SCH I EN EN FAH RZEUG M IT EI N EM AUTOMATISCH EN ERDU NGSSCHALTE R U N D VERFAH REN ZU M ERDE N VON ELEKTRI SCH E N LEITERN I N EI N EM BEREI CH EI N ES SCH I EN EN FAH RZEUGS

Technisches Gebiet

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeuges. Insbesondere betrifft die Erfindung die automatische Erdung eines Schienenfahrzeuges in einem abgeschalteten Zustand.

Vorbekannter Stand der Technik

[0002] Gegenwärtige Schienenfahrzeuge verfügen über mehrere Spannungsbereiche, die über große Teile des Zuges verteilt sein können. Zum Betreten und Arbeiten in diesen Spannungsbereichen, beispielsweise bei geplanten Wartungsarbeiten, müssen die Spannungsbereiche durch definierte Schalthandlungen gesichert werden, um eine Gefährdung von Personen auszuschließen.

[0003] Geplante Arbeiten an der Hochspannungsanlage eines Schienenfahrzeuges erfordern Schalthandlungen zur Wartung. Nachdem die betroffenen Anlagenteile der Hochspannungsanlage festgelegt sind, müssen die folgenden fünf wesentlichen Anforderungen in der angegebenen Reihenfolge eingehalten werden, wie beispielsweise in der Norm [EN 50110-1] (2013) beschrieben:

-Freischalten;

-gegen Wiedereinschalten sichern;

-Spannungsfreiheit feststellen;

-Erden und Kurzschließen;

-benachbarte, unter Spannung stehende Teile abdecken oder abschranken.

[0004] Zum Durchführen der einzelnen Schritte ist es oft nötig, dass das Wartungspersonal manuell an mehreren Stellen des Schienenfahrzeuges Schalthandlungen vollzieht. Dies kann dazu führen, dass beispielsweise das Betreten des Daches als Bereich mit elektrischen Leitern der Hochspannungsebene zwischen 20 und 30 min dauern kann, da das Personal mehrere Orte im Schienenfahrzeug in definierter Reihenfolge ablaufen muss, um dort Schalthandlungen durchzuführen. Nachteile des Standes der Technik

[0005] Die bisher bekannten Lösungen zum Betreten einer gesicherten Spannungsebene nehmen viel Zeit in Anspruch und können bei menschlichen Fehlern zu schweren Verletzungen von Personen bis hin zum Tod führen.

Problemstellung

[0006] Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Zeit zum Betreten eines Spannungsbereiches in einem Schienenfahrzeug zu verringern, menschliches Versagen auszuschließen und zugleich die Sicherheit von Personen zu gewährleisten. Zusätzlich trägt die vorliegende Erfindung dazu bei die Fehleranfälligkeit zu verringern und damit gleichzeitig die Sicherheit zu erhöhen beziehungsweise zu gewährleisten.

Erfindungsgemäße Lösung

[0007] Die obige Aufgabe wird durch ein Verfahren und ein Schienenfahrzeug wie in den anhängigen unabhängigen Ansprüchen gelöst.

[0008] Es wird ein Verfahren zum Erden eines elektrischen Leiters in einem Bereich eines Schienenfahrzeugs vorgeschlagen, wobei das Schienenfahrzeug einen Stromabnehmer zum Kontaktieren einer Hochspannungsquelle und einen mit dem Stromabnehmer elektrisch verbundenen elektrischen Leiter in einem Bereich des Schienenfahrzeuges aufweist. Das Verfahren weist auf: - Freischalten des elektrischen Leiters; und - automatisches Erden des elektrischen Leiters im Bereich mittels eines Erdungsschalters nach dem Freischalten des elektrischen Leiters, wobei das Erden nach dem Freischalten ohne manuelles Betätigen des Erdungsschalters erfolgt, d.h. insbesondere ohne manuelles Eingreifen bei der automatischen Betätigung des Erdungsschalters erfolgt.

[0009] Als "Freischalten" bezeichnet man das allpolige und allseitige Trennen einer elektrischen Anlage von spannungsführenden Teilen. Das Erden nach dem Freischalten erfolgt ohne manuelles Betätigen des Erdungsschalters automatisch. Insbesondere muss manuell kein Taster oder ähnliches betätigt werden. Das Erden erfolgt automatisch durch das Schienenfahrzeug und nicht durch eine separate Eingabe einer Person. Nachdem beispielsweise ein Steuerbefehl zum Trennen des oder der elektrischen Leiter in Bereichs abgegeben wurde, wird zunächst der oder die elektrischen Leiter im Bereich freigeschaltet, d.h. komplett von der Hochspannungszuführung getrennt. Danach erfolgt ein automatisches Erden der oder deselektrischen Leiters im Bereich, ohne dass es eines weiteren manuell eingegebenen Steuerbefehls oder Steuersignals bedarf. Das Verfahren umfasst daher immer mindestens zwei aufeinanderfolgende Schritte.

[0010] Der Bereich des Schienenfahrzeuges kann das gesamte Schienenfahrzeug betreffen, oder nur Teile davon, wenn lediglich lokal eine Wartung zu erfolgen hat.

[0011] Es wird ein Schienenfahrzeug vorgeschlagen. Das Schienenfahrzeug weist auf: einen Stromabnehmer zum Kontaktieren einer Hochspannungsquelle; einen Bereich mit mindestens einem elektrischen Leiter, der elektrisch mit dem Stromabnehmer verbunden ist, einen elektrisch angetriebenen Erdungsschalter, der eingerichtet ist nach einem Freischalten des elektrischen Leiters, den elektrischen Leiter im Bereich ohne manuelles Betätigen des Erdungsschalters zu erden.

[0012] Eine Hochspannungsquelle ist im Sinne der Schienenfahrzeugtechnik zu verstehen. Eine Hochspannungsquelle im Sinne der vorliegenden Anmeldung kann eine ausreichende Spannung bzw. Leistung bereitstellen, um die Traktionsmotoren eines Schienenfahrzeuges anzutreiben. Beispielsweise ist aber nicht darauf beschränkt kann eine Hochspannungsquelle eine Oberleitung sein.

[0013] Schienenfahrzeuge können mehrere Bereiche mit elektrischen Leitern aufweisen. Die elektrischen Leiter verbinden elektrische Vorrichtungen wie beispielsweise Transformatoren, Spannungsabnehmer, Gleichrichter. Motoren, usw. Die elektrischen Leiter können unterschiedlichen Spannungsebenen zugeordnet sein. Dabei sind nicht die normalen Fahrgastbereiche gemeint, da diese ohnehin vor Kontakt mit elektrischen Leitern durch technische Maßnahmen abgeschirmt sind. Die Bereiche mit elektrischen Leitern sind insbesondere für Wartungsarbeiten am Schienenfahrzeug von technischem Personal betretbar.

[0014] Die meisten Schienenfahrzeuge verfügen beispielsweise über Spannungsebenen, die über den gesamten Zug oder nur über einen Teil des Zuges verteilt sind. Diese sind nach den Normen EN 50110-1 (2014) und EN 50153 in die Spannungsebenen I bis IV aufgeteilt:

[0015] Spannungsebene IV: Hochspannung (HV) (> AC 1000 V, > DC 1500 V) z.B. AC 25/15 kV, DC 3000 V, die z.B. durch einen Pantographen von der Fahrleitung abgenommen wird. Dies ist die Hauptenergieversorgung für den Zug in Bezug auf den Antrieb und die Bereitstellung der Bordnetzenergie. Im Bereich der Antriebstechnik wird teilweise mit Zwischenkreisspannungen gearbeitet, die ebenfalls in den Bereich IV fallen.

[0016] Spannungsebene III: Oft auch als Niederspannung (LV) bezeichnet (max. AC 1000 V, DC 1500 V) z.B. Oberleitungsspannung DC 1500 V, Dritte Schiene DC 750 V, Zugsammelschiene AC 1000 V, AC 400 V, DC 680 V - Netz für Hilfs- und Nebenverbraucher wie Heizungen, Klimaanlagen, Ventilatoren, Kompressoren usw. Diese Spannung wird normalerweise über den Haupttransformator und die Konverter geliefert. Bei Wartungsarbeiten, wenn das Schienenfahrzeug nicht mit der Fahrleitung verbunden ist, kann eine Werkstatteinspeisung diese Bereiche teilweise mit Strom versorgen. Diese erbringt auch die Stromversorgung für Reinigungstechnik (z.B. Staubsauger), die während der Zuginstandhaltung verwendet werden. Spannungen des Bereiches III können auch in Zwischenkreisen, Filter - Kondensatoren, Traktionskonvertern usw. vorhanden sein.

[0017] Spannungsebenen I und II: Oft auch als Kleinspannung (ELV) bezeichnet (max. AC 50 V, DC 120 V): z.B. DC 110 V, 72 V, 48 V, 24 V Batterieversorgung. Dies ist die einzige Stromversorgung, die verfügbar ist, wenn keine Oberleitungsspannung anliegt oder wenn der Zug abgestellt wird. Sie versorgt z.B. die Steuerausrüstung und Beleuchtung. Während des Betriebs mit Oberleitung werden Batterielasten sowie die Batterie dagegen aus einem an den Hilfsumrichter angeschlossenes Batterieladegerät gespeist.

[0018] Ein Bereich in einem Schienenfahrzeug kann elektrische Leiter umfassen, die einer Spannung insbesondere einer Spannungsebene IV oder III wie oben beschrieben zugeordnet sind. Ein Kontakt mit diesen elektrischen Leitern kann bei einer Person schwere Verletzungen hervorrufen und erfordert daher ein hohes Maß an Sicherheit und Zuverlässigkeit. Ein Bereich kann in einem Schienenfahrzeug räumlich begrenzt sein, beispielsweise durch Türen. Bereiche mit elektrischen Leitern können auch offen sein und nur durch die Nähe zu Hochspannung führenden elektrischen Leitern definiert sein. So kann beispielsweise das Dach einen Schienenfahrzeuges ein Bereich des Schienenfahrzeuges sein oder die Nähe zum Haupttransformator kann als ein Bereich mit elektrischen Leitern definiert sein.

[0019] Gemäß einer Ausführungsform liegt in einem Betriebszustand des Schienenfahrzeuges an dem oder den elektrischen Leitern mindestens eine Spannung von über 50 V (AC) oder 120 V (DC) gegen Erde an. Insbesondere handelt es sich um Leiter der Spannungsebene III oder IV.

[0020] Die Hochspannung kann über einen oder mehrere Stromabnehmer aus der Oberleitung in die Hochspannungsausrüstung eingespeist und von dort mittels elektrischer Leiter im Fahrzeug verteilt werden. Elektrische Leiter können beispielsweise Kabel, Sammelschienen (Busbars) oder auch zugängliche Teile von elektrischen Vorrichtungen wie Kondensatoren oder Transformatorspulen sein.

[0021] Zum Abschalten werden der oder die Hauptschalter geöffnet und, zeitlich verzögert, der oder die Stromabnehmer gesenkt. Sobald alle Stromabnehmer eines Fahrzeuges gesenkt sind, ist die Bereich IV-Einspeisung aufgehoben und eine Freischaltung von der Oberleitung erfolgt. Grundsätzlich ist eine Einspeisung von der Sekundärseite des Haupttransformators weiterhin möglich, jedoch betrieblich nicht vorgesehen.

[0022] Ein Bereich gilt als freigeschaltet, wenn die darin befindlichen elektrischen Leiter freigeschaltet sein. Eine Freischaltung geschieht typischerweise betrieblich stets, sobald die Betriebszuständen „Fährbetrieb" oder „Parkbetrieb" (aufgerüstet abgestellt) verlassen werden. Die Erfindung schlägt vor, dass freigeschaltete Bereiche zusätzlich betrieblich stets auch geerdet werden. Dies ist zeitlich zum Freischalten gestaffelt, wodurch der Ablauf innerhalb der fünf Regeln der elektrischen Sicherheit gewährleistet ist, d.h. eine Erdung von unter Spannung stehenden Komponenten zuverlässig verhindert wird, bevor eine Freischaltung erfolgte.

[0023] In den Betriebszuständen „Fährbetrieb" und „Parkbetrieb" können bei Bedarf Bereiche geerdet werden, wenn diese zuvor freigeschaltet, d.h. betrieblich ausgruppiert wurden, z.B. der Zwischenkreis eines ausgruppierten Traktionsstromrichters. Durch die Integration der automatischen Erdung in den betrieblichen Ablauf des Freischaltens entfällt der hohe Arbeitsaufwand der manuellen Erdung. Die dazu bisher notwendigen Einrichtungen (z.B. Dachdurchbrüche) können entfallen. Weiterhin wird zusätzliche elektrische Sicherheit durch die betriebliche Fahrzeugerdung generiert.

Kurzbeschreibung der Figuren

[0024] Die beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung der Prinzipien der Erfindung. Die Elemente der Zeichnungen sind relativ zueinander und nicht notwendigerweise maßstabsgetreu.

[0025] Gleiche Bezugszeichen sowie Bezugszeichen, die sich nur in der ersten Ziffer voneinander unterscheiden, bezeichnen entsprechend ähnliche Teile.

[0026] Figur 1 zeigt ein Schienenfahrzeug nach einer Ausführungsform. [0027] Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung von Bereichen mit elektrischen Leitern in einem Schienenfahrzeug.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen

[0028] Wenngleich hierin spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden sind, liegt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, die gezeigten Ausführungsformen geeignet zu modifizieren, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die nachfolgenden Ansprüche stellen einen ersten, nicht bindenden Versuch dar, die Erfindung allgemein zu definieren.

[0029] Es wird ein Verfahren zum Erden eines elektrischen Leiters in einem Bereich eines Schienenfahrzeugs 100 vorgeschlagen. Das Schienenfahrzeug 100 weist einen Stromabnehmer 1 zum Kontaktieren einer Hochspannungsquelle 101 und einen mit dem Stromabnehmer 1 elektrisch verbundenen elektrischen Leiter in einem Bereich 2, 12 des Schienenfahrzeuges auf. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: - Freischalten des elektrischen Leiters im Bereichs 2, 12; und - automatisches Erden des elektrischen Leiters im Bereich 2, 12 mittels eines Erdungsschalters nach dem Freischalten des elektrischen Leiters, wobei das Erden nach dem Freischalten ohne manuelles Betätigen des Erdungsschalters erfolgt. Ohne manuelles Betätigen bedeutet dabei insbesondere weder das manuelle Aktivieren des Schritts zum Erden durch manuelles Betätigen eines Tasters vor Ort noch das Betätigen eines Erdungsschalters durch einen elektrischen Befehl ausgelöst durch das manuelle Aktivieren auf einem Bedienterminal. Ohne manuelles Betätigen bedeutet im Sinne dieser Erfindung daher, dass keine zusätzliche Eingabe irgendeiner Art von einer Person nötig ist.

[0030] Figur 1 zeigt ein Schienenfahrzeug 100 mit einem Stromabnehmer 1, der die Spannung an einer Hochspannungsquelle 101 abgreift. In dieser Ausführungsform ist die Hochspannungsquelle 101 eine Oberleitung und der Stromabnehmer 1 ein Pantograph. In anderen Ausführungsformen kann der Stromabnehmer 1 auch gängige Alternativen umfassen, beispielsweise Seitenstromabnehmer, welche die Energie von einer seitlich angeordneten Stromschiene abnehmen. Das Freischalten des Bereichs 2, 12 und damit das Freischalten von elektrischen Leitern, die beispielsweise den Stromabnehmer 1 mit dem Hauptschalter 4 verbinden, kann beispielsweise das Absenken des Stromabnehmers 1 weg von der Oberleitung 101 umfassen. [0031] Elektrische Leiter in Fig. 2 sind von Bereichen 2, 12 umgeben, in denen Personen potentiell in Kontakt mit elektrischen Leitern kommen können, die sich auf einem Hochspannungspotential, beispielsweise AC 400 V oder DC 680 V oder mehr, befinden. Dazu gehören insbesondere Bereiche in der Nähe der Hochspannungsquelle 101, z. B. das Dach des Schienenfahrzeuges oder der Pantograph, oder Bereiche in der Nähe des Haupttransformators 5.

[0032] Die Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung zweier Bereiche 2, 12. Der erste Bereich 2 umfasst insbesondere die Nähe zur Hochspannungsquelle 101, den Hauptschalter 4 und den Haupttransformator 5. Schematisch schließt der erste Bereich 2 den zweiten Bereich 12 mit ein. Der zweite Bereich 12 umfasst in der Fig. 2 die Nähe zum den Zwischenkreis nach dem Haupttransformator 5. Dazu gehören insbesondere der Netzstromrichter 7, der Zwischenkreiskondensator 10, die Entladevorrichtung 8, der Antriebsstromrichter 9 sowie die Antriebsmotoren 9A, 9B und alle elektrischen Leiter, die diese Vorrichtungen miteinander verbinden. In anderen Ausführungsformen kann der Bereich um einzelne dieser Vorrichtungen sowie beliebige Kombinationen als Bereich definiert sein.

[0033] Die Fig. 2 zeigt des Weiteren die Fahrzeugräder 11 sowie die Schienen 102. Zwei Erdungspunkte 6 sind schematisch dargestellt. Die Fahrzeugräder können in manchen Ausführungsformen zusammen mit der Schiene als Erdung dienen.

[0034] Durch den Erdungsschalter 3 werden elektrische Leiter Bereich nach dem Freischalten geerdet. Dazu werden die elektrische Leiter mit einem Erdungspunkt 6 elektrisch, also galvanisch, verbunden. Restladung kann durch die Erdung abfließen und ein Aufbau einer gefährlichen Spannung durch ungewolltes erneutes Verbinden mit einer Spannungsquelle wird verhindert. Der geerdete Bereich 2, 12 ist dadurch gesichert und kann von einer Person betreten werden. Bei bisherigen Lösungen waren Erdungsvorrichtungen oft nur manuell betätigbar. Eine Person musste dazu oft lange Strecken durch das Schienenfahrzeug zurücklegen. Teilweise musste auch das Dach betreten werden. Das umständliche manuelle Schalten durch eine Person kann durch das automatische Erden nach dem Freischalten entfallen.

[0035] Die notwendige Erreichbarkeit früherer Erdungsvorrichtungen bedingte ebenso Dachdurchbrüche, die über Leitern und Tritte zugänglich waren. Die Dachdurchbrüche sind aufwendig zu realisieren und schränken die flexible Anordnung der Dachkomponenten ein. Des Weiteren stellen die Dachdurchbrüche eine Schwächung der Wagenkastenstruktur dar, die konstruktiven Mehraufwand zur Folge hat. Die Eigenschaften zur Schall- und Klimaisolierung werden verschlechtert. Im Fall von Lichtbögen und Kurzschlüssen innerhalb der Hochspannungsanlage verschlechtert sich durch Dachdurchbrüche der Schutz der Fahrgäste und Personal. Durch die automatische Erdung, beziehungsweise den elektrisch angetriebenen Erdungsschalter 3, kann auf den Dachdurchbruch verzichtet werden. Das vorgeschlagene Schienenfahrzeug kommt daher gemäß einer Ausführungsform ohne Dachdurchbruch aus.

[0036] Das Erden kann gemäß einer Ausführungsform durch einen elektrisch angetriebenen Erdungsschalter 3 erfolgen. Insbesondere kann der elektrisch angetriebenen Erdungsschalter 3 gemäß einer Ausführungsform monostabil sein und einen stabilen und einen instabilen Zustand aufweisen. Der stabile Zustand wird automatisch eingenommen, wenn der elektrisch angetriebenen Erdungsschalter 3 elektrisch nicht versorgt wird. Der stabile Zustand ist ein geerdeter Zustand und der instabile Zustand ein ungeerdeter Zustand.

[0037] Das mono-stabile Arbeitsprinzip wird aktuell bei den zur Freischaltung benötigten Komponenten Fahrzeughauptschalter und Stromabnehmer verwendet. Bei Fahrzeughauptschalter und Stromabnehmer ist die stabile, sichere Position als „offen" (nicht leitend) definiert. Beim Wegfall eines Hebesignals oder der Hilfsenergie senken sich der oder die Stromabnehmer. Beim Wegfall eines Schließsignals oder der Hilfsenergie öffnen sich der oder die Fahrzeughauptschalter.

[0038] Beim Erdungsschalter 3 ist die stabile, sichere Position dagegen als „geschlossen" (leitend) definiert, d.h. die Erdungsschalter müssen aktiv geöffnet und offen gehalten werden. Dies geschieht durch einen Befehl zum Öffnen, z.B. über eine Steuerleitung, die aktiv mit Schaltspannung beaufschlagt wird.

[0039] Der elektrisch angetriebene Erdungsschalter 3 kann gemäß einer Ausführungsform einen Energiespeicher 3A mit Hilfsenergie aufweisen wobei der instabile Zustand durch die Hilfsenergie für einen definierten Zeitraum ohne externe Energie haltbar ist. Dadurch kann beispielsweise eine ungewollte Erdung bei einem temporären Ausfall der externen Stromversorgung durch den Stromabnehmer 1 verhindert werden.

[0040] Des Weiteren kann die Erdung für das Starten des Schienenfahrzeuges aufgehoben werden. Während das Schienenfahrzeug mit der externen Hochspannungsquelle 101 verbunden ist, kann der Energiespeicher 3A wieder geladen werden. Beispielsweise ist der Energiespeicher 3A über das Bordnetz mit dem Haupttransformator 5 verbunden. Der Energiespeicher 3A kann eine Batterie oder einen Kondensator umfassen. Der Energiespeicher kann auch Teil anderer Komponenten des Bordnetzes sein und mit dem Erdungsschalter 3 verbunden sein.

[0041] Gemäß einer Ausführungsform ist der elektrisch angetriebene Erdungsschalter 3 eingerichtet, nach einem Freischalten des beziehungsweise der elektrischen Leiter, diese ohne manuelles Betätigen des Erdungsschalters und nach einem definierten Zeitintervall zu erden. Das Zeitintervall kann beispielsweise 2, 5 oder 10 Sekunden betragen und insbesondere in einem Bereich von 2 bis 10 Sekunden liegen. Das kann die ungewollte Erdung einer noch unter Spannung stehenden Hochspannungsausrüstung verhindern. Diese Eigenschaft ist für den normalen betrieblichen Ablauf der Freischaltung und Erdung nicht notwendig, garantiert jedoch den Ablauf „Freischalten - Gegen Wiedereinschalten Sichern - Spannungsfreiheit überprüfen - Erden" auch im Fehlerfall. Ein zusätzlicher Energiespeicher 3A dient dazu, bei Wegfall des „Offen "-Befehls oder bei Wegfall der Hilfsenergie den Erdungsschalter 3 zeitlich begrenzt, d.h. für einige Sekunden weiter offen zu halten. Dadurch wird im Fehlerfall ausreichend Zeit gewonnen, die notwendige Freischaltung durchzuführen, das heißt, den Hauptschalter 4 zu öffnen und den Stromabnehmer 1 von der Hochspannungsquelle 101 zu trennen und bei Bedarf die Traktionszwischenkreise leer zu takten.

[0042] Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verfahren vorgeschlagen, wobei das Verfahren zum Betrieb eines Schienenfahrzeugs 100, das einen Stromabnehmer 1 zum Kontaktieren einer Hochspannungsquelle 101, einen mit dem Stromabnehmer 1 elektrisch verbundenen elektrischen Leiter und einen elektrisch angetriebenen Erdungsschalter 3 aufweist. Das Verfahren weist auf: Erkennen einer bevorstehenden Erdung durch den elektrisch angetriebenen Erdungsschalter 3; - automatisches Freischalten des Stromabnehmer 1 von der Hochspannungsquelle 101. Die Quittierung des Befehls zum Offenhalten des Erdungsschalters 3 bewirkt eine sofortige Auslösung der Freischaltung, wenn der Offenbefehl nicht mehr anliegt oder die Hilfsenergie nicht mehr zum Offenhalten ausreicht und ermöglicht im Zusammenhang mit der zwischengespeicherten Hilfsenergie, den Ablauf der Freischaltung auch im Fehlerfall zu gewährleisten. Das Verfahren ist mit dem oben beschriebenen Verfahren kombinierbar, da es den Fehlerfall einer ungewollten Erdung beschreibt und das oben beschriebene Verfahren das reguläre Freischalten und Erden beschreibt.

[0043] Der elektrisch angetriebenen Erdungsschalter 3 kann gemäß einer Ausführungsform einen

Vakuum-Leistungsschalter umfassen. Diese Schalter sind in der Lage, verbleibende Ladungen in elektrischen Leitern und einen damit verbundenen Kurzschlussstrom zerstörungsfrei abzuführen. Erdungsschalter der Vakuumtechnik erlauben eine bessere Integration in gekapselte, vollisolierte Hochspannungssysteme. Dies erhöht generell den Berührungsschutz im Vergleich zu offen auf dem Dach angeordneten Hochspannungskomponenten mit Isolierung in Luft.

[0044] In manchen Ausführungsformen erfolgt das Erden durch den Erdungsschalter 3 bezüglich des Hauptschalters 4 einpolig zwischen dem Hauptschalter 4 und dem Haupttransformator 5. Dies ist in Fig. 2 dargestellt. Das Verfahren kann weiterhin aufweisen: - Öffnen des Hauptschalters 4, insbesondere vor dem Erden. Bei geöffneten Hauptschaler 4 wird der Stromabnehmer 1 durch Schließen des Erdungsschalters 3 nicht geerdet. Der Haupttransformator 5 ist über den Erdungsschalter 3 mit dem Erdungspunkt 6 verbunden, wenn der Hauptschalter 4 geöffnet ist. Der zweite Pol des Hauptschalters 4, also die Verbindung zwischen Hauptschalter 4 und dem Stromabnehmer 1, wird in dieser Ausführungsform nicht durch den Erdungsschalter 3 geerdet. In der Regel ist dies nicht nötig, da die Hochspannungsquelle 101 separat entladen und geerdet wird. Für einen Dachzugang ist die Oberleitung zuvor freigeschaltet und geerdet. Für die Einspeiserichtung durch die Oberleitung wäre eine Erdung damit unnötig und unwirksam. Eventuell vom Fahrzeug zurück gespeiste Energie wird durch den transformatorseitigen Erdungsschalter 3 abgeleitet.

[0045] In anderen Ausführungsformen kann die Erdung auch zweipolig erfolgen. Dabei wird zusätzlich zwischen dem Stromabnehmer 1 und dem Hauptschalter 4 eine Verbindung mit dem Erdungspunkt 6 hergestellt.

[0046] Gemäß einer Ausführungsform weist das Schienenfahrzeug einen Haupttransformator 5 auf, der mit dem Stromabnehmer 1 verbunden ist, wobei der Erdungsschalter 3 derart angeordnet ist, dass eine Erdung einpolig zwischen dem Hauptschalter 4 und dem Haupttransformator 5 erfolgt. Mit anderen Worten, der elektrische Leiter, der den Hauptschalter 4 mit dem Haupttransformator 5 verbindet wird durch den Erdungsschalter 3 geerdet und der elektrische Leiter, der den Stromabnehmer 1 mit dem Hauptschalter 4 verbindet wird nicht durch den Erdungsschalter 3 geerdet.

[0047] Der Haupttransformator 5 ist primärseitig über einen Hauptschalter 4 durch elektrische Leiter mit dem Stromabnehmer 1 verbunden. Das Schienenfahrzeug weist sekundärseitig vom Haupttransformator den Zwischenkreis auf, an den der Antriebsstromrichter 9 und das Bordnetz (nicht gezeigt) angeschlossen sind. Alle diese Komponenten sind mit elektrischen Leitern verbunden.

[0048] Gemäß einer Ausführungsform weist das Schienenfahrzeug einem Haupttransformator 5 auf, der mit dem Stromabnehmer 1 verbunden ist, wobei der Haupttransformator 5 primärseitig über den Hauptschalter 4 mit dem Stromabnehmer 1 verbunden ist, der Erdungsschalter S primärseitig vom Haupttransformator 5 angeordnet und mit elektrischen Leitern verbunden ist und das Schienenfahrzeug 100 eine Entladeeinrichtung 8 aufweist, die sekundärseitig mit dem Haupttransformator 5 verbunden ist, wobei sekundärseitig vom Haupttransformator 5 keine Erdung vorgesehen ist. Da der Haupttransformator 5 primärseitig durch den Erdungsschalter 3 geerdet ist, und sekundär entladen ist, kann auf eine sekundärseitige Erdung in manchen Ausführungsformen verzichtet werden. Alternativ kann sekundärseitig auch ein Erdungsschalter vorgesehen sein. Der Erdungsschalter kann auch ein elektrisch angetriebener Erdungsschalter, insbesondere ein monostabiler Erdungsschalter ähnlich des Erdungsschalters auf der Primärseite des Haupttransformators 5 sein.

[0049] Gemäß einer Ausführungsform weist das Schienenfahrzeug 100 eine Werkstatteinspeisung zur elektrischen Versorgung des Schienenfahrzeuges 100 in einem abgeschalteten Zustand auf, wobei die Werkstatteinspeisung mit einem zweiten elektrisch angetriebenen Erdungsschalter und mindestens einem zweiten elektrischen Leiter in einem zweiten Bereich 2, 12 verbunden ist, wobei der zweite Erdungsschalter eingerichtet ist, nach einem Freischalten des elektrischen Leiters im ersten Bereich 2, 12 den elektrischen Leiter im zweiten Bereich 2, 12 ohne manuelles Schalten zu erden, wobei der zweite elektrisch angetriebene Erdungsschalter manuell öffenbar ist. Manuell kann dabei umfassen, dass der Erdungsschalter manuell vor Ort oder manuell durch einen elektrischen Befehl, beispielsweise von einem Führerstand des Schienenfahrzeuges öffenbar ist. Dadurch werden automatisch zweite elektrische Leiter in zwei Bereichen 2, 12 geerdet. Die beiden elektrischen Leiter sind dabei nicht unmittelbar elektrisch miteinander verbunden, denn dies würde die zweite Erdung überflüssig machen.

[0050] Eine Person kann den Erdungsschalter manuell öffnen, also die Erdung aufheben. Im

Gegensatz zu bisherigen Lösungen, wo die Erdung manuell erfolgte, muss eine Trennung der Erdung bei dieser Ausführungsform aktiv und manuell erfolgen. Das erhöht die Sicherheit für Personen, da es praktisch ausgeschlossen ist, dass eine Person die manuelle Erdung vergisst. In manchen Ausführungsformen ist sind die beiden elektrischen Leiter auf unterschiedlichen Spannungsebenen. Beispielsweise ist der elektrische Leiter im ersten Bereich 2 der Spannungsebene IV über AC 1000 V und/oder über DC 1500 V und der zweite elektrische Leiter im zweiten Bereich der Spannungsebene III mit Spannungen zwischen AC 50 V und AC 1000 V oder DC 120 V und DC 1500 V, insbesondere DC 1500 V, DC 750 V, DC 680 V , AC 1000 V oder AC 400 V.

[0051] Gemäß einer Ausführungsform ist der Bereich verschließbar, beispielswiese durch eine Tür mit einem manuellen oder elektrischen Schloss. In manchen Ausführungsformen weist das Schienenfahrzeug einen Führerstand mit einer Steuereinrichtung auf, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, das Freischalten des elektrischen Leiters im von der Hochspannungsquelle 101 zu steuern und den Zugang für Personen zu dem dazugehörigen verschließbaren Bereich 2, 12 zu entriegeln. Die Steuereinrichtung kann alternativ oder zusätzlich auch eingerichtet sein, den zweiten elektrisch angetriebenen Erdungsschalter nach einer manuellen Eingabe eines Benutzers zu öffnen. Das Schienenfahrzeug kann auch zwei Führerstände mit jeweils einer Steuereinrichtung aufweisen.

[0052] Gemäß einer Ausführungsform weist der elektrisch angetriebene Erdungsschalter 3 einen optischen Indikator zum Darstellen eines Schalterzustandes auf, wobei der Bereich 2, 12 für Personen verschließbar ist und wobei der optische Indikator von einer Person außerhalb des Bereiches 2, 12 einsehbar ist. Der optische Indikator ist beispielsweise ein Lichtsignal oder ein mechanischer Zeiger. Der Bereich 2, 12 kann in manchen Ausführungsformen verschließbar sein, beispielsweise durch eine Tür oder Klappe. Eine Person, die den Bereich 2, 12 betreten möchte, kann durch einen von außen sichtbaren optischen Indikator feststellen, ob das Betreten sicher ist oder nicht. Die Tür oder Klappe kann dabei zum Beispiel ein Fenster aufweisen oder der optische Indikator befindet sich extern zur Tür oder Klappe und ist mit dem elektrisch angetriebenen Erdungsschalter 3 verbunden.

Bezugszeichenliste

100 Schienenfahrzeug

101 Hochspannungsquelle

102 Schiene

1 Stromabnehmer

2 Bereich

3 Erdungsschalter

3A Energiespeicher

4 Hauptschalter

5 Haupttransformator

6 Erdungspunkt

7 Netzstromrichter

8 Entladevorrichtung

9A Antriebsstromrichter

9B Antriebsmotoren

10 Zwischenkreiskondensator

11 Fahrzeugräder

12 Bereich