслуживания. Разъединитель 20, конструкция которого будет описана ниже, соединен с цепью заземления 22 и выполнен подвижным между разомкнутым положением и замкнутым положением. В разомкнутом положении разъединитель действует как разомкнутый прерыватель и не соединен с точками 8 и 13 питания. В замкнутом положении разъединитель 20 действует как замкнутый прерыватель и соединяет цепь заземления 22 с точками 8 и 13 питания, чтобы заземлить цепь 1 питания, что позволяет производить операции обслуживания в безопасных условиях. В замкнутом положении разъединитель 20 соединен с линией 12 питания во входной точке 24, находящейся между выходом источника 6 питания, то есть точкой 8 и входом 16 выключателя 14, и в выходной точке 26, находящейся между выходом 18 выключателя 14 переменного тока и трансформатором.
Электрооборудование 2 дополнительно содержит разъединительное устройство 28, позволяющее противостоять возможной неисправности выключателя 14 переменного тока. Это разъединительное устройство 28, конструкция которого будет описана ниже, расположено на линии 12 питания между выходом 18 выключателя 14 и выходной точкой 26 (показано сплошной линией на фиг.1) или между входной точкой 24 и входом 16 выключателя 14 (показано пунктирной линией на фиг.1). Это разъединительное устройство 28 действует как дополнительный прерыватель, последовательно соединенный с выключателем 14 и выполненный с возможностью перемещения между замкнутым положением, в котором ток может проходить по линии 12 питания, и разомкнутым положением, в котором прерывается соединение между источниками 4 и 6 питания и выключателем 14, если разъединительное устройство 28 находится между входной точкой 24 и входом 16 выключателя, или между выключателем 14 и верхней однофазной линией и трансформатором, если разъединительное устройство 28 находится между выходом 18 выключателя и выходной точкой 26. Таким образом, в случае нарушения в работе выключателя 14, когда он пропускает ток, даже если находится в разомкнутом положении, разъединительное устройство 28 переводят в разомкнутое положение, блокируя прохождение тока по линии 12 питания. Таким образом, даже при неисправности выключателя переменного тока ток не может проходить в трансформатор.
Расположение разъединительного устройства 28 между входной точкой 24 и входом 16 выключателя 14 или между выходом 18 выключателя 14 и выходной точкой 26 позволяет полностью обеспечить функциональность заземляющего разъединителя 20. Действительно, если бы разъединительное устройство 28 было установлено между точкой 8 и входной точкой 24 и находилось в разомкнутом положении, то перевод разъединителя 20 в замкнутое положение позволил бы заземлить линию 12 питания, но не линию 10 питания или источники 4 и 6 тока. Точно так же, если бы разъединительное устройство 28 было установлено за пределами выходной точки 26, то есть между этой точкой 26 и верхней однофазной линией и трансформатором и находилось в разомкнутом положении, то перевод разъединителя 20 в замкнутое положение позволил бы заземлить линию 10 питания и источники 4 и 6, но не часть линии 12 питания, находящуюся за пределами выходной точки 26 и верхней однофазной линии и трансформатора. В этом случае операции обслуживания нельзя было бы производить в условиях полной безопасности для персонала, занятого обслуживанием.
В дальнейшем будет считаться, что линия 12 питания состоит из двух частей 27 и 29, при этом первая часть 27 образована частью линии 12 питания, находящейся на входе разъединительного устройства 28, а вторая часть 29 образована частью линии 12 питания, находящейся на выходе разъединительного устройства 28. Термины «вход» и «выход» следует рассматривать относительно пути, проходящего от источников 4 и 6 тока до трансформатора.
Конструкция электрооборудования представлена на фиг.2.
Узел, состоящий из выключателя 14 переменного тока, заземляющего разъединителя 20 и разъединительного устройства 28, расположен на опорной пластине 30, предназначенной для установки на крыше железнодорожного транспортного средства. Таким образом, этот узел закреплен на компактной единой механической опоре, которую можно достаточно просто установить на железнодорожном транспортном средстве. Например, опорная пластина 30 выполнена из алюминия, а устройства, закрепленные на этой пластине 30 и электрически соединенные с ней, автоматически оказываются заземленными через крепление опорной пластины 30 на железнодорожном транспортном средстве.
Выключатель 14 является однофазным выключателем переменного тока, содержащим вакуумированную колбу (не показана), установленную в верхней части 32 выключателя 14. Вакуумированная колба позволяет соединять и разъединять выход 18 выключателя 14 и выходы источников 4 и 6 тока. Выход источников 4 и 6 тока соединен с контактом 34, образованным проводящей пластинкой, находящейся над верхней частью 32. Нижняя часть 36 выключателя 14 образует полый изолятор и содержит внутри стержень управления вакуумированной колбой, позволяющий управлять соединением и разъединением контакта 34 и выхода 18 выключателя 14. Выход 18 выключателя 14 образован фланцем 38, отделяющим верхнюю часть 32 от нижней части 36 и содержащим соединительный зажим 40. Нижняя часть 36 выключателя 14 позволяет изолировать верхнюю часть 32, подключенную к высокому напряжению, от устройств, находящихся на или под опорной пластиной 36 и вокруг нижней части 36 выключателя 14. Конструкция и работа такого выключателя 14 известны, и их подробное описание опущено.
Часть выключателя 14, проходящая от контакта 34 до соединительного зажима 40, образует первую часть 27 линии 12 питания. Соединительный зажим 40 образует выход этой первой части 27 линии питания переменным током.
Вторая часть 29 линии 12 питания физически отделена от первой части 27 и может быть соединена с этой первой частью при помощи разъединительного устройства 28, когда оно находится в замкнутом положении.
Вход 42 второй части 29 линии 12 питания переменным током образован контактом, расположенным на изоляторе 44, закрепленном на опорной пластине 30 и отстоящим от выключателя 14, например, на расстояние около 30 см. Этот вход 42 электрически соединен с планкой 48, выполненной из проводящего материала и установленной на крайней верхней части изолятора 44. Внутри изолятора 44 расположен установленный на планке 48 с возможностью вращения вал, соединенный с приводом, находящимся под опорной пластиной и позволяющим поворачивать эту планку вокруг оси изолятора 44. Согласно другому варианту изолятор 44 сам выполнен с возможностью вращения, и именно этот изолятор 44 обеспечивает передачу вращения на планку 48. Планка 48 образует разъединительное устройство 28 и может поворачиваться между разомкнутым положением, в котором она отходит от выключателя 14, и замкнутым положением, в котором ее крайняя свободная часть 50 заходит в соединительный зажим 40 таким образом, чтобы соединить первую и вторую части 27 и 29 линии 12 питания переменным током.
Таким образом, в случае неисправности выключателя 14, например, когда в колбе происходит разгерметизация, что делает выключатель 14 пропускающим даже в разомкнутом положении, разъединительное устройство 28 позволяет изолировать выход первой части 27 линии 12 питания переменным током от входа 42 второй части 29 линии 12 питания переменным током за счет перемещения планки 48 в разомкнутое положение. На фиг.2 планка 48 показана в разомкнутом положении.
Изолятор 44 позволяет изолировать планку 48 и вход 42, соединенные с источником высокого напряжения в замкнутом положении планки, от устройств, находящихся на или под опорной пластиной 30 и расположенных вокруг изолятора 44.
Заземляющий разъединитель 20 отличается от обычных разъединителей тем, что содержит две разъединительных стойки 50, установленных с возможностью поворота на опорной пластине 30 таким образом, чтобы соединять их с массой, тогда как обычный разъединитель содержит только одну такую стойку. Заземляющий разъединитель 20 в соответствии с настоящим изобретением должен одновременно заземлять первую и вторую части 27 и 29 линии 12 питания переменным током, которые физически отделены друг от друга. Таким образом, заземляющий разъединитель 20 содержит две разъединительные стойки 50, выполненные с возможностью поворота между разомкнутым положением, в котором они отходят от выключателя 14 и от изолятора 44, и замкнутым положением, в котором одна из стоек 50 заходит в соединительный зажим 52, образующий входную точку 24 и электрически соединенный с контактом 34, а другая стойка 50 заходит в соединительный зажим 54, образующий выходную точку 26 и электрически соединенный с входом 42 второй части 29 линии 12 питания переменным током, как показано на фиг.2.
Одной из своих крайних частей стойки 50 установлены с возможностью поворота на оси 56, общей для обеих стоек 50 и электрически соединяющей их с цепью 22 заземления. Согласно варианту, показанному на фиг.2, вращение заземляющего разъединителя 20 осуществляют вручную при помощи приводного рычага 58, оборудованного рукояткой 60 и расположенного под опорной пластиной 30. Приведение в действие приводного рычага 58 приводит к повороту разъединительных стоек 50 между их разомкнутым и замкнутым положениями. В альтернативном варианте приведение в действие заземляющего разъединителя 20 можно обеспечивать известными электрическими или пневматическими средствами.
Следует отметить, что на фиг.2 положение планки 48 и заземляющего разъединителя 20 соответствует случаю, когда разъединительное устройство 28 расположено между выходом 18 выключателя 14 и выходной точкой 26.
Описанное выше электрическое устройство позволяет путем простого и компактного размещения на одной опоре 30 обеспечивать функцию отключения трансформатора при помощи выключателя 14, функцию отключения при нарушении вакуума в выключателе 14 или при его неисправности посредством разъединительного устройства 28 и функцию заземления для операций обслуживания при помощи заземляющего разъединителя 20.