РЕЛЬСОВОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО С КУЗОВОМ ВАГОНА, А ТАКЖЕ СПОСОБ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ ТАКОГО КУЗОВА ВАГОНА
RAIL VEHICLE WITH CAR BODY, AND METHOD OF PROTECTIVE GROUNDING OF SUCH CAR BODY

Изобретение относится к рельсовому транспортному средству, содержащему кузов вагона и соединенные с кузовом вагона контактные средства, такие как колеса или колесные пары, которые при работе рельсового транспортного средства находятся в контакте, по меньшей мере, с одним рельсом участка железной дороги, при этом кузов вагона и, по меньшей мере, одно из контактных средств соединены друг с другом через электрическое резистивное устройство.
Концепции заземления современных электрических и дизель-электрических рельсовых, соответственно, железнодорожных транспортных средств должны учитывать равным образом как требования к безпомеховому возврату рабочего тока в ходовой рельс, т.е. к рабочему заземлению, так и требованиям к эффективной защите от соприкосновения, т.е. к защитному заземлению.
Защита от соприкосновения требует возможно более низкоомного соединения всех металлических частей кузова вагона, которые в случае неисправности могут находиться под напряжением, с землей пути, т.е., например, с ходовыми рельсами. Такая неисправность может состоять, например, в том, что воздушный контактный провод участка пути обрывается и входит в контакт с кузовом вагона. В таком случае кузов вагона будет находиться под напряжением, если не происходит эффективное защитное заземление.
Защитное заземление в известных рельсовых транспортных средствах реализуется, например, через заземляющий провод, который соединен с контактами колесных пар рельсового транспортного средства.
В основу изобретения положена задача создания рельсового транспортного средства, которое имеет еще более лучшие параметры заземления, чем предыдущие рельсовые транспортные средства.
Эта задача решена согласно изобретению с помощью рельсового транспортного средства с признаками пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения рельсового транспортного средства согласно изобретению заданы в зависимых пунктах формулы изобретения.
В соответствии с этим согласно изобретению предусмотрено, что резистивное устройство в диапазоне низкого напряжения имеет большее электрическое сопротивление, чем в диапазоне сравнительно более высокого напряжения.
Существенным преимуществом рельсового транспортного средства согласно изобретению является то, что резистивное устройство имеет два различных диапазона, соответственно режима работы, а именно рабочий диапазон с большим электрическим сопротивлением и рабочий диапазон со сравнительно меньшим сопротивлением. При нормальной работе рельсового транспортного средства, когда к кузову вагона не прикладывается высокое напряжение, нет необходимости в очень низкоомном защитном заземлении кузова вагона и иногда оно нежелательно для рабочих параметров рельсового транспортного средства. А именно, если электрическое сопротивление между кузовом вагона и землей, соответственно, рельсами слишком мало, то может происходить проникновение электрических параллельных токов из рельса, например токов других рельсовых транспортных средств, которые находятся в том же контуре рельсовых токов. Такой ввод параллельных токов происходит, в частности, тогда, когда электрическое сопротивление перегонных рельсов больше электрического сопротивления находящегося на них рельсового транспортного средства, соответственно его кузова вагона, поскольку электрический ток разделяется в соответствии с частичными сопротивлениями в кузове вагона и в рельсе. Для предотвращения проникновения такого нежелательного тока в кузов вагона сопротивление заземления кузова вагона должно быть возможно большим; одновременно сопротивление заземления между кузовом вагона и перегонными рельсами не должно быть, естественно, слишком большим, поскольку иначе в случае приложения высокого напряжения к кузову вагона не будет происходить эффективного защитного заземления, поскольку падение напряжения на высокоомном сопротивлении заземления было бы слишком большим.
Для решения этой проблемы согласно изобретению предлагается включать между кузовом вагона и перегонными рельсами резистивное сопротивление с нелинейной характеристикой, которое имеет два различных электрических сопротивления, соответственно, диапазона сопротивления, а именно, высокоомное сопротивление для нормальной работы рельсового транспортного средства, а также низкоомный диапазон сопротивления для случая неисправности в подаче высокого напряжения.
В частности, при длинных рельсовых транспортных средствах указанное резистивное устройство является предпочтительным, поскольку в них очень часто возникает или может возникать проблема ввода параллельных токов в кузов вагона. Под «длинными» рельсовыми транспортными средствами следует понимать, например, рельсовые транспортные средства, которые имеют длину более 15 м, в частности более 20 м. Такие рельсовые транспортные средства могут быть образованы, например, длинными отдельными транспортными средствами, мотор-вагонными поездами или же «нормальными» поездами, которые имеют электрически соединенные друг с другом вагоны и тем самым, с электрической точки зрения, образуют единое рельсовое транспортное средство.
Контактные средства, с помощью которых рельсовое транспортное средство создает электрический контакт с перегонными рельсами, могут быть образованы, например, колесами, колесными парами, тележками или поворотными тележками рельсового транспортного средства.
Резистивное устройство предпочтительно выполнено так, что при напряжениях ниже заданного первого предельного напряжения, в частности ниже 100 В по амплитуде, возникает электрическое сопротивление между 30 и 100 мОм, и при напряжениях, которые соответствуют рабочему напряжению рельсового транспортного средства, возникает электрическое сопротивление максимально 10 мОм.
Резистивное устройство может быть выполнено особенно просто и тем самым предпочтительно с помощью омического сопротивления и электрически параллельно ему включенного нелинейного элемента. Такой нелинейный элемент может быть образован, например, разрядником защиты от перенапряжения, в частности искровым промежутком, который при приложении заданного минимального напряжения, соответственно, напряжения зажигания приводится в действие, соответственно зажигается.
В качестве альтернативного решения или дополнительно резистивное устройство может содержать также варистор, который при более высоких напряжениях имеет меньшее электрическое сопротивление, чем при небольших электрических напряжениях.
Возможно также, что резистивное устройство содержит полупроводниковую схему, которая при приложении электрического напряжения к наружным выводам полупроводниковый схемы замыкается, когда напряжение превышает заданное напряжение замыкания, и при этом уменьшает свое сопротивление между наружными выводами.
Как указывалось выше, большое электрическое сопротивление служит для предотвращения при небольших напряжениях кузова вагона, соответственно при нормальной работе, ввода параллельных токов. Поэтому особенно предпочтительно, когда, по меньшей мере, в средней зоне рельсового транспортного средства соответствующее нелинейное резистивное устройство соединено с кузовом вагона, поскольку, в частности, при длинных электрических путях в кузове вагона имеет значение ввод параллельных токов, если такой ввод не предотвращается с помощью соответственно большого омического сопротивления между кузовом вагона и рельсами.
Особенно предпочтительно, все контактные средства, которые создают электрический контакт с рельсами, соединены с кузовом вагона с помощью соответствующего резистивного устройства с нелинейной характеристикой.
Кроме того, изобретение относится к способу защитного заземления кузова вагона рельсового транспортного средства, в котором кузов вагона заземляют, по меньшей мере, через одно контактное средство, по меньшей мере, с одним перегонным рельсом.
Для обеспечения надежного защитного заземления и одновременного предотвращения или, по меньшей мере, удерживания небольшим ввода параллельных токов из перегонного рельса в кузов вагона согласно изобретению предусмотрено, что для защитного заземления применяют, по меньшей мере, одно резистивное устройство, которое включено между кузовом вагона и, по меньшей мере, одним контактным средством и которое в диапазоне низкого напряжения имеет большее электрическое сопротивление, чем в диапазоне сравнительно более высокого напряжения.
Относительно преимуществ способа согласно изобретению делается отсылка к приведенным выше выкладкам в связи с рельсовым транспортным средством, согласно изобретению, поскольку преимущества рельсового транспортного средства согласно изобретению, по существу соответствуют преимуществам способа согласно изобретению.
Ниже приводится подробное пояснение изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых в качестве примера схематично изображено:
фиг.1 - продольный разрез рельсового транспортного средства согласно одному варианту выполнения изобретения на перегонном рельсе;
фиг.2 - пример изменения электрических характеристик резистивного устройства рельсового транспортного средства согласно фиг.1 и
фиг.3 - поперечный разрез рельсового транспортного средства согласно фиг.1.
На фиг.1-3 для наглядности идентичные или подобные компоненты везде обозначены одинаковыми позициями.
На фиг.1 показано рельсовое транспортное средство 10, которое находится на рельсах 15 полотна 18 железнодорожного пути. Рельсовое транспортное средство 10 имеет колеса 20, 30, 40 и 50, которые создают электрический контакт с рельсами 15 полотна 18 железнодорожного пути.
Для обеспечения возможности защитного заземления кузова 60 вагона рельсового транспортного средства 10 отдельные или все колеса 20, 30, 40 и 50 электрически соединены с кузовом 60 вагона.
Если электрический ток проходит через рельсы 15 полотна 18 железнодорожного пути, как это обозначено на фиг.1 позицией Ig, то часть I1 этого тока может вводиться через передние колеса 20 и 30 в кузов 60 вагона и снова выводиться через задние колеса 40 и 50 в полотно 18 железнодорожного пути. Таким образом, частичный ток I1 общего тока Ig протекает в кузове 60 вагона, а именно параллельно частичному току I2, который проходит в рельсах 15 полотна 18 железнодорожного пути. При этом справедливо:
Ig=I1+I2
Чем меньше электрическое сопротивление кузова 60 вагона рельсового транспортного средства 10 по сравнению с электрическим сопротивлением рельса 15, тем больше доля тока I1 относительно доли тока I2.
Для удерживания частичного тока I1 в кузове 60 вагона возможно меньшим, по меньшей мере, одно из колес рельсового транспортного средства 10, особенно предпочтительно каждое колесо соединено через соответствующее электрическое резистивное устройство 70 с кузовом 60 вагона, которое имеет нелинейную характеристику и в диапазоне низкого напряжения имеет большее электрическое сопротивление, чем в диапазоне сравнительно более высокого напряжения.
При этом резистивное устройство 70 обеспечивает, что при нормальной работе рельсового транспортного средства 10 вызывается относительно большое электрическое сопротивление между соответствующим колесом и кузовом 60 вагона, и частичный ток I1 остается относительно небольшим по сравнению с частичным током I2. Тем не менее, резистивное устройство 70 обеспечивает эффективное защитное заземление кузова 60 вагона, поскольку в случае высокого напряжения на кузове 60 вагона оно эффективно отводится через резистивное устройство 70 в рельсы 15 и тем самым в полотно 18 железнодорожного пути. Такое высокое напряжение может, например, возникать, когда лишь схематично обозначенный на фиг.1 воздушный контактный провод 60 падает на рельсовое транспортное средство 10 и тем самым прикладывает к кузову 60 вагона высокое напряжение.
На фиг.2 показан пример электрической характеристики резистивного устройства 70 согласно фиг.1. Показано изменение электрического сопротивления R в зависимости от падения напряжения U на наружных выводах резистивного устройства 70. Можно видеть, что в нижнем диапазоне напряжения dU1 ниже напряжения Us возникает относительно большое электрическое сопротивление R1; в диапазоне более высокого напряжения dU2 выше порогового напряжения Us сопротивление уменьшается до значения R2.
Походящими диапазонами для значений Us, R1 и R2, например, являются:
dU1: 0 В-100 В
dU2: 100 В-100 кВ
R1: 33 мОм-100 мОм
R2: 0 Ом-10 мОм
Us: между dU1 и dU2
Электрическая характеристика, показанная на фиг.2, может достигаться, например, с помощью омического сопротивления R1, параллельно которому включен нелинейный элемент Rn1, такой как, например, разрядник защиты от перенапряжений или искровой промежуток (смотри фиг.3). В качестве альтернативного решения такое резистивное устройство 70 может содержать также варистор, который вызывает соответствующую указанную электрическую характеристику.
На фиг.3 показано в качестве примера в поперечном разрезе рельсовое транспортное средство 10. Показан контактный провод 80, с которым могут приводиться в контакт по выбору один из обоих пантографов 90, которые обеспечивают возможность работы рельсового транспортного средства 10 в режиме переменного тока или в режиме постоянного тока.
С обоими пантографами 90 соединена управляющая схема 100, которая расположена в электрически экранированной коробке 110. Управляющее устройство 100 содержит, например, регулятор 120 электропривода с механической характеристикой в четырех квадрантах, приводное управляющее устройство 130, а также импульсный инвертор 140.
Как показано на фиг.3, коробка 110 соединена электрически с кузовом 60 вагона рельсового транспортного средства 10; от кузова 60 вагона на фиг.3 показана в качестве примера лишь нижняя плита. Соединение между кузовом 60 вагона и коробкой 110 происходит через линию 150 заземления.
Кузов 60 вагона соединен через поворотную цапфу 160 с поворотной тележкой 170, на которой расположен также тяговый электродвигатель 180. Корпус тягового электродвигателя 180 соединен через линию 150 заземления с поворотной тележкой 170.
Поворотная тележка 180 механически, однако электрически изолированно, опирается на два колеса 20 и 20', которые соединены осью 190. Ось 190 соединена через передачу 200, а также сцепление 220 с тяговым электродвигателем 180, при этом корпус тягового электродвигателя 180 изолирован от приводной ветви с помощью электрически изолированных подшипников 220.
На фиг.3 электрически изолированные подшипники изображены более толстой линией, чем электрически не изолированные подшипники. В остальном проводящий материал заштрихован, а непроводящий материал 225 маркирован черным.
Кроме того, на фиг.3 показано устройство 230 управления тормозами, которое соединено с датчиком 240 скорости вращения, который измеряет скорость вращения оси 190 и выдает соответствующие сигналы. Через линию 250 заземления устройство 230 управления тормозами электрически соединено с кузовом 60 вагона.
Кроме того, на фиг.3 показан вариант выполнения резистивного устройства 70, согласно фиг.1. Можно видеть, что резистивное устройство 70 электрически включено между кузовом 60 вагона и осью 190, соответственно, обоими колесами 20 и 20'. Резистивное устройство 70 содержит омическое сопротивление R1 и включенное параллельно ему нелинейное сопротивление Rn1, которое образовано, например, искровым промежутком.
При нормальной работе рельсового транспортного средства 10 резистивное устройство 70 имеет относительно большое сопротивление R1, так что предотвращается нежелательное прохождение тока через колеса 20 и 20', соответственно, ось 190 через резистивное устройство 70 в кузов 60 вагона.
В случае высокого напряжения на кузове 60 вагона, которое может возникать, например, при падении контактного провода 80 на кузов 60 вагона рельсового транспортного средства 10, соответственно, при контакте между ними, высокое напряжение, тем не менее, эффективно отводится через резистивное устройство 70, потому что оно при высоких электрических напряжениях с помощью искрового промежутка Rn1 при пробое искры становится низкоомным и отводит высокое напряжение через колеса 20 и 20' в рельсы 15 полотна 18 железнодорожного пути.