用于轨道车辆的高压装置的制作方法

本发明涉及一种用于车辆的高压装置，所述车辆至少在行驶运行时从提供高压的电网供给装置中获得电能，所述高压装置具有至少一个高压部件和接地开关设备，所述高压部件借助于主功率开关单元可与电网供给装置电连接，所述接地开关设备具有至少一个开关机构。

背景技术：

车辆、尤其有轨车辆是已知的，所述车辆在行驶运行时从电网供给装置中获得电能。在这种情况下，电网供给装置具有电线路，例如架空线路或者设置在地面区域中的导电轨，集电器在车辆运行时与所述电线路接触。由电网供给装置引导的电压是通常在500V至30kV的范围中的高压。主功率开关单元以已知的方式连接在集电器下游，所述主功率开关单元连接在车辆的电设施上游，并且所述主功率开关单元设计用于：尤其即使处于负载下也将该电设施与电网供给装置断开。

在车辆的高压装置上进行工作需要严格的安全防范措施。尤其规定：能量源、尤其是电网供给线路以及车辆的即使在车辆与电网供给装置断开的状态下也能够潜在地产生高压的部件，在这些装置处工作必须接地。通常设有车辆的接地开关设备，所述接地开关设备与主功率开关单元耦合，并且所述接地开关设备用于将主功率开关单元的输入端和输出端，即该主功率开关单元至集电器的电连接部一方以及该主功率开关单元至车辆的连接在下游的电设施的电连接部另一方，与参考电势电连接、尤其与车辆的接地电势电连接。这种接地开关设备通常借助于空气间隙和/或爬电距离与其周围环境绝缘，由此要求用于这种绝缘的大的结构空间。此外，已知的具有润滑的开关机构的接地开关结构定期要求高的维修耗费。

在主功率开关单元和/或接地开关设备本身上进行工作时(尤其在上述定期的维修工作中，例如出于润滑目的的维修工作中)，事故风险是较高的，因为可能不再能够提供接地开关设备的接地功能。通常，主功率开关单元或接地开关设备被断开。即使在电网供给装置的电线路接地时，例如在架空线路接地时，接地开关设备的受限的或者不存在的功能由于通过内部的能量源错误地产生的高压也隐含电击的危险。

技术实现要素：

本发明基于下述目的：在高压装置上进行工作时以在结构上简单的方式提高人员安全性。

对此提出：高压装置的至少一个高压部件具有至少一个容纳区域，在所述容纳区域中(至少在将高压部件的至少一个有源部分接地的接地部位中)容纳有接地开关设备的开关机构。由此，在高压装置上进行工作时能够实现提高的安全性，尤其当这些工作在主功率开关单元上执行时能够实现提高的安全性。在进行这些工作时也能够实现将高压部件的至少一个有源部分(aktives Teil)可靠地接地。这还能够通过将开关机构集成在高压部件中(至少在其接地部位中)以结构上简单的方式实现。尤其有利的是，高压装置能够在主功率开关单元的区域中更紧凑地构造，因为能够省去对于接地开关设备所必要的结构空间、尤其所需要的空气间隙和/或爬电距离。传统的空气间隙和爬电距离的典型的值为230mm或600m。所述结构空间节省能够有利地用于高压装置(至少在主功率开关单元的区域中)的作为包封在绝缘材料中的装置的构成方案。

尤其应当将“高压”理解为在500V至30kV的范围中的电压。由电网供给装置所提供的用于供给电驱动的车辆的高压能够具有下述典型的值。交流电压的典型的值在10kV和30kV之间的电压范围中。对于轨道车辆而言，广泛使用大小为15kV或者25kV的电压。对于直流电压而言，电网供给装置的典型的值在500V至5kV的范围中。轨道车辆的供给装置的广泛使用的电压值尤其是750V、1.5kV和3kV。

应当将“高压部件”理解为如下部件，所述部件具有至少一个设计用于引导高压的部分。

术语“主功率开关单元”关于车辆的电设施尤其表示下述电网开关单元：所述电网开关单元能够中断或者建立电设施与电网供给装置之间的电连接。所述电网开关单元适当地构成为负载开关，所述负载开关设计用于在电设施满负载的条件下将电连接断开。主功率开关单元在闭合状态下引导由电网供给装置提供的高压，并且形成车辆的高压装置的部件。在轨道车辆中，主功率开关单元在专业术语中尤其被称为“主开关”。

高压部件和主功率开关单元适当地是车辆的高压装置的两个不同的高压部件，在所述高压部件中设有用于至少在接地部位中容纳所述接地开关设备的开关机构的容纳区域。特别地，它们彼此间隔开地设置和/或它们分别具有不同的外壳。

尤其应当将高压部件的“有源”部分理解为如下部分：所述部分有助于传输能量，优选有助于建立从电网供给装置到电消耗器、尤其到车辆的至少一个工作单元的能量流。为此，有源部分尤其设计用于引导电流，经由所述电流能够产生电消耗器的电功率。尤其应当将有源部分与高压部件的具有保护功能的其它部件区分开。高压部件的有源部分尤其与壳体单元不同，所述壳体单元由于接触保护规定必要时需接地。

尤其应当将“接地”理解为建立设计用于引导电压的有源部分与参考电势的电连接。该参考电势能够对应于大地的电势，其中其尤其称为“大地电势”，在轨道车辆中对应于铁轨电势和/或车辆的特定装置例如车厢的电势，其中其尤其称为“接地电势”。

开关机构能够接入电连接中，通过所述电连接可将有源部分和主功率开关单元彼此连接。在此，所述开关机构具有闭合部位和断开部位，在所述闭合部位中建立所述电连接，在所述断开部位中电连接是中断的并且有源部分与参考电势连接。断开部位在此对应于开关机构的接地部位。然而优选提出：开关机构在接地部位中将在有源部分和主功率开关单元之间的至少一个电连接部接地。由此，能够有利地实现高压部件的至少有源部分的和主功率开关单元的接地。

容纳区域设置用于至少在如下接地部位中容纳开关机构：所述接地部位至少将高压部件的有源部分接地。开关机构例如能够在位于容纳区域外部的输出部位中，其中所述开关机构在接地过程中从输出部位起进入到容纳区域中直至到达其接地部位。然而，在本发明的一个优选的构成方案中提出：开关机构包封在容纳区域中。在此，开关机构不仅在输出部位中而且在其接地部位中设置在容纳区域中。由此能够实现尤其紧凑的实施方案。用于容纳开关机构的容纳区域尤其能够对应于高压部件的如下区域：在所述区域中设置有有源部分。

优选的是，高压部件构成为电压转换装置，所述电压转换装置用于基于通过电网供给装置提供的高压提供与该高压不同的电压。由此，容纳区域能够设置在广泛应用的部件中，所述广泛应用的部件在电动车辆中具有主要功能并且由于其典型的尺寸而尤其适合于实现容纳区域。适当地，高压部件在此对应于主变压器，所述主变压器连接在主功率开关单元下游，并且形成用于电消耗器的能量源、尤其形成至少一个驱动单元和车载电网。

在本文中提出：高压部件设置用于进行感应的电压转换。由此能够实现尤其高的安全性。车辆的电设施中的这种高压部件具有能量源的功能，所述功能(即使在电网供给线路接地时)也会潜在地导致危险的、高的电压。当交流电压错误地施加到次级侧上时，这种危险尤其会发生。除此之外，当在电压转换装置、尤其主变压器和传统的接地开关设备之间的电连接部处执行维修工作(例如在高压连接器、高压线路、终端接头、导电轨等处工作)时，在传统的、根据现有技术与主功率开关单元耦合的接地开关设备中或者在该连接部中的受损的部件中产生危险。在此，由于经由电压转换装置的反馈可行的是，使得传统的、更确切地说，能运转的接地开关设备无法提供其功能。

在本发明的一个优选的实施方案中提出：高压部件具有至少一种冷却和/或绝缘材料，所述冷却和/或绝缘材料设置用于冷却有源部分或将冷却部分电绝缘，其中冷却和/或绝缘材料用于将开关机构电绝缘。由此，通过将材料不仅用于高压部件的有源部分而且用于接地开关设备的开关机构，(至少在其非接地部位中)节省附加的结构空间。

尤其，用于开关机构的容纳区域至少部分地用冷却和/或绝缘材料填充。在此有利的是，用于开关机构的容纳区域对应于高压部件的如下区域：在所述区域中至少设置有有源部分并且优选设置有其它部件。

在本发明的一个有利的实施方案中，冷却和/或绝缘材料构成为冷却液和/或绝缘液。如果所述冷却液和/或绝缘液构成为油，那么所述油能够附加地用作为关于开关机构的操作过程的润滑剂。由此能够实现尽可能免维修的接地开关设备。

在另一实施方案中，可以考虑将构成为固体的绝缘材料用于开关机构。绝缘材料在此能够包括容纳区域或者能够形成容纳区域，其方式是：容纳区域例如对应于在绝缘材料中空出的用于开关机构的中空区域。

附图说明

根据附图详细阐述本发明的一个实施例。附图示出：

图1示出轨道车辆与电路的示意性的侧视图，以及

图2示出轨道车辆的高压部件与接地开关设备。

具体实施方式

图1以高度示意的侧视图示出构成为轨道车辆10的车辆和其电路。轨道车辆10构成为具有多个车厢12.1至12.4的动车组。在附图中仅示出形成轨道车辆10的车厢组的半部，其中第二半部基本上与第一半部镜像对称地构成。接下来的描述因此限制于第一车辆半部的实施方案。在这两个半部中，头车厢12.1和中间车厢12.3配设有驱动马达14。所述驱动马达在牵引运行时分别与用于驱动所述驱动马达的轮轴机械耦联，其中驱动马达14的对分别设置在驱动转向架中。

驱动马达14在牵引运行时以已知的方式借助于功率供给单元18供给有电功率，其中分别在被驱动的车厢12.1和12.3中分别为两对驱动马达14或者为这些车厢的驱动转向架设置单独的单元18。功率供给单元18优选包含至少一个整流器和脉冲逆变器，所述整流器和脉冲逆变器分别由功率电子设备的部件形成。所述部件在现有技术中是已知的并且在附图和本文中未详细描述。功率供给单元18在物理上分别呈现牵引变流器容器的形式，所述牵引变流器容器在附图中借助于其输入端和输出端示出。该容器在所考虑的实施方案中设置在车顶19下方，其中所述容器能够设置在地板下区域中或者(尤其在双层车辆中)设置在车厢车身中。作为替选方案，这些容器中的至少一个容器能够设置在车顶上。

功率供给单元18经由电信号获得电能，所述电信号由电压转换装置提供。所述电压转换装置在电轨道车辆的牵引设施的传统的设计方案中对应于所谓的“主变压器”。所述主变压器设置用于将从电网供给装置20处截取的高压感应地转换为不同的、向下变压的电压，所述向下变压的电压被引导至功率供给单元18的输入端。为此，电压转换装置具有初级绕组21和次级绕组22.1、22.2、23.1、23.2，所述初级绕组引导电网供给装置20的高压，所述次级绕组引导向下变压的电压。一对次级绕组22.1、22.2配设给中间车厢12.3的功率供给单元18，而另一对次级绕组23.1、23.2配设给头车厢12.1的功率供给单元18。

电压转换装置的初级绕组21如在上文中所描述的那样引导电网电压，所述电网电压从电网供给装置20处截取。电压转换装置因此是轨道车辆10的高压装置26的高压部件24。高压部件24在所考虑的实施方案中设置在顶部19下方并且能够如在上文中针对功率供给单元18已经探讨过的那样设置在地板下区域中或者设置在车厢车身中。电网电压借助于电连接部28引导至初级绕组21。所述电连接部将初级绕组21与主功率开关单元30连接，所述主功率开关单元用于中断或者建立用电网供给装置20的高压供给轨道车辆10的电设施。在专业术语中，主功率开关单元30也称为“主开关”。所述主功率开关单元在一个已知的实施方案中能够是可相对于彼此运动的接触机构31.1、31.2，所述接触机构尤其设置在真空室中或者设置在用气体填充的室中，并且具有用于引起接触机构31.1、31.2的相对运动的驱动单元(在附图中未详细示出)。主功率开关单元30是高压装置26的与高压部件24不同的并且在构造方面与高压部件24分开的另一高压部件。借助于主功率开关单元30，能够将构成为电压转换装置的高压部件24与电网供给装置20电连接或者将所述高压部件与所述电网供给装置断开。轨道车辆10与电网供给装置20的电接触以已知的方式借助于接触单元32进行，所述接触单元在具有架空线路的电网供给装置20的所示出的实施方案中构成为支撑在车顶的集电器。接触单元32是轨道车辆10的高压装置26的另一高压部件。在另一实施方案中，电网供给装置20能够构成有设置在道床区域中的导电轨。

关于至少存在于轨道车辆10的牵引运行中的、从电网供给装置20至功率供给单元18中的至少一个功率供给单元的能量流，接触单元32、主功率开关单元30和高压部件24依次串联地设置。换言之，主功率开关单元30(关于所述能量流)连接在高压部件24和接触单元32之间。在所考虑的作为动车组的轨道车辆10的实施方案中，轨道车辆10的高压装置26具有高压导电轨34，所述高压导电轨设置用于将电网供给装置20的高压分配到多个车厢12上。所述高压导电轨尤其用于将经由接触单元32截取的高压引导至另一高压部件，所述另一高压部件对应于在另一未示出的列车半部中的高压部件24。在高压部件24和主功率开关单元30之间的电连接部28经由高压导电轨34的一部分实现。

轨道车辆10的高压装置26此外具有接地开关设备36，所述接地开关设备用于将高压装置26的至少一部分接地。所述接地开关设备具有可操作的开关机构38，通过所述开关机构，高压部件24的有源部分35可与轨道车辆10的接地电势电连接。高压部件24的有源部分35至少由初级绕组21形成。在开关机构38的接地部位中建立在电连接部28和接地电势之间的电连接，由此电连接部28是接地的，并且借助于所述电连接部，高压部件24的有源部分35和主功率开关单元30是接地的。

高压部件24和接地开关设备36在图2中详细示出。如在上文中所描述的那样，高压部件24构成为变压器。所述高压部件具有壳体单元40，所述壳体单元包括内部部件、尤其至少包括初级绕组21(从而包括有源部分35)和次级绕组以及芯42。在专业术语中，壳体单元40在高压部件24作为变压器的所考虑的实施方案中也称为“变压器箱”。在附图中，以侧视图高度示意地示出芯42和初级绕组21。此外示出电连接部28，所述电连接部将有源部分35或初级绕组21与主功率开关单元30尤其经由高压导电轨34连接。

如在上文中所描述的那样，接地开关设备36的开关机构38(在其接地部位中)用于将电连接部28与接地电势连接从而接地，并且借助于所述电连接部将高压部件24的有源部分35与接地电势连接从而接地。具有开关机构38的接地开关设备36在附图中高度示意地示出。开关机构38与电导体44连接，所述电导体是接地的。所述电导体44例如能够由壳体单元40形成。作为替选方案，导体44能够由壳体单元40单独地构成。在输出部位中，开关机构38与电连接部28断开。从在附图中示出的输出部位起，所述开关机构被驱动以相对于固定的导体44运动到接地部位中，在所述接地部位中，所述开关机构接触电连接部28并且在此建立在该连接部28和接地的导体44之间的电连接。操作能够手动地、半自动地或者全自动地进行。对此的操作机构在附图中未详细示出。

壳体单元40围绕高压部件24的内部部件，即尤其围绕初级绕组21、次级绕组22、23和芯42。高压部件24构成为液冷式变压器。高压部件24的在上文中所提到的部件设置在液态的冷却和绝缘材料45的浴槽中。尤其，所述材料45构成为介电油。

壳体单元40此外形成用于开关机构38的容纳区域46。在此，所述容纳区域46对应于用于高压部件24的在上文中所提到的部件，即尤其用于芯和绕组，在所述容纳区域中容纳有接地开关设备36的开关机构38，其中所述容纳区域包含冷却和绝缘材料45。因此，开关机构38如高压部件24的部件那样设置在冷却和绝缘材料45的浴槽中。在这种情况下，所使用的油尤其有利地用作为关于滑动运动的润滑剂，所述滑动运动在操作开关机构38时发生。

在上文中描述了一种轨道车辆，所述轨道车辆构成为动车组。在另一实施方案中，轨道车辆能够构成为动车，例如构成为车组的机车或者动车头，牵引设施组集成地在所述车组的机车或者动车头中。本发明也能够在其它车辆中应用，例如在无轨电车中应用。