本發(fā)明涉及一種用于車輛的高壓裝置，所述車輛至少在行駛運行時從提供高壓的電網(wǎng)供給裝置中獲得電能，所述高壓裝置具有至少一個高壓部件和接地開關(guān)設(shè)備，所述高壓部件借助于主功率開關(guān)單元可與電網(wǎng)供給裝置電連接，所述接地開關(guān)設(shè)備具有至少一個開關(guān)機構(gòu)。

背景技術(shù)：

車輛、尤其有軌車輛是已知的，所述車輛在行駛運行時從電網(wǎng)供給裝置中獲得電能。在這種情況下，電網(wǎng)供給裝置具有電線路，例如架空線路或者設(shè)置在地面區(qū)域中的導(dǎo)電軌，集電器在車輛運行時與所述電線路接觸。由電網(wǎng)供給裝置引導(dǎo)的電壓是通常在500V至30kV的范圍中的高壓。主功率開關(guān)單元以已知的方式連接在集電器下游，所述主功率開關(guān)單元連接在車輛的電設(shè)施上游，并且所述主功率開關(guān)單元設(shè)計用于：尤其即使處于負載下也將該電設(shè)施與電網(wǎng)供給裝置斷開。

在車輛的高壓裝置上進行工作需要嚴格的安全防范措施。尤其規(guī)定：能量源、尤其是電網(wǎng)供給線路以及車輛的即使在車輛與電網(wǎng)供給裝置斷開的狀態(tài)下也能夠潛在地產(chǎn)生高壓的部件，在這些裝置處工作必須接地。通常設(shè)有車輛的接地開關(guān)設(shè)備，所述接地開關(guān)設(shè)備與主功率開關(guān)單元耦合，并且所述接地開關(guān)設(shè)備用于將主功率開關(guān)單元的輸入端和輸出端，即該主功率開關(guān)單元至集電器的電連接部一方以及該主功率開關(guān)單元至車輛的連接在下游的電設(shè)施的電連接部另一方，與參考電勢電連接、尤其與車輛的接地電勢電連接。這種接地開關(guān)設(shè)備通常借助于空氣間隙和/或爬電距離與其周圍環(huán)境絕緣，由此要求用于這種絕緣的大的結(jié)構(gòu)空間。此外，已知的具有潤滑的開關(guān)機構(gòu)的接地開關(guān)結(jié)構(gòu)定期要求高的維修耗費。

在主功率開關(guān)單元和/或接地開關(guān)設(shè)備本身上進行工作時(尤其在上述定期的維修工作中，例如出于潤滑目的的維修工作中)，事故風(fēng)險是較高的，因為可能不再能夠提供接地開關(guān)設(shè)備的接地功能。通常，主功率開關(guān)單元或接地開關(guān)設(shè)備被斷開。即使在電網(wǎng)供給裝置的電線路接地時，例如在架空線路接地時，接地開關(guān)設(shè)備的受限的或者不存在的功能由于通過內(nèi)部的能量源錯誤地產(chǎn)生的高壓也隱含電擊的危險。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明基于下述目的：在高壓裝置上進行工作時以在結(jié)構(gòu)上簡單的方式提高人員安全性。

對此提出：高壓裝置的至少一個高壓部件具有至少一個容納區(qū)域，在所述容納區(qū)域中(至少在將高壓部件的至少一個有源部分接地的接地部位中)容納有接地開關(guān)設(shè)備的開關(guān)機構(gòu)。由此，在高壓裝置上進行工作時能夠?qū)崿F(xiàn)提高的安全性，尤其當(dāng)這些工作在主功率開關(guān)單元上執(zhí)行時能夠?qū)崿F(xiàn)提高的安全性。在進行這些工作時也能夠?qū)崿F(xiàn)將高壓部件的至少一個有源部分(aktives Teil)可靠地接地。這還能夠通過將開關(guān)機構(gòu)集成在高壓部件中(至少在其接地部位中)以結(jié)構(gòu)上簡單的方式實現(xiàn)。尤其有利的是，高壓裝置能夠在主功率開關(guān)單元的區(qū)域中更緊湊地構(gòu)造，因為能夠省去對于接地開關(guān)設(shè)備所必要的結(jié)構(gòu)空間、尤其所需要的空氣間隙和/或爬電距離。傳統(tǒng)的空氣間隙和爬電距離的典型的值為230mm或600m。所述結(jié)構(gòu)空間節(jié)省能夠有利地用于高壓裝置(至少在主功率開關(guān)單元的區(qū)域中)的作為包封在絕緣材料中的裝置的構(gòu)成方案。

尤其應(yīng)當(dāng)將“高壓”理解為在500V至30kV的范圍中的電壓。由電網(wǎng)供給裝置所提供的用于供給電驅(qū)動的車輛的高壓能夠具有下述典型的值。交流電壓的典型的值在10kV和30kV之間的電壓范圍中。對于軌道車輛而言，廣泛使用大小為15kV或者25kV的電壓。對于直流電壓而言，電網(wǎng)供給裝置的典型的值在500V至5kV的范圍中。軌道車輛的供給裝置的廣泛使用的電壓值尤其是750V、1.5kV和3kV。

應(yīng)當(dāng)將“高壓部件”理解為如下部件，所述部件具有至少一個設(shè)計用于引導(dǎo)高壓的部分。

術(shù)語“主功率開關(guān)單元”關(guān)于車輛的電設(shè)施尤其表示下述電網(wǎng)開關(guān)單元：所述電網(wǎng)開關(guān)單元能夠中斷或者建立電設(shè)施與電網(wǎng)供給裝置之間的電連接。所述電網(wǎng)開關(guān)單元適當(dāng)?shù)貥?gòu)成為負載開關(guān)，所述負載開關(guān)設(shè)計用于在電設(shè)施滿負載的條件下將電連接斷開。主功率開關(guān)單元在閉合狀態(tài)下引導(dǎo)由電網(wǎng)供給裝置提供的高壓，并且形成車輛的高壓裝置的部件。在軌道車輛中，主功率開關(guān)單元在專業(yè)術(shù)語中尤其被稱為“主開關(guān)”。

高壓部件和主功率開關(guān)單元適當(dāng)?shù)厥擒囕v的高壓裝置的兩個不同的高壓部件，在所述高壓部件中設(shè)有用于至少在接地部位中容納所述接地開關(guān)設(shè)備的開關(guān)機構(gòu)的容納區(qū)域。特別地，它們彼此間隔開地設(shè)置和/或它們分別具有不同的外殼。

尤其應(yīng)當(dāng)將高壓部件的“有源”部分理解為如下部分：所述部分有助于傳輸能量，優(yōu)選有助于建立從電網(wǎng)供給裝置到電消耗器、尤其到車輛的至少一個工作單元的能量流。為此，有源部分尤其設(shè)計用于引導(dǎo)電流，經(jīng)由所述電流能夠產(chǎn)生電消耗器的電功率。尤其應(yīng)當(dāng)將有源部分與高壓部件的具有保護功能的其它部件區(qū)分開。高壓部件的有源部分尤其與殼體單元不同，所述殼體單元由于接觸保護規(guī)定必要時需接地。

尤其應(yīng)當(dāng)將“接地”理解為建立設(shè)計用于引導(dǎo)電壓的有源部分與參考電勢的電連接。該參考電勢能夠?qū)?yīng)于大地的電勢，其中其尤其稱為“大地電勢”，在軌道車輛中對應(yīng)于鐵軌電勢和/或車輛的特定裝置例如車廂的電勢，其中其尤其稱為“接地電勢”。

開關(guān)機構(gòu)能夠接入電連接中，通過所述電連接可將有源部分和主功率開關(guān)單元彼此連接。在此，所述開關(guān)機構(gòu)具有閉合部位和斷開部位，在所述閉合部位中建立所述電連接，在所述斷開部位中電連接是中斷的并且有源部分與參考電勢連接。斷開部位在此對應(yīng)于開關(guān)機構(gòu)的接地部位。然而優(yōu)選提出：開關(guān)機構(gòu)在接地部位中將在有源部分和主功率開關(guān)單元之間的至少一個電連接部接地。由此，能夠有利地實現(xiàn)高壓部件的至少有源部分的和主功率開關(guān)單元的接地。

容納區(qū)域設(shè)置用于至少在如下接地部位中容納開關(guān)機構(gòu)：所述接地部位至少將高壓部件的有源部分接地。開關(guān)機構(gòu)例如能夠在位于容納區(qū)域外部的輸出部位中，其中所述開關(guān)機構(gòu)在接地過程中從輸出部位起進入到容納區(qū)域中直至到達其接地部位。然而，在本發(fā)明的一個優(yōu)選的構(gòu)成方案中提出：開關(guān)機構(gòu)包封在容納區(qū)域中。在此，開關(guān)機構(gòu)不僅在輸出部位中而且在其接地部位中設(shè)置在容納區(qū)域中。由此能夠?qū)崿F(xiàn)尤其緊湊的實施方案。用于容納開關(guān)機構(gòu)的容納區(qū)域尤其能夠?qū)?yīng)于高壓部件的如下區(qū)域：在所述區(qū)域中設(shè)置有有源部分。

優(yōu)選的是，高壓部件構(gòu)成為電壓轉(zhuǎn)換裝置，所述電壓轉(zhuǎn)換裝置用于基于通過電網(wǎng)供給裝置提供的高壓提供與該高壓不同的電壓。由此，容納區(qū)域能夠設(shè)置在廣泛應(yīng)用的部件中，所述廣泛應(yīng)用的部件在電動車輛中具有主要功能并且由于其典型的尺寸而尤其適合于實現(xiàn)容納區(qū)域。適當(dāng)?shù)兀邏翰考诖藢?yīng)于主變壓器，所述主變壓器連接在主功率開關(guān)單元下游，并且形成用于電消耗器的能量源、尤其形成至少一個驅(qū)動單元和車載電網(wǎng)。

在本文中提出：高壓部件設(shè)置用于進行感應(yīng)的電壓轉(zhuǎn)換。由此能夠?qū)崿F(xiàn)尤其高的安全性。車輛的電設(shè)施中的這種高壓部件具有能量源的功能，所述功能(即使在電網(wǎng)供給線路接地時)也會潛在地導(dǎo)致危險的、高的電壓。當(dāng)交流電壓錯誤地施加到次級側(cè)上時，這種危險尤其會發(fā)生。除此之外，當(dāng)在電壓轉(zhuǎn)換裝置、尤其主變壓器和傳統(tǒng)的接地開關(guān)設(shè)備之間的電連接部處執(zhí)行維修工作(例如在高壓連接器、高壓線路、終端接頭、導(dǎo)電軌等處工作)時，在傳統(tǒng)的、根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)與主功率開關(guān)單元耦合的接地開關(guān)設(shè)備中或者在該連接部中的受損的部件中產(chǎn)生危險。在此，由于經(jīng)由電壓轉(zhuǎn)換裝置的反饋可行的是，使得傳統(tǒng)的、更確切地說，能運轉(zhuǎn)的接地開關(guān)設(shè)備無法提供其功能。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方案中提出：高壓部件具有至少一種冷卻和/或絕緣材料，所述冷卻和/或絕緣材料設(shè)置用于冷卻有源部分或?qū)⒗鋮s部分電絕緣，其中冷卻和/或絕緣材料用于將開關(guān)機構(gòu)電絕緣。由此，通過將材料不僅用于高壓部件的有源部分而且用于接地開關(guān)設(shè)備的開關(guān)機構(gòu)，(至少在其非接地部位中)節(jié)省附加的結(jié)構(gòu)空間。

尤其，用于開關(guān)機構(gòu)的容納區(qū)域至少部分地用冷卻和/或絕緣材料填充。在此有利的是，用于開關(guān)機構(gòu)的容納區(qū)域?qū)?yīng)于高壓部件的如下區(qū)域：在所述區(qū)域中至少設(shè)置有有源部分并且優(yōu)選設(shè)置有其它部件。

在本發(fā)明的一個有利的實施方案中，冷卻和/或絕緣材料構(gòu)成為冷卻液和/或絕緣液。如果所述冷卻液和/或絕緣液構(gòu)成為油，那么所述油能夠附加地用作為關(guān)于開關(guān)機構(gòu)的操作過程的潤滑劑。由此能夠?qū)崿F(xiàn)盡可能免維修的接地開關(guān)設(shè)備。

在另一實施方案中，可以考慮將構(gòu)成為固體的絕緣材料用于開關(guān)機構(gòu)。絕緣材料在此能夠包括容納區(qū)域或者能夠形成容納區(qū)域，其方式是：容納區(qū)域例如對應(yīng)于在絕緣材料中空出的用于開關(guān)機構(gòu)的中空區(qū)域。

附圖說明

根據(jù)附圖詳細闡述本發(fā)明的一個實施例。附圖示出：

圖1示出軌道車輛與電路的示意性的側(cè)視圖，以及

圖2示出軌道車輛的高壓部件與接地開關(guān)設(shè)備。

具體實施方式

圖1以高度示意的側(cè)視圖示出構(gòu)成為軌道車輛10的車輛和其電路。軌道車輛10構(gòu)成為具有多個車廂12.1至12.4的動車組。在附圖中僅示出形成軌道車輛10的車廂組的半部，其中第二半部基本上與第一半部鏡像對稱地構(gòu)成。接下來的描述因此限制于第一車輛半部的實施方案。在這兩個半部中，頭車廂12.1和中間車廂12.3配設(shè)有驅(qū)動馬達14。所述驅(qū)動馬達在牽引運行時分別與用于驅(qū)動所述驅(qū)動馬達的輪軸機械耦聯(lián)，其中驅(qū)動馬達14的對分別設(shè)置在驅(qū)動轉(zhuǎn)向架中。

驅(qū)動馬達14在牽引運行時以已知的方式借助于功率供給單元18供給有電功率，其中分別在被驅(qū)動的車廂12.1和12.3中分別為兩對驅(qū)動馬達14或者為這些車廂的驅(qū)動轉(zhuǎn)向架設(shè)置單獨的單元18。功率供給單元18優(yōu)選包含至少一個整流器和脈沖逆變器，所述整流器和脈沖逆變器分別由功率電子設(shè)備的部件形成。所述部件在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的并且在附圖和本文中未詳細描述。功率供給單元18在物理上分別呈現(xiàn)牽引變流器容器的形式，所述牽引變流器容器在附圖中借助于其輸入端和輸出端示出。該容器在所考慮的實施方案中設(shè)置在車頂19下方，其中所述容器能夠設(shè)置在地板下區(qū)域中或者(尤其在雙層車輛中)設(shè)置在車廂車身中。作為替選方案，這些容器中的至少一個容器能夠設(shè)置在車頂上。

功率供給單元18經(jīng)由電信號獲得電能，所述電信號由電壓轉(zhuǎn)換裝置提供。所述電壓轉(zhuǎn)換裝置在電軌道車輛的牽引設(shè)施的傳統(tǒng)的設(shè)計方案中對應(yīng)于所謂的“主變壓器”。所述主變壓器設(shè)置用于將從電網(wǎng)供給裝置20處截取的高壓感應(yīng)地轉(zhuǎn)換為不同的、向下變壓的電壓，所述向下變壓的電壓被引導(dǎo)至功率供給單元18的輸入端。為此，電壓轉(zhuǎn)換裝置具有初級繞組21和次級繞組22.1、22.2、23.1、23.2，所述初級繞組引導(dǎo)電網(wǎng)供給裝置20的高壓，所述次級繞組引導(dǎo)向下變壓的電壓。一對次級繞組22.1、22.2配設(shè)給中間車廂12.3的功率供給單元18，而另一對次級繞組23.1、23.2配設(shè)給頭車廂12.1的功率供給單元18。

電壓轉(zhuǎn)換裝置的初級繞組21如在上文中所描述的那樣引導(dǎo)電網(wǎng)電壓，所述電網(wǎng)電壓從電網(wǎng)供給裝置20處截取。電壓轉(zhuǎn)換裝置因此是軌道車輛10的高壓裝置26的高壓部件24。高壓部件24在所考慮的實施方案中設(shè)置在頂部19下方并且能夠如在上文中針對功率供給單元18已經(jīng)探討過的那樣設(shè)置在地板下區(qū)域中或者設(shè)置在車廂車身中。電網(wǎng)電壓借助于電連接部28引導(dǎo)至初級繞組21。所述電連接部將初級繞組21與主功率開關(guān)單元30連接，所述主功率開關(guān)單元用于中斷或者建立用電網(wǎng)供給裝置20的高壓供給軌道車輛10的電設(shè)施。在專業(yè)術(shù)語中，主功率開關(guān)單元30也稱為“主開關(guān)”。所述主功率開關(guān)單元在一個已知的實施方案中能夠是可相對于彼此運動的接觸機構(gòu)31.1、31.2，所述接觸機構(gòu)尤其設(shè)置在真空室中或者設(shè)置在用氣體填充的室中，并且具有用于引起接觸機構(gòu)31.1、31.2的相對運動的驅(qū)動單元(在附圖中未詳細示出)。主功率開關(guān)單元30是高壓裝置26的與高壓部件24不同的并且在構(gòu)造方面與高壓部件24分開的另一高壓部件。借助于主功率開關(guān)單元30，能夠?qū)?gòu)成為電壓轉(zhuǎn)換裝置的高壓部件24與電網(wǎng)供給裝置20電連接或者將所述高壓部件與所述電網(wǎng)供給裝置斷開。軌道車輛10與電網(wǎng)供給裝置20的電接觸以已知的方式借助于接觸單元32進行，所述接觸單元在具有架空線路的電網(wǎng)供給裝置20的所示出的實施方案中構(gòu)成為支撐在車頂?shù)募娖?。接觸單元32是軌道車輛10的高壓裝置26的另一高壓部件。在另一實施方案中，電網(wǎng)供給裝置20能夠構(gòu)成有設(shè)置在道床區(qū)域中的導(dǎo)電軌。

關(guān)于至少存在于軌道車輛10的牽引運行中的、從電網(wǎng)供給裝置20至功率供給單元18中的至少一個功率供給單元的能量流，接觸單元32、主功率開關(guān)單元30和高壓部件24依次串聯(lián)地設(shè)置。換言之，主功率開關(guān)單元30(關(guān)于所述能量流)連接在高壓部件24和接觸單元32之間。在所考慮的作為動車組的軌道車輛10的實施方案中，軌道車輛10的高壓裝置26具有高壓導(dǎo)電軌34，所述高壓導(dǎo)電軌設(shè)置用于將電網(wǎng)供給裝置20的高壓分配到多個車廂12上。所述高壓導(dǎo)電軌尤其用于將經(jīng)由接觸單元32截取的高壓引導(dǎo)至另一高壓部件，所述另一高壓部件對應(yīng)于在另一未示出的列車半部中的高壓部件24。在高壓部件24和主功率開關(guān)單元30之間的電連接部28經(jīng)由高壓導(dǎo)電軌34的一部分實現(xiàn)。

軌道車輛10的高壓裝置26此外具有接地開關(guān)設(shè)備36，所述接地開關(guān)設(shè)備用于將高壓裝置26的至少一部分接地。所述接地開關(guān)設(shè)備具有可操作的開關(guān)機構(gòu)38，通過所述開關(guān)機構(gòu)，高壓部件24的有源部分35可與軌道車輛10的接地電勢電連接。高壓部件24的有源部分35至少由初級繞組21形成。在開關(guān)機構(gòu)38的接地部位中建立在電連接部28和接地電勢之間的電連接，由此電連接部28是接地的，并且借助于所述電連接部，高壓部件24的有源部分35和主功率開關(guān)單元30是接地的。

高壓部件24和接地開關(guān)設(shè)備36在圖2中詳細示出。如在上文中所描述的那樣，高壓部件24構(gòu)成為變壓器。所述高壓部件具有殼體單元40，所述殼體單元包括內(nèi)部部件、尤其至少包括初級繞組21(從而包括有源部分35)和次級繞組以及芯42。在專業(yè)術(shù)語中，殼體單元40在高壓部件24作為變壓器的所考慮的實施方案中也稱為“變壓器箱”。在附圖中，以側(cè)視圖高度示意地示出芯42和初級繞組21。此外示出電連接部28，所述電連接部將有源部分35或初級繞組21與主功率開關(guān)單元30尤其經(jīng)由高壓導(dǎo)電軌34連接。

如在上文中所描述的那樣，接地開關(guān)設(shè)備36的開關(guān)機構(gòu)38(在其接地部位中)用于將電連接部28與接地電勢連接從而接地，并且借助于所述電連接部將高壓部件24的有源部分35與接地電勢連接從而接地。具有開關(guān)機構(gòu)38的接地開關(guān)設(shè)備36在附圖中高度示意地示出。開關(guān)機構(gòu)38與電導(dǎo)體44連接，所述電導(dǎo)體是接地的。所述電導(dǎo)體44例如能夠由殼體單元40形成。作為替選方案，導(dǎo)體44能夠由殼體單元40單獨地構(gòu)成。在輸出部位中，開關(guān)機構(gòu)38與電連接部28斷開。從在附圖中示出的輸出部位起，所述開關(guān)機構(gòu)被驅(qū)動以相對于固定的導(dǎo)體44運動到接地部位中，在所述接地部位中，所述開關(guān)機構(gòu)接觸電連接部28并且在此建立在該連接部28和接地的導(dǎo)體44之間的電連接。操作能夠手動地、半自動地或者全自動地進行。對此的操作機構(gòu)在附圖中未詳細示出。

殼體單元40圍繞高壓部件24的內(nèi)部部件，即尤其圍繞初級繞組21、次級繞組22、23和芯42。高壓部件24構(gòu)成為液冷式變壓器。高壓部件24的在上文中所提到的部件設(shè)置在液態(tài)的冷卻和絕緣材料45的浴槽中。尤其，所述材料45構(gòu)成為介電油。

殼體單元40此外形成用于開關(guān)機構(gòu)38的容納區(qū)域46。在此，所述容納區(qū)域46對應(yīng)于用于高壓部件24的在上文中所提到的部件，即尤其用于芯和繞組，在所述容納區(qū)域中容納有接地開關(guān)設(shè)備36的開關(guān)機構(gòu)38，其中所述容納區(qū)域包含冷卻和絕緣材料45。因此，開關(guān)機構(gòu)38如高壓部件24的部件那樣設(shè)置在冷卻和絕緣材料45的浴槽中。在這種情況下，所使用的油尤其有利地用作為關(guān)于滑動運動的潤滑劑，所述滑動運動在操作開關(guān)機構(gòu)38時發(fā)生。

在上文中描述了一種軌道車輛，所述軌道車輛構(gòu)成為動車組。在另一實施方案中，軌道車輛能夠構(gòu)成為動車，例如構(gòu)成為車組的機車或者動車頭，牽引設(shè)施組集成地在所述車組的機車或者動車頭中。本發(fā)明也能夠在其它車輛中應(yīng)用，例如在無軌電車中應(yīng)用。