РЕЛЬСОВОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО Российский патент 2021 года по МПК B60L3/04 H01H39/00 

Изобретение относится к рельсовому транспортному средству, оборудованному электрокомпонентами.

В основу изобретения положена задача предложить рельсовое транспортное средство (РТС), у которого линии электропроводки можно быстро и надежно, а также с малыми затратами отключать при наличии условий для отключения.

Согласно изобретению эта задача решена посредством РТС, охарактеризованного признаками пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения РТС по данному изобретению указаны в зависимых пунктах формулы.

Согласно изобретению предложено оборудование РТС, по меньшей мере, пиротехническим отключающим устройством и, тем самым, линией электропроводки с пиротехническим отключением, соединение пиротехнического отключающего устройства с блоком управления, предназначенным для инициирования сигнала срабатывания при наличии, по меньшей мере, условия для отключения и для прерывания линии электропроводки.

Существенным преимуществом РТС по данному изобретению является возможность особенно быстрого, надежного и аппаратно малозатратного отключения линии электропроводки посредством предложенного согласно изобретению пиротехнического отключающего устройства.

Предпочтительно отключающее устройство является взрывным предохранителем или имеет последний, причем воспламенение пиротехнического заряда деформирует часть токопроводящего материала в предохранителе и прерывает, таким образом, токопроводящую дорожку.

В качестве альтернативы или дополнительно предложено, чтобы внутри взрывного предохранителя воспламенение пиротехнического заряда приводило в движение, в частности поворачивало, подвижную часть таким образом, чтобы размыкать токопроводящую дорожку.

Посредством, по меньшей мере, дополнительного вспомогательного средства, в частности силиконового масла или борной кислоты, внутри отключающего устройства гасят световую дугу, возникающую при прерывании токопроводящей дорожки.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления предложено, чтобы блок управления был состыкован с линией электропроводки с пиротехническим отключением и получал от нее или, по меньшей мере, мог получать от нее энергию, и эта энергия, полученная из отключаемой линии электропроводки, питала сигнал срабатывания.

Альтернативно или дополнительно предложено подключение блока управления для энергопитания напрямую или через разделитель потенциалов к источнику энергии, в частности к бортовой электросети РТС.

Блок управления в предпочтительном варианте осуществления предложено выполнять исключительно из электроаналоговых компонентов.

Также предложено предпочтительное выполнение блока управления исключительно из пассивных компонентов.

Альтернативно или дополнительно предложено наличие в блоке управления цифровой ЭВМ, мониторящей цифровым методом, по меньшей мере, одно условие отключения.

Например, предпочтительно, если блок управления может через интерфейс принимать для обработки информацию в виде сигнала (например, электрического, радио- и/или оптического) и инициировать на его основе отключение.

Линия электропроводки с пиротехническим отключением расположена предпочтительно в электропроводящей дорожке РТС постоянного напряжения.

В предпочтительном варианте осуществления предложено наличие в РТС электрического зарядного накопителя, соединенного с другим электрокомпонентом РТС, по меньшей мере, через линию электропроводки с пиротехническим отключением.

Предпочтительно, в частности, если накопитель заряда является тяговым аккумулятором, накапливающим электроэнергию для питания приводного электродвигателя, а, по меньшей мере, одна линия электропроводки с пиротехническим отключением расположена между тяговым аккумулятором и приводным двигателем.

Также предложено предпочтительное электроподключение между тяговым аккумулятором и приводным электродвигателем выпрямителя и расположение, по меньшей мере, одной линии электропроводки с пиротехническим отключением между тяговым аккумулятором и выпрямителем.

В другом предпочтительном варианте осуществления предложено наличие в РТС электропантографа, соединенного, по меньшей мере, через одну линию электропроводки с пиротехническим отключением или через другую линию электропроводки с пиротехническим отключением с другим электрокомпонентом РТС и имеющего, по меньшей мере, линию электропроводки с пиротехническим отключением, расположенную между пантографом и другим электрокомпонентом.

В следующем другом предпочтительном варианте осуществления предложено наличие в РТС бортовой электросети, имеющей, по меньшей мере, линию электропроводки с пиротехническим отключением или другую линию электропроводки с пиротехническим отключением между бортовой электросетью и соединенным с бортовой электросетью электрокомпонентом РТС.

Блок управления выполнен предпочтительно для производства сигнала инициирования пиротехнического отключающего устройства, если ток в токопроводящей дорожке или измеренный параметр, зависящий от тока в электропроводящей дорожке, отвечает, по меньшей мере, заданному, предпочтительно зависящему от тока условию инициирования.

Блок управления производит сигнал инициирования предпочтительно при превышении измеренным параметром тока в токопроводящей дорожке заданного порогового значения.

Альтернативно или дополнительно блок управления может производить сигнал инициирования при превышении заданного порогового значения интегралом, образованным за это время путем интеграции измеренного параметра тока в токопроводящей дорожке.

Альтернативно или дополнительно блок управления может производить сигнал инициирования при превышении заданного порогового значения интегралом, образованным за это время путем интеграции квадрата измеренного параметра тока в токопроводящей дорожке.

Альтернативно или дополнительно блок управления может производить сигнал инициирования при выявлении другим устройством РТС, например выпрямителем, аварийной ситуации, при которой инициирование целесообразно или необходимо.

Альтернативно или дополнительно блок управления может производить сигнал инициирования при выявлении компетентным лицом, например машинистом моторного вагона внутри РТС или пожарным вне РТС аварийной ситуации, при которой инициирование целесообразно или необходимо, и сигнализировании этого соответствующей информацией, например в виде электросигнала, например, через кнопку аварийного выключения.

Изобретение более подробно раскрыто далее на основе примеров его выполнения. При этом на чертежах представлено следующее:

фиг. 1 - схема составных элементов примера выполнения РТС по данному изобретению, оборудованного пиротехническим отключающим устройством и блоком управления пиротехническим отключающим устройством;

фиг. 2 - пример выполнения пиротехнического отключающего устройства по фиг. 1 перед инициированием пиротехнического заряда отключающего устройства;

фиг. 3 - пример выполнения разделительного элемента пиротехнического отключающего устройства по фиг. 2, переводимого в положение разделения деформацией;

фиг. 4 - пример выполнения разделительного элемента пиротехнического отключающего устройства по фиг. 2, переводимого в положение разделения поворотом;

фиг. 5 - пример выполнения энергоснабжения блока управления по фиг. 1, причем энергоснабжение осуществляется от бортовой сети РТС;

фиг. 6 - пример выполнения энергоснабжения блока управления по фиг. 1, причем энергоснабжение осуществляется от бортовой сети через промежуточно подключенный разделитель потенциалов;

фиг. 7 - пример выполнения энергоснабжения блока управления по фиг. 1, причем энергоснабжение осуществляется посредством преобразователя, подключенного к линии электропроводки, оборудованной пиротехническим отключающим устройством;

фиг. 8 - снабжение блока управления по фиг. 1 одним или несколькими информационными сигналами, причем информационный сигнал исходит от датчика тока, подключенного к линии электропроводки, оборудованной пиротехническим отключающим устройством;

фиг. 9 - снабжение блока управления по фиг. 1 одним или несколькими информационными сигналами, причем информационный сигнал исходит от датчика тока, подключенного к другой линии электропроводки, оборудованной пиротехническим отключающим устройством;

фиг. 10 - первый, более детализированный пример выполнения блока управления по фиг. 1;

фиг. 11 - второй, более детализированный пример выполнения блока управления по фиг. 1;

фиг. 12 - третий, более детализированный пример выполнения блока управления по фиг. 1.

На фигурах идентичные или аналогичные компоненты имеют для наглядности одинаковые условные обозначения.

На фиг. 1 показана схема составных элементов РТС 5 по данному изобретению. Показаны два компонента 10 и 20 РТС, электрически соединенных друг с другом линией 30 электропроводки. Линия 30 электропроводки оборудована пиротехническим отключающим устройством 40, соединенным с блоком 50 управления и срабатывающим от него посредством и сигнала AS инициирования для разрыва линии 30 (электропроводящей дорожки) электропроводки.

Блок 50 управления оборудован интерфейсом S50, на который со стороны входа может поступать информация I. Блок 50 управления выдает сигнал AS инициирования, если информация I или поступающая на вход информация соответствует, по меньшей мере, условию отключения.

Электропроводящая дорожка 30 может быть оборудована другими коммутирующими компонентами в дополнение к пиротехническому отключающему устройству 40, например, силовыми выключателями 60, срабатывающими при коротком замыкании, коммутирующими рабочие токи с элементами 61 и/или прерывателями 62. Указанные компоненты 60, 61, 62 могут присутствовать, но не обязательны.

Оба компонента РТС 10 и 20 могут быть соединены в дополнение к электропроводящей дорожке 30 с другими аналогичными токопроводящими дорожками или другими проводками, для наглядности не показанными.

На токопроводящую дорожку 30 подают постоянное напряжение, и она образует линию электропроводки постоянного тока между компонентами 10 и 20 РТС. Альтернативно на токопроводящую дорожку 30 могут подавать переменное напряжение, и она тогда образует линию электропроводки переменного тока между компонентами 10 и 20 РТС.

Первый компонент 10 РТС может быть, например, зарядным накопителем, в частности, тяговым аккумулятором. В этом случае второй компонент РТС 20 образован, например, тяговым двигателем 5 РТС с энергоснабжением от первого компонента 10 РТС. Альтернативно вторым компонентом РТС 20 может быть также выпрямитель, подключенный между первым компонентом РТС 10 в виде зарядного накопителя и питаемым от него через выпрямитель тяговым двигателем.

Существует также возможность, что первый компонент 10 РТС образован пантографом РТС 5. В этом случае второй компонент 20 РТС образован предпочтительно другим компонентом РТС 5, запитанным от пантографа.

Также возможно, что первый компонент 10 РТС является бортовой сетью, питающей через линию 30 электропроводки в качестве второго компонента 20 РТС любой другой компонент РТС 5.

На фиг. 2 показана схема примера выполнения пиротехнического отключающего устройства 40, используемого в электросхеме по фиг. 1. Пиротехническое отключающее устройство 40 по фиг. 2 имеет размыкающий элемент 41, показанный на фиг. 2 в закрытом положении, т.е. замыкающий токопроводящую дорожку 30.

Пиротехническое отключающее устройство 40 имеет кроме этого пиротехнический заряд 42, воспламеняемый при наличии сигнала SA инициирования и посредством пиротехнической реакции, в частности взрыва или подрыва пиротехнического заряда 42, переводящего размыкающий элемент 41 в положение размыкания или открытое положение, в котором токопроводящая дорожка 30 разомкнута.

На фиг. 3 показан пример выполнения размыкающего элемента 41 пиротехнического отключающего устройства 40, изгибаемого при срабатывании пиротехнического заряда 42 и занимающего за счет изгибания размыкающее положение.

На фиг. 4 показан другой пример выполнения размыкающего элемента 41 пиротехнического отключающего устройства 40, откидывающегося после срабатывания пиротехнического заряда 42 и занимающего после откидывания размыкающее положение.

Также возможно, что после срабатывания пиротехнического заряда 42 происходит как сгибание размыкающего элемента 41 пиротехнического отключающего устройства 40, как показано на фиг. 3, так и его откидывание, как показано на фиг. 4.

Предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, дополнительное вспомогательное средство 43, в частности силиконовое масло или борная кислота, тушило световую дугу, возникающую внутри отключающего устройства 40 при размыкании токопроводящей дорожки 30.

Далее на основе фиг. 5-7 раскрыты примеры выполнения энергоснабжения блока 50 управления.

На фиг. 5 показана конфигурация по фиг. 1 на случай соединения блока 50 управления напрямую или опосредованно с бортовой сетью 100 РТС 5 и энергоснабжения от бортовой сети 100. С помощью энергии бортовой сети 100 блок 50 управления производит сигнал AS инициирования, если информация I на интерфейсе S50 соответствует указанному выше условию отключения.

На фиг. 6 показан другой пример выполнения внешнего энергоснабжения блока 50 управления. В примере выполнения по фиг. 6 блок 50 управления соединен с бортовой сетью 100 посредством разделителя 110 потенциалов РТС 5 и получает энергоснабжение от бортовой сети 100 с учетом разделителя 110 потенциалов. В остальном действуют пояснения к фиг. 5.

На фиг. 7 показан вариант осуществления конфигурации по фиг. 1, в которой блок 50 управления поучает энергоснабжение через преобразователь 120, подключенный к токопроводящей дорожке 30. В этом варианте осуществления, таким образом, нет необходимости в другом или внешнем энергоснабжении блока 50 управления.

Далее на основе фиг. 8 и 9 раскрыты варианты осуществления компоновки по фиг. 1 в отношении создания информации I на интерфейсе S50 блока 50 управления.

На фиг. 8 показан пример выполнения, в котором блок 50 управления состыкован с токопроводящей дорожкой 30 посредством датчика тока 200 и получает от датчика тока 200 в качестве информации параметр или соответствующую измеренную величину тока Is, в токопроводящей дорожке 30, в частности пропорциональную ему. Блок 50 управления в зависимости от полученной на входе информации I производит сигнал AS инициирования, если, например,

- измеренная величина тока Is в токопроводящей дорожке 30 превышает заданное пороговое значение и/или

- интеграл, образованный за это время путем интеграции тока Is в токопроводящей дорожке 30, превышает заданное пороговое значение, и/или

- интеграл, образованный за это время путем интеграции квадрата тока Is в токопроводящей дорожке 30, превышает заданное пороговое значение.

На фиг. 9 показан вариант осуществления примера выполнения по фиг. 8. В варианте осуществления по фиг. 9 датчик тока 200 подключен не к токопроводящей дорожке 30, а к другой проводке 31, соединяющей оба компонента 10 и 20 РТС или выполняющей другую функцию в РТС 5. Таким образом, в варианте осуществления по фиг. 9 блок 50 управления производит сигнал AS инициирования в зависимости от тока в этой проводке 31. В остальном действуют соответственно указанные выше выкладки.

Далее на основе фиг. 10-12 раскрыты примеры выполнения блоков управления, применяемых в качестве блоков 50 управления в компоновках по фиг. 1-9.

На фиг. 10 показан пример выполнения блока 50 управления, включающего ЭВМ 51 и накопитель 52. В память накопителя 52 записан программный модуль SPM управления, обрабатывающий для ЭВМ 51 один или несколько информационных сигналов на входе, например, интерфейса S50 блока 50 управления и производящий в зависимости от информации I на входе сигнал AS инициирования, если выполнено, по меньшей мере, условие отключения. Например, сигнал AS инициирования ЭВМ 51 блока 50 управления производит, если

- измеренная величина тока Is в токопроводящей дорожке 30 превышает заданное пороговое значение и/или

- интеграл, образованный за это время путем интеграции тока Is в токопроводящей дорожке 30, превышает заданное пороговое значение, и/или

- интеграл, образованный за это время путем интеграции квадрата тока Is в токопроводящей дорожке 30, превышает заданное пороговое значение, и/или

- другое устройство РТС 5, например выпрямитель, выявляет аварийную ситуацию, и/или

- компетентное лицо, например машинист моторного вагона РТС 5 или пожарный вне РТС 5, выявляет аварийную ситуацию и подает сигнал на блок 50 управления.

На фиг. 11 показан другой пример выполнения блока управления, применяемого в качестве блока 50 управления в примерах выполнения по фиг. 1-9.

В варианте осуществления по фиг. 11 блок 50 управления состоит исключительно из пассивных аналоговых элементов, например сопротивления 53, емкости 54 и диода Зенера 55. Указанные компоненты 53, 54 и 55 соединены с токопроводящей дорожкой 30 по фиг. 1 или с другой проводкой 31 по фиг. 9 посредством стыковочного элемента 56 в виде катушки, например катушки Роговского.

Индуктивный стыковочный элемент 56 выполняет в примере выполнения по фиг. 11 двойную функцию: с одной стороны, стыковочный элемент 56 работает как датчик тока 200 по фиг. 8 и производит на входе информацию I, обрабатываемую блоком 50 управления для производства сигнала AS инициирования. С другой стороны, индуктивный стыковочный элемент 56 работает как источник энергии, т.е. как преобразователь 120 по фиг. 7 и питает блок 50 управления энергией, необходимой блоку 50 управления для производства сигнала AS инициирования и для воспламенения пиротехнического заряда 42 пиротехнического отключающего устройства 40.

В варианте осуществления по фиг. 11 постоянный ток в проводке 31 или токопроводящей дорожке 30 не индуцирует напряжение в индуктивном стыковочном элементе 56, но динамические изменения (di/dt) тока индуцируют напряжения и могут передавать силовое напряжения. Изменения тока за счет регулирующих процессов или колебаний тока индуцируют только малое напряжение, которое может заряжать конденсатор 54, но сопротивление 53 его снова отводит или разряжает конденсатор 54. Изменения тока за счет короткого замыкания по амплитуде и di/dt значительно больше. Они могут зарядить конденсатор 54 до превышения напряжения пробоя диода Зенера 55. После этого тока из конденсатора 54 проходит через диод Зенера 55 в пиротехнический заряд 42 пиротехнического отключающего устройства 40. Для воспламенения необходимы только малые токи и напряжения на очень короткое время. Параметры деталей 53, 54, 55 и 56 необходимо рассчитывать таким образом, чтобы не заряжать конденсатор 54 при обычных процессах регулирования до возможности воспламенения. Короткое замыкание (>100 x регулирование), как правило, обеспечивает энергию, достаточную для воспламенения.

В остальном действуют указанные выше выкладки для фиг. 1-9.

На фиг. 12 показан пример выполнения блока 50 управления, имеющего компаратор 500 и реле 510. Блок 50 управления получает энергию из вне, например, от бортовой сети 100, напрямую или через разделитель потенциалов 110. Интерфейс S50 блока 50 управления соединен с активным датчиком тока 200, обеспечивающим информацию I и получающим энергию также от бортовой сети 100 напрямую или через разделитель потенциалов 110. В остальном действуют соответственно выкладки по фиг. 1-9.

На основе фиг. 2-4 раскрыты примеры выполнения пиротехнического отключающего устройства 40, применяемого в компоновках по фиг. 1. На основе фиг. 5-7 раскрыты примеры выполнения электропитания блока 50 управления по фиг. 1. На фиг. 8 и 9 раскрыты примеры выполнения предоставления одного или нескольких информационных сигналов для проверки выполнения условия (-ий) отключения. На основе фиг. 10-12 раскрыты варианты осуществления разные варианты осуществления блока 50 управления по фиг. 1. Все раскрытые на основе фиг. 1-12 варианты осуществления можно комбинировать друг с другом любыми способами, как в отношении выполнения пиротехнического отключающего устройства 40, энергоснабжения блока 50 управления, предоставления информации I для блока 50 управления, так и в отношении технического выполнения блока 50 управления.

Следует учесть, что изобретение проиллюстрировано и описано на основе предпочтительных вариантов его осуществления, однако изобретение не ограничено раскрытыми примерами, и специалист может вывести другие варианты, не нарушая объем правовой защиты изобретения.

Изобретение относится к предохранительным электрическим устройствам для транспортных средствах с электротягой. Рельсовое транспортное средство содержит пиротехническое отключающее устройство и токопроводящую дорожку с пиротехническим отключением. При этом пиротехническое отключающее устройство соединено с блоком управления, предназначенным для производства сигнала (AS) инициирования пиротехнического отключающего устройства при наличии условия отключения и для размыкания токопроводящей дорожки. Причем блок управления производит сигнал инициирования, если интеграл, образованный за это время путем интеграции квадрата тока в токопроводящей дорожке, превышает заданное пороговое значение. Технический результат заключается в возможности быстрого, надежного и аппаратно малозатратного отключения линии электропроводки. 12 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Рельсовое транспортное средство (РТС) (5), отличающееся тем, что

- РТС (5) оборудовано, по меньшей мере, пиротехническим отключающим устройством (40) и содержит, токопроводящую дорожку (30) с пиротехническим отключением, и

- с пиротехническим отключающим устройством (40) соединен блок (50) управления, предназначенный для производства сигнала (AS) инициирования пиротехнического отключающего устройства (40) при наличии, по меньшей мере, условия отключения и для размыкания токопроводящей дорожки (30), причем блок (50) управления производит сигнал (AS) инициирования, если интеграл, образованный за это время путем интеграции квадрата тока в токопроводящей дорожке (30), превышает заданное пороговое значение.

2. Рельсовое транспортное средство (5) по п. 1, отличающееся тем, что отключающее устройство (40) является взрывным предохранителем или включает взрывной предохранитель, в котором воспламенение пиротехнического заряда (42) деформирует часть токопроводящего материала внутри предохранителя таким образом, что осуществляется размыкание токопроводящей дорожки (30).

3. Рельсовое транспортное средство (5) по п. 1 или 2, отличающееся тем, что посредством, по меньшей мере, дополнительного вспомогательного средства (43), в частности силиконового масла или борной кислоты, осуществляется погашение световой дуги, возникающей внутри отключающего устройства (40).

4. Рельсовое транспортное средство (5) по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что токопроводящая дорожка (30) с пиротехническим отключением расположена в линии электропроводки постоянного тока РТС (5), на которую подается постоянное напряжение.

5. Рельсовое транспортное средство (5) по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что

- блок (50) управления состыкован с токопроводящей дорожкой (30) с пиротехническим отключением и получает или, по меньшей мере, выполнен с возможностью получения от нее энергии и

- сигнал (AS) инициирования производится на получаемой из отключаемой токопроводящей дорожки (30) энергии.

6. Рельсовое транспортное средство (5) по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что блок (50) управления подключен напрямую или через разделитель потенциалов (110) к источнику энергии, в частности к бортовой сети (100) РТС (5).

7. Рельсовое транспортное средство (5) по любому из пп. 1-6, отличающееся тем, что блок (50) управления образован исключительно электроаналоговыми компонентами и/или исключительно пассивными компонентами.

8. Рельсовое транспортное средство (5) по любому из пп. 1-6, отличающееся тем, что блок (50) управления имеет цифровую ЭВМ (51) и выполнен с возможностью проверки, по меньшей мере, условия отключения цифровым образом.

9. Рельсовое транспортное средство (5) по любому из пп. 1-8, отличающееся тем, что РТС (5) имеет электрический накопитель заряда, соединенный, по меньшей мере, токопроводящей дорожкой (30) с пиротехническим отключением с другим электрическим компонентом РТС (5).

10. Рельсовое транспортное средство (5) по любому из пп. 1-9, отличающееся тем,

что

- РТС (5) имеет электрический пантограф, соединенный, меньшей мере, токопроводящей дорожкой (30) с пиротехническим отключением или другой токопроводящей дорожкой (30) с пиротехническим отключением с другими электрическими компонентами РТС (5), и

- по меньшей мере, одна токопроводящая дорожка (30) с пиротехническим отключением электрически расположена между пантографом и другим компонентом.

11. Рельсовое транспортное средство (5) по любому из пп. 1-10, отличающееся тем, что

- РТС (5) имеет бортовую электросеть (100) и

- по меньшей мере, одна токопроводящая дорожка (30) с пиротехническим отключением или другая токопроводящая дорожка (30) с пиротехническим отключением электрически расположена между бортовой сетью (100) и соединенным с бортовой сетью (100) компонентом РТС (5).

12. Рельсовое транспортное средство (5) по любому из пп. 1-11, отличающееся тем, что блок (50) управления выполнен таким образом, чтобы производить сигнал (AS) инициирования пиротехнического отключающего устройства (40), если ток в токопроводящей дорожке (30) или зависящий от тока в токопроводящей дорожке (30) измеренный параметр соответствует заданным условиям.

13. Рельсовое транспортное средство (5) по любому из пп. 1-12, отличающееся тем, что

блок (50) управления производит сигнал (AS) инициирования, если

- измеренный параметр тока в токопроводящей дорожке (30) превышает заданное пороговое значение и/или

- интеграл, образованный за это время путем интеграции измеренного параметра тока в токопроводящей дорожке (30), превышает заданное пороговое значение, и/или

- другое устройство РТС (5), в частности выпрямитель, выявляет аварийную ситуацию, и/или

- компетентное лицо, в частности машинист, моторного вагона РТС (5) или пожарный вне РТС (5), выявляет аварийную ситуацию и подает сигнал на блок (50) управления.