низковольтная линия питания для линии железной дороги или метро, электрифицированных постоянным током

Формула изобретения

1. Низковольтная линия питания постоянного тока для железной дороги или линии метро, в которой путь (5) соединен с множеством опор (7), выполненных с возможностью поддержки силового питающего кабеля (10) высокого напряжения для электрической тяги железнодорожных транспортных средств (12), которые перемещаются вдоль пути (5), потребляя ток, требуемый для их питания, от силового питающего кабеля (10), отличающаяся тем, что содержит:

разъединяющий переключатель (20), выполненный с возможностью соединения, при его замыкании, силовой питающей линии (10) с внутренней электрической линией (22);

статический преобразователь (27) постоянного тока в постоянный ток, который получает напряжение постоянного тока по внутренней электрической линии (22) в качестве входного и выполнен с возможностью уменьшения значения напряжения, подаваемого на его вход (27а), до нормированного значения на его выходе (27b);

статический преобразователь (28) постоянного тока в переменный ток, который получает нормированное напряжение в качестве входного (28а) и выполнен с возможностью генерирования переменного тока на его выходе (28b); и

по меньшей мере один трансформатор (30), который имеет вход, получающий напряжение переменного тока, и имеет по меньшей мере один выход (30b), на котором имеется низковольтное напряжение, которое может быть использовано для питания электрических и электронных систем (32), расположенных вдоль пути (5).

2. Линия питания по п.1, в которой разъединяющий переключатель (20) сконфигурирован так, чтобы его замкнутое/разомкнутое состояние было непосредственно видимым снаружи разъединяющего переключателя (20) и, таким образом, его состояние детектировалось с первого взгляда оператором, который находится рядом с опорой (7).

3. Линия питания по п.1, в которой плавкий предохранитель (24) расположен на внутренней электрической линии (22) до статического преобразователя (28) постоянного тока в переменный ток.

4. Линия питания по любому из пп.1-3, в которой статический разрядник (25) расположен параллельно с плавким предохранителем (24).

5. Линия питания по п.1, в которой электронный переключатель (I) расположен между входом (27a) статического преобразователя (27) постоянного тока в постоянный ток и внутренней линией (22); электронный переключатель (I) соединен со схемой (Р) предварительной зарядки, выполненной с возможностью регулирования запаса (С) мощности, соединенной с входом (27a) при напряжении, эквивалентном напряжению на внутренней электрической линии (22) с временем задержки, которое обеспечивает замыкание разъединяющего переключателя (20) при отсутствии разности потенциалов на его концах.

Описание изобретения к патенту

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к низковольтной линии питания для железной дороги или линии метро, электрифицированной постоянным током.

В течение многих лет ощущалась необходимость обеспечения низковольтной электроэнергии для подачи питания в различные электрические и электронные системы, расположенные вдоль пути, для того, чтобы обеспечить технологическое развитие железнодорожной системы и в области железнодорожного транспорта, и в области метро.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Такая энергия обычно подается посредством специализированных низковольтных электрических линий (как правило 400 В), которые расположены сбоку от пути между двумя последующими станциями.

Пределы использования специализированной линии следующие:

1) высокая конструкционная стоимость (работы по прокладке кабеля в бетонных тоннелях длительны и дорогостоящи);

2) высокая стоимость технического обслуживания и ремонтных работ;

3) плохая изоляция;

4) риск того, что произойдет бросок напряжения, вызванный стихийным снижением нагрузки и/или падением силового питающего кабеля железнодорожной линии из-за аварии;

5) высокие эксплуатационные затраты. Низковольтная электроэнергия подается по регулируемым ценам, сопоставимым с ценами, применяемыми для гражданского назначения, и таким образом совершенно отличным от обычных промышленных цен.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является обеспечение низковольтной линии питания для линии железной дороги или линии метро, которая преодолевает проблемы электрических линий специализированного типа.

Вышеупомянутая задача решается настоящим изобретением, которое относится к низковольтной линии питания постоянного тока для линии железной дороги или метро, в которой путь соединен с множеством опор, выполненных с возможностью поддержания силового питающего кабеля высокого напряжения для электрической тяги железнодорожных транспортных средств, которые перемещаются вдоль пути посредством потребления тока, требуемого для их питания, от силового питающего кабеля, указанная линия питания характеризуется тем, что она содержит: разъединяющий переключатель, выполненный с возможностью соединения, при его замыкании, силовой питающей линии с внутренней электрической линией; статический преобразователь постоянного тока в постоянный ток, который получает напряжение постоянного тока по внутренней электрической линии в качестве входного и выполнен с возможностью уменьшения значения напряжения, подаваемого на его вход, до нормированного значения на его выходе; статический преобразователь постоянного тока в переменный ток, который получает нормированное напряжение в качестве входного и выполнен с возможностью генерирования переменного тока на его выходе; и по меньшей мере один трансформатор, который имеет вход, получающий напряжение переменного тока, и имеет по меньшей мере один выход, на котором имеется низковольтное напряжение, которое может быть использовано для питания электрических и электронных систем, расположенных вдоль пути.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

фиг.1 схематично изображает линию железной дороги или линию метро, электрифицированную постоянным током;

фиг.2 схематично изображает низковольтную линию питания для линии железной дороги или метро, обеспеченную в соответствии с пунктами формулы изобретения настоящего изобретения;

фиг.3 подробно изображает линию фиг.2.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг.1 позиция 1 изображает в целом низковольтную линию питания для линии железной дороги или линии метро, электрифицированной постоянным током.

Линия 1 обеспечена вдоль линии 3 железной дороги или метро, электрифицированной постоянным током (изображена схематично), в которой путь 5 соединен с множеством вертикальных опор 7, выполненных с возможностью поддержки кабеля высокого напряжения постоянного тока, контактной силовой питающей линией 10 для подачи питания к железнодорожным транспортным средствам 12, которые перемещаются вдоль рельсов 5 посредством потребления тока, необходимого для их питания, от силового питающего кабеля 10 посредством токосъемника.

Контактная линия 10 снабжена множеством переключающих устройств 13, поддерживаемых опорами 7 и используемых для разделения участков линии 10 и обеспечения технического обслуживания самой линии 10.

Линия 1 (фиг.2) содержит разъединяющий переключатель 20, удерживаемый опорой 7 и выполненный с возможностью соединения, при замыкании, силовой питающей линии 10 постоянного тока с внутренней электрической линией 22, на которой расположен плавкий предохранитель 24.

Согласно настоящему изобретению разъединяющий переключатель 20 сконфигурирован так, чтобы его замкнутое/разомкнутое состояние непосредственно видно снаружи разъединяющего переключателя 20 и таким образом его состояние детектируемо с первого взгляда оператором, который находится рядом с опорой 7.

Может быть использован монопольный 100-амперный разъединяющий переключатель 20 с заземляющими пластинами промышленного типа.

Плавкий предохранитель 24 также виден оператору, находящемуся около опоры 7.

Как правило, плавкий предохранитель 24 представляет собой 63-амперный предохранитель типа «МТ» с отключающей способностью 100 кА.

Разрядник 25 с искровым промежутком с напряжением разряда 5 кВ расположен параллельно с плавким предохранителем 24.

Линия 1 содержит статический преобразователь 27 постоянного тока в постоянный ток (известного типа), которыйполучает напряжение постоянного тока по внутренней электрической линии 22 в качестве входного и выполнен с возможностью уменьшения значения напряжения на входе 27а до нормированного значения на его выходе 27b.

Статический преобразователь 27 постоянного тока в постоянный ток выполнен с возможностью уменьшения и регулирования напряжения постоянного тока на силовом питающем кабеле 10.

Напряжение постоянного тока на силовом питающем кабеле 10 и на входе 27a обычно колеблется между 2,2 и 4 кВ (U_пост ), в то время как напряжение на выходе 27b обычно составляет 450 (U_пост) по величине с устойчивостью во времени ±10%.

Статический преобразователь 27 постоянного тока в постоянный ток образует первую ступень линии 1.

Электронный переключатель I расположен в удобном положении между входом 27a и плавким предохранителем 24; такой электронный переключатель I соединен со схемой Р предварительной зарядки (известного типа), выполненной с возможностью регулирования резерва С мощности, соединенного с входом 27a при напряжении, эквивалентном напряжению на внутренней электрической линии 22 с временем задержки, которое обеспечивает замыкание разъединяющего переключателя 20 при отсутствии разности потенциалов на ее концах.

Линия 1 дополнительно содержит статический преобразователь 28 постоянного тока в переменный ток (известного типа), который получает нормированное напряжение на выходе 27b в качестве входного 28а и выполнен с возможностью генерирования синусоидального напряжения переменного тока (например, имеющего значение 400 В) на его выходе 28b.

Статический преобразователь 28 постоянного тока в переменный ток формирует вторую ступень линии 1.

Статический преобразователь 28 постоянного тока в переменный ток состоит из удобно расположенного преобразователя, выполненного с использованием наиболее современной технологии БТИЗ.

Например, преобразователь постоянного тока в переменный ток может иметь следующие электрические характеристики:

- входное напряжение U_вх: 2-4 кВ постоянного тока;

- переменное амплитудное колебание ±300 В на 3 кВ постоянного напряжения, f=300 Гц;

- номинальное выходное напряжение U_н: 230 В переменного тока, 50 Гц;

- динамическая устойчивость (10%-100% изменение колебаний нагрузки) относительно U_н: +/-5%;

- статическая устойчивость относительно U_н : +/-1%;

- гармоническое искажение с линейной нагрузкой: <1,5%;

- гармоническое искажение с нелинейной нагрузкой: <5%;

- КПД: >80%;

- естественная вентиляция линии 5 кВа;

- принудительная вентиляция линии 40 кВа;

- степень защиты: IP54;

- рабочая температура: -10°C +40°C (без воздействия прямых солнечных лучей).

Наконец, линия 1 содержит трансформатор 30, который имеет вход, получающий синусоидальное напряжение переменного тока от выхода 28b преобразователя 28 постоянного тока в переменный ток. Трансформатор 30, выполняющий функцию гальванической развязки, имеет выход 30b, на котором имеется переменный ток, который может быть использован для питания различных электрических и электронных систем 32 (например, сигнальных будок, шкафов цифровых передаточных систем, расположенных вдоль линии, освещения линии для технического обслуживания устройств электротяги, туннельного освещения и т.д.), расположенных вдоль пути 5.

Трансформатор 30 соответствует требованиям RFI (итальянские железные дороги) ST IS 365 и имеет дополнительную изоляцию между первичной обмоткой и вторичной обмоткой 8 кВ.

Во время функционирования, как только электронный переключатель I и затем разъединяющий переключатель 20 были замкнуты, постоянный ток на силовом питающем кабеле 10 подается на преобразователь 27, который его уменьшает и регулирует. Отрегулированный постоянный ток затем преобразуется в напряжение переменного тока посредством инвертора 28 и является доступным на выходе трансформатора 30.

Низковольтная энергия, подаваемая трансформатором 30, поступает от силового питающего кабеля 10, куда она подается по промышленным ценам.

Поэтому цена низковольтной энергии, подаваемой вдоль железнодорожного пути, значительно уменьшена.

Фиг.3 подробно изображает разъединяющий переключатель 20.

Такой разъединяющий переключатель 20 расположен на прямоугольном металлическом основании 40, прикрепленном посредством множества поперечин 41 к вертикальному столбу 42, формирующему часть опоры 7.

Разъединяющий переключатель 20 содержит поворотный прямолинейный нож 44, имеющий первый конец 44a, шарнирно прикрепленный к электрическому контакту 45, расположенному на концевом участке первого керамического изолятора 47, проходящего так, чтобы выступать от металлического основания 40.

Поворотный нож 44 имеет второй конец 44b, выполненный с возможностью примыкать к электрическому контакту 48, расположенному на концевом участке второго керамического изолятора 49, проходящего так, чтобы выступать от металлического основания 40.

Электрический медный кабель 50, имеющий концевой участок, электрически соединенный с силовым питающим кабелем 10, проходит от электрического контакта 48.

Нож 44 вручную перемещается посредством перемещающей системы 51 (известного типа), снабженной множеством рычагов и поперечин и выполненной с возможностью поворота ножа 44 между:

- первым замкнутым положением, в котором прямолинейный нож 44 параллелен металлическому основанию 40 и проходит между электрическими контактами 45 и 48, которые находятся в электрическом соединении друг с другом посредством самого ножа 44; и

- вторым разомкнутым положением, в котором прямолинейный нож 44 наклонен относительно металлического основания 40 и имеет второй концевой участок 44b, находящийся на расстоянии от второго электрического контакта 48.

Оператор может таким образом непосредственно детектировать замкнутое/разомкнутое состояние разъединяющего переключателя 20 соответственно угловому расположению прямолинейного ножа 44 относительно вертикали.

Плавкий предохранитель 24 содержит цилиндрический корпус, имеющий первый конец, соединенный с электрическим контактом 45, и второй конец, соединенный с электрическим контактом 52, удерживаемым концевым участком посредством третьего керамического изолятора 53, который проходит так, чтобы выступать от металлического основания 40.