Устройство измерения электрической энергии, подаваемой на железнодорожную силовую тяговую установку



Устройство измерения электрической энергии, подаваемой на железнодорожную силовую тяговую установку
Устройство измерения электрической энергии, подаваемой на железнодорожную силовую тяговую установку

 

G01R31 - Устройства для определения электрических свойств; устройства для определения местоположения электрических повреждений; устройства для электрических испытаний, характеризующихся объектом, подлежащим испытанию, не предусмотренным в других подклассах (измерительные провода, измерительные зонды G01R 1/06; индикация электрических режимов в распределительных устройствах или в защитной аппаратуре H01H 71/04,H01H 73/12, H02B 11/10,H02H 3/04; испытание или измерение полупроводниковых или твердотельных приборов в процессе их изготовления H01L 21/66; испытание линий передачи энергии H04B 3/46)

Владельцы патента RU 2452972:

АЛЬСТОМ ТРАНСПОРТ СА (FR)

Изобретение относится к измерительной технике. Устройство измерения электрической энергии, подаваемой на железнодорожную силовую тяговую установку через линию (1) высокого напряжения, содержит средства (5, 26) измерения силы тока питания и средства (12, 27) измерения напряжения этого питания, оптико-электронные преобразователи (22а, 22b) для питания низким напряжением, необходимым для работы указанных средств измерения, при этом указанные оптико-электронные преобразователи (22а, 22b) соединены оптическими волокнами (21а, 21b) с электрооптическим преобразователем (20) для их соединения с напряжением питания, и выходы средств измерения содержат оптические волокна (9, 19), соединенные с оптико-электронным преобразователем (10) для их соединения с электронной системой. При этом средства измерения установлены в изоляторе (25), через который проходит линия (L) высокого напряжения крыши локомотива, причем среда высокого напряжения размещена в верхней полости (28), выполненной в изоляторе (25), а среда низкого напряжения размещена в нижней полости (29) этого изолятора, и соединение между различными элементами устройства осуществляется между этими двумя полостями только через указанные оптические волокна. Технический результат заключается в уменьшении размеров устройства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Настоящее изобретение относится к устройству измерения электрической энергии, подаваемой под высоким напряжением на локомотив и в целом на силовую установку железнодорожного транспортного средства.

Электрическую энергию, подаваемую через цепную контактную линию на локомотив, необходимо измерять для выставления поставщиком энергии соответствующих счетов потребителю. Эта потребность возникла относительно недавно в результате принятия правил, предоставляющих свободу действий многим операторам, поставляющим электроэнергию в сеть, и многим операторам, потребляющим эту энергию из сети.

Осуществление этого измерения основано на чрезвычайно простом принципе: необходимо измерять силу потребляемого тока, его напряжение и время потребления либо непрерывно, либо выборочно по определенной значимой частоте для учета изменений этих двух параметров во времени.

На практике все оказывается гораздо сложнее, поскольку измерительные приборы находятся в среде высокого напряжения (от 1500 вольт для постоянного тока и до 25000 вольт для переменного тока в зависимости от проходимых участков сети), что касается определения переменной величины, и в среде низкого напряжения, что касается формирования и обработки сигнала. Поэтому изоляция между двумя средами, называемая также гальванической изоляцией, требует особой тщательности.

Известные средства, предназначенные для обеспечения этой гальванической изоляции, как правило, применяются на уровне трансформаторов, содержащихся в измерительных приборах, при этом необходимая изоляция требует применения между первичной обмоткой и вторичной обмоткой такого трансформатора диэлектрических материалов высокого качества и, прежде всего в объеме, достаточном для максимального удаления друг от друга токопроводящих деталей.

Эту массу и этот объем предусматривают на уровне крыши локомотива. Они добавляются к совокупности компонентов оборудования крыши этого локомотива, что в лучшем случае влечет за собой увеличение максимального поперечного сечения этого оборудования и, следовательно, увеличение лобового сопротивления, нежелательного для высокоскоростных поездов, но чаще всего такое добавление является просто невозможным из-за нехватки места в этом наиболее загроможденном пространстве.

Настоящим изобретением предлагается решение этой проблемы нехватки места, которое, не приводя к снижению требований изоляции, позволяет осуществить достаточную миниатюризацию применяемых датчиков и приборов, чтобы обеспечить их установку без помех среди оборудования крыши железнодорожной силовой тяговой установки.

В этой связи объектом настоящего изобретения является устройство измерения электрической энергии, подаваемой на железнодорожную силовую тяговую установку через линию высокого напряжения, содержащее средства измерения силы тока питания и средства измерения напряжения этого питания, при этом указанные средства измерения содержат источник питания низкого напряжения, необходимый для их работы, в котором энергией питания низкого напряжения является оптическая энергия, преобразуемая в электрическую энергию в среде высокого напряжения. Кроме того, выходные сигналы измерительных средств преобразуются в оптические сигналы для их использования. Таким образом, осуществляют чрезвычайно надежную гальваническую изоляцию между каскадом высокого напряжения измерительных приборов и их каскадом низкого напряжения. Преобразование электрической энергии в оптическую энергию и обратное преобразование осуществляют при помощи известных приборов, имеющих небольшие габариты и, таким образом, позволяющих разместить устройство измерения в небольшом объеме и, в частности, в изоляторе линии высокого напряжения на крыше железнодорожной силовой тяговой установки.

Другие отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания примера его выполнения.

Это описание дается со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых представлено:

фиг.1 - электрическая схема устройства измерения в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.2 - схема установки этого устройства измерения в изоляторе линии высокого напряжения на крыше железнодорожной силовой тяговой установки, потребляющей измеряемую энергию.

На фиг.1 представлена цепная контактная линия 1 и токоприемник 2 локомотива. Линия L высокого напряжения крыши железнодорожной силовой тяговой установки проходит через выключатель 3 и доходит до комплекса средств питания тяговой цепи 4.

На выходе этой линии L, как известно, датчик 5 силы тока, например шунт измерения тока, позволяет выдавать на выходе 6 аналоговый сигнал, преобразуемый в цифровой сигнал аналого-цифровым преобразователем 7, выход которого соединен с электрооптическим преобразователем 8, преобразующим цифровой электрический сигнал, поступающий от преобразователя в оптический сигнал, передаваемый по оптическому волокну 9 на оптико-электронный преобразователь 10, содержащий выходы 11, предназначенные для соединения электронной системы использования этого сигнала, поступающего из трансформатора тока и характеризующего силу тока в цепи питания высокого напряжения локомотива.

За счет наличия делителя 12 напряжения при помощи дискриминатора 13 постоянного или переменного напряжения можно получать сигналы, характеризующие это напряжение. Например, сигнал на выходе 14 дискриминатора 13 характеризует значение переменного напряжения в цепной контактной линии 1.

Выход 15 предназначен для сигнала, характеризующего постоянное напряжение в цепной контактной линии 1.

Тот или другой из этих сигналов направляется на вход аналого-цифрового преобразователя 17, выход которого соединен с входом электрооптического преобразователя 18. Генерируемый этим преобразователем оптический сигнал передается по оптическому волокну 19 на вход оптико-электронного преобразователя 10, который в ответ на некоторых из своих выходов 11 выдает электрический сигнал, предназначенный для использования устройством в комбинации с электрическим сигналом, характеризующим значение силы тока питания.

Для работы некоторых из элементов устройства необходимо питание электрической энергией, в частности, для электрооптических преобразователей или для оптико-электронных преобразователей, таких как оптоэлектрический преобразователь 10, электрооптические преобразователи 8 и 18. Что касается оптико-электронного преобразователя 10, то он питается напрямую от батареи, соединенной, в свою очередь, с электрооптическим преобразователем 20 энергии постоянного электрического тока в оптическую энергию в виде лазерного пучка, излучаемого световым источником, таким как диод. Лазерный пучок передается по оптическим волокнам 21а, 21b в направлении оптико-электронных преобразователей 22а, 22b, на выходе которых имеются соответственно линия 24 питания электрооптического преобразователя 18 и линия 23 питания электрооптического преобразователя 8.

На фиг.2 показана установка схемы, показанной на фиг.1, внутри корпуса изолятора 25, при этом из этой фигуры видно, каким образом обеспечивается идеальная гальваническая изоляция в устройстве измерения в соответствии с настоящим изобретением. На этой фигуре показано большинство описанных выше элементов, обозначенных теми же позициями. Элементы, относящиеся к обработке сигнала датчика 5 силы тока, схематично сгруппированы в блок 26, который питается током низкого напряжения через линию 23 и выдает на выходе через оптическое волокно 9 оптический сигнал, характеризующий измеренную силу тока.

Точно так же, средства обработки сигнала напряжения, выходящего из делителя 12, сгруппированы в блок 27, к которому подходит линия 24 питания и от которого отходит оптическое волокно 19. Из этой фигуры понятно, что среда высокого напряжения изолирована в верхнем пространстве 28, выполненном в изоляторе 25, через которое проходит линия L крыши локомотива, тогда как среда низкого напряжения заключена в нижней полости 29 этого изолятора. Соединение между различными элементами устройства в соответствии с настоящим изобретением осуществляется между этими двумя полостями только через оптические волокна.

Устройство измерения в соответствии с настоящим изобретением можно также использовать в качестве средства опознавания сети (напряжения тока, подаваемого в силовую тяговую установку), которая может быть на 1500 вольт для постоянного тока, на 3500 вольт для постоянного тока (как правило, обрабатываемого так же, как и в предыдущем случае), на 15000 вольт для переменного тока частотой 16 Гц 1/3, на 25000 вольт для переменного тока 50 Гц или 60 Гц, на 12000 вольт для переменного тока 60 Гц и на 12000 вольт для переменного тока 25 Гц, если говорить только об электросетях, встречаемых в основных промышленно развитых странах. Действительно, оптический сигнал на выходе волокна 19 характеризует напряжение измерения, которое само находится в соответствии с напряжением тока сети. Таким образом, каждый из трех выходов 11, предназначенных для напряжения, может при помощи набора реле в оптико-электронном преобразователе 10 обслуживать одно из напряжений, обеспечиваемых сетью. Наличие сигнала на одном из трех выходов 11, предназначенных для напряжения, позволяет опознавать напряжение участка сети, через который проходит железнодорожная силовая тяговая установка.

1. Устройство измерения электрической энергии, подаваемой на железнодорожную силовую тяговую установку через линию (1) высокого напряжения, содержащее: средства (5, 26) измерения силы тока питания и средства (12, 27) измерения напряжения этого питания, оптико-электронные преобразователи (22а, 22b) для питания низким напряжением, необходимым для работы указанных средств измерения, при этом указанные оптико-электронные преобразователи (22а, 22b) соединены оптическими волокнами (21а, 21b) с электрооптическим преобразователем (20) для их соединения с напряжением питания, и выходы средств измерения содержат оптические волокна (9, 19), соединенные с оптико-электронным преобразователем (10) для их соединения с электронной системой, отличающееся тем, что средства измерения установлены в изоляторе (25), через который проходит линия (L) высокого напряжения крыши локомотива, причем среда высокого напряжения размещена в верхней полости (28), выполненной в изоляторе (25), а среда низкого напряжения размещена в нижней полости (29) этого изолятора, и соединение между различными элементами устройства осуществляются между этими двумя полостями только через указанные оптические волокна.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптико-электронный преобразователь (10) содержит выходы (11), каждый из которых является средством опознавания сети, когда через него проходит сигнал.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к испытаниям линий электропитания и линий передачи сигналов на борту воздушного судна, соединяющих потребителя с системой электропитания воздушного судна.

Изобретение относится к технической диагностике и может быть использовано для диагностирования электрических цепей, содержащих активное сопротивление и индуктивность, в частности обмоток электрических машин и аппаратов.

Изобретение относится к диагностике технического состояния двигателей и может быть использовано для диагностирования асинхронного двигателя, используемого в судовой системе электродвижения.

Изобретение относится к измерительной технике, применяемой для измерения электрофизических параметров полупроводниковых материалов с использованием зондирующего электромагнитного излучения сверхвысокой частоты (СВЧ), и может быть применено для определения времени жизни неосновных носителей заряда в полупроводниковых пластинах и слитках бесконтактным СВЧ методом.

Изобретение относится к микроминиатюризации и технологии радиоэлектронной аппаратуры и может быть использовано для контроля параметров двуханодных стабилитронов при их производстве.

Изобретение относится к испытательным устройствам, в частности к проверке сигнальных линий системы управления полетом, контролирующей работу двигателя триммируемого горизонтального стабилизатора воздушного судна.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам, и касается способов и устройств для осуществления постоянного (текущего) контроля параметров вращающихся машин, в частности турбогенераторов.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения составляющих внутреннего сопротивления химических источников тока (ХИТ). .

Изобретение относится к эксплуатации трехфазных асинхронных электродвигателей электроприводов с изменяющейся нагрузкой. .

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике в области электрооборудования высокого напряжения и предназначено для непрерывного контроля изоляции, диагностики и защиты высоковольтных вводов силовых трансформаторов, автотрансформаторов и реакторов

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в бортовых системах контроля электропитания летательных аппаратов

Изобретение относится к области электроэнергетики, в частности к автоматизированным системам управления и диагностики трансформаторного оборудования электрических подстанций

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в контрольно-поверочной аппаратуре, для измерения технических параметров аварийных радиомаяков и радиобуев

Изобретение относится к релейной защите электрических систем и позволяет определить поврежденный участок и тип повреждения в воздушных линиях электропередачи с разветвленной топологией

Изобретение относится к контролю качества полупроводниковых приборов

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при коммутации электрического устройства, например трансформатора, электрического двигателя

Изобретение относится к области испытаний обмоток якорей коллекторных электрических машин постоянного тока

Изобретение относится к области измерительной техники, к измерению электрофизических параметров (ЭФП) полупроводниковых транзисторных структур и может быть использовано для оценки качества технологического процесса при производстве твердотельных микросхем и приборов на основе МДП

Изобретение относится к технике измерения электрических параметров полупроводниковых приборов и может быть использовано для контроля их качества
Наверх