УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ПАССАЖИРСКОГО ВАГОНА

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, в частности, к устройству электроснабжения высоковольтных потребителей пассажирского вагона.
Уровень техники
Известно устройство электроснабжения высоковольтных потребителей пассажирского вагона, включающее высоковольтный разъединитель, подключенный к высоковольтной поездной магистрали 3000 В с одной стороны, к высоковольтным потребителям через защитно-коммутационную аппаратуру - с другой стороны и соединенный с корпусом вагона. Устройство включает силовой тиристорный выпрямитель с блоком стабилизации выходного напряжения и дополнительную защитно-коммутационную аппаратуру (свидетельство РФ на полезную модель №5767, МПК B61L 1/00, 16.01.1998 г. (аналог)).
Известно устройство электроснабжения высоковольтных потребителей, содержащее высоковольтный разъединитель, устройство защиты от короткого замыкания в виде силового предохранителя, с помощью которых высоковольтные потребители подключаются к высоковольтной поездной магистрали. Управление высоковольтными потребителями бесконтактное и осуществляется с помощью высоковольтного IGBT модуля, использование которого позволило исключить из схемы высоковольтные контакторы, (патент РФ на полезную модель №126998, МПК B60L 1/02, 20.03.2013 г. (аналог)).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является устройство электроснабжения высоковольтных потребителей, содержащее высоковольтный разъединитель, устройство защиты от короткого замыкания в виде силового предохранителя, с помощью которых высоковольтные потребители подключаются к высоковольтной поездной магистрали. Устройство электроснабжения содержит устройство токовой защиты, которое выполнено в виде двухобмоточных дифференциальных реле с датчиками тока, каждая обмотка которых включена в цепи высоковольтных потребителей соответственно. (свидетельство РФ на полезную модель №3058, МПК Н01Н 83/14, Н02Н 3/28, 16.10.1996 г. (прототип)).
Недостатком известных устройств является ограниченное использование оборудованных ими вагонов только на подвижном составе с неавтономными силовыми тяговыми средствами, получающими электрическую энергию через контактную сеть от стационарных источников.
Раскрытие сущности полезной модели
При создании полезной модели решалась задача в унификации оборудования и облегчении его эксплуатации для, например, непрерывного поддержания в помещениях пассажирских вагонов температуры, отвечающей санитарно-гигиеническим требованиям с соблюдением предъявляемых требований безопасности при использовании устройства электроснабжения высоковольтных потребителей пассажирского вагона.
Технический результат направлен на расширение функциональных возможностей системы электроснабжения, позволяющее использовать вагоны с предложенным устройством на подвижном составе, оборудованным не только неавтономными силовыми тяговыми средствами, такими как электровоз, но и автономным, например дизель-поезд, тепловоз имеющие собственные установки для выработки энергии.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство электроснабжения высоковольтных потребителей пассажирского вагона включает высоковольтный разъединитель, соединенный с высоковольтной поездной магистралью, подключаемой к цепям высоковольтных потребителей через высоковольтный разъединитель, устройство токовой защиты, устройство защиты от короткого замыкания и коммутационное устройство, согласно полезной модели, устройство содержит высоковольтный разъединитель, соединяющий магистраль заземления через устройство токовой защиты с высоковольтными потребителями, и снабжено высоковольтным переключателем, выполненным с возможностью соединения цепей высоковольтных потребителей с корпусом вагона или с магистралью заземления.
При этом согласно полезной модели, высоковольтный переключатель выполнен с возможностью обесточивания высоковольтных потребителей с одновременной подачей сигнала о переключении на пульт управления вагона.
При этом согласно полезной модели, высоковольтные потребители сгруппированы по группам.
При этом согласно полезной модели, устройство защиты от короткого замыкания содержит силовые предохранители, выполненные с плавкой вставкой.
При этом согласно полезной модели, коммутационное устройство выполнено в виде высоковольтных контакторов с замыкающими контактами.
При этом согласно полезной модели, коммутационное устройство выполнено в виде высоковольтных IGBT модулей.
При этом согласно полезной модели, устройство токовой защиты выполнено в виде двухобмоточных дифференциальных реле с датчиками тока с возможностью отключения подачи напряжения на высоковольтные потребители при возникновении разбаланса двух токов со стороны высоковольтной магистрали и со стороны высоковольтных потребителей.
Устройство электроснабжения высоковольтных потребителей, используемое на подвижном составе пассажирского железнодорожного транспорта должно обеспечивать поддержание в помещениях пассажирских вагонов температуры, отвечающей санитарно-гигиеническим требованиям. Для этого вагоны должны быть оснащены надежной системой электроснабжения высоковольтных потребителей - нагревателей, обеспечивающей заданную температуру в пассажирских помещениях и отвечающей жестким требованиям, предъявляемым к такому оборудованию. В частности, электрооборудование должно иметь возможность работать в поездах с тепловозной тягой (Б.К. Бурдасов, С.А. Нестеров «Системы электроснабжения и преобразователи для пассажирских вагонов», ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева, г. Саранск). В системе отопления от контактной сети электропечи расположены по всему вагону вдоль боковых стен в купе и коридорах. Данная система электрического отопления не имеет недостатков, присущих водяному отоплению, а коэффициент полезного действия ее практически равен 100%.
Особенностью предлагаемого устройства электроснабжения высоковольтных потребителей является то, что оно дополнительно содержит высоковольтный разъединитель, соединяющий магистраль заземления через устройство токовой защиты с высоковольтными потребителями, и снабжено высоковольтным переключателем, выполненным с возможностью соединения цепей высоковольтных потребителей с корпусом вагона или с магистралью заземления.
Использование предлагаемого устройства электроснабжения высоковольтных потребителей позволяет использовать вагоны,оборудованные системой электрического отопления не только в составах, подсоединенных к электровозу, но также в составах с автономным силовыми тяговыми средствами, такими, например, как дизель-поезд или тепловоз.
В штатном случае подсоединения вагона к электровозу, электроснабжение высоковольтных потребителей осуществляется  традиционно через однопроводную магистраль, которая тянется через все пульты электрооборудования вагонов пассажирского поезда и замыкается на корпус вагона. В случае подсоединения вагона к дизель-поезду происходит переключение электроснабжения на двухпроводную магистраль. В этом случае высоковольтный переключатель размыкает цепь, соединяющую высоковольтные потребители с корпусом вагона, и замыкание высоковольтных потребителей осуществляется на магистраль заземления.
Таким образом, предложенное устройство позволяет эксплуатировать оборудованные им вагоны не только при подсоединении к электровозу, но и обеспечить бесперебойное питание высоковольтных потребителей при подключении вагонов к автономным силовым тяговым средствам.
Устройством электроснабжения высоковольтных потребителей могут быть оборудованы любые пассажирские вагоны: как одноэтажные, так и двухэтажные, имеющие высоковольтные потребители.
Краткое описание чертежа
Полезная модель поясняется описанием конкретного примера его выполнения и прилагаемой функциональной схемой устройства электроснабжения высоковольтных потребителей пассажирского вагона.
Осуществление полезной модели
Предлагаемое устройство электроснабжения высоковольтных потребителей пассажирского вагона включает высоковольтный разъединитель 1, соединенный с высоковольтной поездной магистралью 2 (3000 В) одним выводом, а вторым выводом - с корпусом 3 вагона.
Высоковольтная магистраль 2 подключена к цепям, по меньшей мере, двух групп 4.1 и 4.2 высоковольтных потребителей 4 через высоковольтный разъединитель 1, устройство токовой защиты 5, устройство защиты от короткого замыкания 6, коммутационное устройство 7.
Устройство защиты от короткого замыкания 6 содержит, по меньшей мере, два силовых предохранителя 6.1 и 6.2, выполненных, например, с плавкой вставкой и защищающих электрооборудование от короткого замыкания и значительной перегрузки.
Коммутационное устройство 7 выполнено в виде, по меньшей мере, двух высоковольтных контакторов 7.1 и 7.2 с замыкающими контактами. Коммутационное устройство 7 может быть выполнено в виде, по меньшей мере, двух высоковольтных IGBT модулей.
Устройство токовой защиты 5 выполнено с возможностью отключения подачи напряжения на высоковольтные потребители 4 при возникновении разбаланса двух токов со стороны высоковольтной магистрали 2 и со стороны высоковольтных потребителей 4 в случае пробоя на корпусе силовых  элементов высоковольтных потребителей 4. Устройство токовой защиты 5 выполнено в виде, по меньшей мере, двух двухобмоточных дифференциальных реле 8 и 9 с датчиками тока, причем в каждую группу 4.1 и 4.2 высоковольтных потребителей 4 включено соответственно дифференциальное реле 8 и 9. При этом первые обмотки 8.1 и 9.1 дифференциальных реле 8 и 9 соответственно включены между высоковольтным разъединителем 1 и соответствующими предохранителями 6.1 и 6.2 устройства защиты от короткого замыкания 6.
Устройство электроснабжения высоковольтных потребителей дополнительно содержит высоковольтный разъединитель 11, связывающий магистраль заземления 10 (0 В) через и устройство токовой защиты 5 с высоковольтными потребителями 4, второй вывод высоковольтного разъединителя 11 связан с корпусом вагона 3.
Устройство электроснабжения дополнительно снабжено высоковольтным переключателем 12, соединяющим устройство токовой защиты 5 с корпусом вагона 3. В качестве высоковольтного переключателя 12 может быть использован переключатель производства Schaltbau GmbH (Германия).
Между высоковольтным разъединителем 11, высоковольтным переключателем 12 и соответствующими выводами групп 4.1 и 4.2 высоковольтных потребителей 4 подключены вторые обмотки 8.2 и 9.2 дифференциальных реле 8 и 9 соответственно.
Высоковольтный разъединитель цепи 11 выполнен с возможностью отключения магистрали заземления 10 от высоковольтных потребителей 4 и заземления их цепи при переключении высоковольтных потребителей 4 на корпус вагона 3 посредством высоковольтного переключателя 12.
Высоковольтный переключатель 12 выполнен с возможностью обесточивания высоковольтных потребителей 4 с одновременной подачей сигнала на пульт управления вагона, где состояние работы высоковольтного переключателя 12 контролируется с помощью световых, например, светодиодных или звуковых индикаторов (на представленной схеме не показаны).
Все высоковольтное оборудование кроме высоковольтных потребителей 4 размещено в высоковольтном ящике, расположенном под вагоном. Высоковольтный разъединитель 1 выполнен с возможностью отключения высоковольтной магистрали 2 от высоковольтных потребителей 4 и заземления их цепи при открывании дверцы высоковольтного ящика.
Питание высоковольтных потребителей осуществляется от контактного провода, через подвагонную магистраль и устройство электроснабжения высоковольтных потребителей, размещенное в высоковольтных подвагонных ящиках.
Обеспечение питанием высоковольтных потребителей 4 вагона осуществляется включением высоковольтного разъединителя 1. Напряжение 3000 В подается через высоковольтный разъединитель 1, устройство токовой защиты 5, устройство защиты от короткого замыкания 6 и высоковольтные контакторы 7.1 и 7.2 коммутационного устройства 7, на высоковольтные потребители 4.
В случае подсоединения вагона к электровозу, электроснабжение высоковольтных потребителей 4 осуществляется через однопроводную магистраль, которая тянется через все пульты электрооборудования вагонов пассажирского поезда. Замыкание осуществляется на корпус вагона 3.
При подключении к тепловозу для обеспечения безопасности электроснабжения высоковольтных потребителей 4 необходимо снять напряжение с корпуса вагона 3, чтобы исключить помехи и сбои в работе электрооборудования, поэтому в этом случае  электроснабжение высоковольтных потребителей 4 осуществляется посредством двухпроводной силовой магистрали.
Перевод вагона на двухпроводную схему электропитания осуществляется автоматически при подаче с тепловоза в межвагонную сигнальную магистраль команду на переключение. В пульте управления  каждого вагона, оборудованного предлагаемым устройством электроснабжения, срабатывает реле (не показано), которое подает команду включение высоковольтного переключателя 12, находящегося в подвагонном высоковольтном ящике, тем самым переключение происходит на каждом вагоне. Переключение происходит около 15 сек. На время переключения посредством контрольного контакта высоковольтного переключателя 12 происходит обесточивание высоковольтных контакторов 7.1 и 7.2 с одновременной подачей сигнала о переключении на пульт управления вагона. По окончанию переключения подача напряжения на высоковольтные потребители 4 возобновляется. В пульте управления каждого вагона появляется индикация о состоявшимся переключении. Во всех вагонах, которые переключились на двухпроводную магистраль, в пульте управления срабатывают контакторы, которые образуют сигнальную магистраль по всем вагонам, которая информирует тепловоз об успешном переключении на двухпроводную магистраль. При переключении на двухпроводную магистраль замыкание осуществляется не на корпус вагона, а на магистраль заземления 10. В этом случае высоковольтный переключатель 12 размыкает цепь, соединяющую высоковольтные потребители 4 от корпуса вагона 3. Одновременно происходит подключение магистрали заземления 10 через высоковольтный разъединитель цепи 11 и устройство токовой защиты 5 к высоковольтным потребителям 4.
При переводе вагона на однопроводную схему электропитания в случае подсоединения электровоза переключение происходит аналогичным образом. При этом высоковольтный переключатель 12 размыкает цепь, соединяющую высоковольтные потребители 4 от магистрали заземления 10 и замыкает их на корпус вагона 3.
Использование полезной модели в электрооборудовании вагонов позволяет применять данные вагоны на подвижном составе не только с неавтономными силовыми тяговыми средствами, такими как электровоз, но и автономным, например дизель-поезд, тепловоз.