CZ20001969A3 - Elektrický napájecí systém pro elektrickou trakci - Google Patents

Abstract

Systém zahrnuje alespoň jeden transformátor, např, autotransormátor nebo proudový přídavný zvyšovací transformátor, a/nebo rotační měnič. Transformátor nebo rotační měnič zahrnuje vinutí s izolací zahrnující alespoň dvě polovodičové vrstvy (32, 34), z nichž každá tvoří ekvipotenciální povrch, a pevnou izolaci (33) mezi těmito polovodičovými vrstvami.

Description

Elektrický napájecí systém pro elektrickou trakci

Oblast techniky

Vynález se týká elektrického napájecího systému pro ' elektrickou trakci, tj. regulované soustavy pro dodávku elektrické energie do železničních lokomotiv, motorových vozů, tramvají a podobných vozidel, ve kterých alespoň jeden elektrický stroj obsažený v regulované soustavě je opatřen magnetickým obvodem zahrnujícím magnetické jádro a alespoň jedno vinutí.

Dosavadní stav techniky

Magnetický obvod v elektrickém stroji obvykle zahrnuje skládané jádro, tj. jádro z ocelových desek se svařovanou konstrukcí. Za účelem poskytnutí ventilace a chlazení je jádro obvykle rozděleno do svazků s radiálními a/nebo axiálními ventilačními kanálky. U velkých strojů jsou lamely vyraženy do segmentů, které jsou připevněny k rámu stroje, přičemž skládané jádro je drženo pohromadě pomoci přídržných kolíků a přídržných kroužků. Vinutí magnetického obvodu je uloženo ve drážkách vytvořených v jádře, přičemž drážky mají obvykle pravoúhlý nebo lichoběžníkový průřez.

Ve vícefázových elektrických strojích jsou vinuti vyrobena ve formě buď jednovrstvých nebo dvouvrstvých vinuti. U jednovrstvých vinutí na jednu drážku připadá pouze jedna strana cívky, zatímco u dvouvrstvých vinutí připadají na ft ft • ftftft ft ft ft ftft ’ ftft · « ftft ♦ • ft ···· ftft · ftft ftft jednu drážku dvě strany vinutí. Stranou cívky se v tomto textu rozumí jeden nebo více vodičů kombinovaných vertikálně nebo horizontálně se společnou cívkovou izolací, tj. izolací dimenzovanou na jmenovité napětí stroje vůči zemi.

Dvouvrstvá vinutí jsou obvykle vyrobeny ve formě vinutí se stejnými cívkami, zatímco jednovrstvá vinutí mohou být vyrobena ve formě jak vinutí se stejnými cívkami tak i plochého vinutí. U vinutí se stejnými cívkami je pouze jeden (nebo případně dva) cívkové kroky, zatímco plochá vinutí jsou zhotovena ve formě soustředných vinutí, tj. vinutí s cívkovým krokem proměnným v širokém rozmezí. Cívkovým krokem se rozumí vzdálenost (vyjádřená v obloukové míře) mezi dvěma stranami náležícími jedné a týž cívce.

Všechny velké stroje jsou obvykle vyrobeny s dvcuvrstvým vinutím a cívkami se stejnou velikostí. Jedna strana každé cívky je uložena do jedné vrstvy a další strana každé cívky je uložena do druhé vrstvy. To znamená, že všechny cívky se vzájemně kříží při čelech vinutí. Když je vinutí tvořeno vícevrstvým vinutím, křížení komplikuje manipulaci s vinutím a provedení čel vinutí je méně uspokojivé.

Pro železnice byly v průběhu historie vytvořeny různé napájecí systémy s rozdílným napětím a frekvencí. Přechod z již existujícího systému na nový jiný systém byl velmi nákladný a způsoboval poruchy při provozu dotyčného systému. V podstatě existují tři základní systémy napájení elektrickou energií, a to systém pro dodávku stejnosměrného napětí (dále jen stejnosměrný napájecí systém), systém pro dodávku střídavého napětí s veřejnou frekvencí (dále jen střídavý systém s veřejnou frekvencí) a systém pro dodávku střídavého napětí s nízkou frekvencí (dále jen nízkofrekvenční střídavý • · • · ··· • 4 • · · ·· 4 4 4 4 4 4 « 4 »'44 4 · ♦ « 4 4*« ·· ···· ♦· 44 «4 «4 systém). Předpokládá se, že velké množství trakčních vozidel {lokomotiv a motorových vozů) a osobních vozů je uzpůsobeno pro více než jeden napájecí systém. V současné době jsou k dispozici lokomotivy a motorové vozy pro integrovanou veřejnou dopravu v různých státech, které mohou být uzpůsobeny rozdílným napájecím systémům a/nebo změnám uvnitř stejného napájecího systému.

Elektrická energie pro napájení trakčních motorů může být buď odebírána z distribuční sítě nebo vyráběna v elektrárně výlučně určené pro železnici. Zapojení napájecích systémů je rozdílné a závisí na tom, zda napájecí systém je určen pro napájení střídavým nebo stejnosměrným proudem, U stejnosměrného napájecího systému jsou žádoucí měnírny pro převod střídavého napětí odebíraného z veřejné distribuční sítě na stejnosměrné napětí. Tyto měnírny napájí trakční vedení stejnosměrným proudem v určitých místech rozložených podél železnice. V střídavých napájecích systémech s průmyslovou frekvencí (50 nebo 60 Hz) jsou v jistých místech podél železnice žádoucí transformátorové filtry, které zamezují zavedení harmonických složek, generovaných v tyristorových pohonech v lokomotivě, do veřejného silového systému, a specifická zapojení pro vyrovnání trakčních zátěží. Rovněž může být provedena transformace třífázového napětí na dvoufázové napětí specifickým zapojením transformátoru, např. Scottovým zapojením. Nedostatek tohoto zapojení spočívá v tom, že vyžaduje velké množství vinutí a velkou hmotu jádra. Dalším nedostatkem je to, že střídavý napájecí systém s veřejnou frekvencí má nízkou schopnost přenášet výkon a má vysoké indukční ztráty ve srovnání s nízkofrekvenčním střídavým napájecím systémem. V případě « φ φ φ · φφφ · · · · φ φ Β φ φ «φ » · φ · φ φφφ φφφφ φφφφ φφ φφφφ φφ φφ φφ φφ napájení nízkofrekvenčním střídavým proudem (tj. proudem s »

frekvencí 16^2/3 nebo 25 Hz) jsou žádoucí převodní stanice pro převod napětí s průmyslovou frekvencí veřejné distribuční sítě na napětí s nízkou frekvencí, nebo specifické elektrárny a specifické distribuční sítě pro nízkofrekvenční střídavý proud.

Stejnosměrný napájecí systém byl původně zvolen kvůli tomu, že byl dostupný jednoduše regulovatelný, sériově buzený, stejnosměrný motor. V dřívější době bylo třífázové střídavé napětí převedeno na stejnosměrné napětí pomocí rotačních měničů nebo rtuťových usměrňovačů, avšak v současné době je převod obvykle proveden šesti nebo dvanácti pulsními relé.

Výhodou stejnosměrného napájecího systému je to, že stejnosměrný proud může být přímo použit v stejnosměrných motorech. V důsledku toho ve vozidle není žádoucí žádný těžký snižovací transformátor, který se jinak používá ve střídavých napájecích systémech. Vozidla napájené stejnosměrným napětím jsou tudíž poněkud méně nákladnější a jejich výroba je jednodušší. Napájení stejnosměrným proudem o relativně nízké hodnotě je výhodné z bezpečnostního hlediska (např. v případě podzemní železnice, kde jsou použity silové sběrnice, které mohou být někdy obnažené).

Nevýhodou stejnosměrného napájení je zejména, to, že poskytuje nízké napětí, což znamená, že proud a tudíž úbytek napětí a ztráty jsou značné. To musí být kompenzováno velkými průřezy vodičů a měnírnami situovanými v relativně krátkých odstupech (obvykle nižším než 10 km). To vede k nákladnému provozu dotyčné sítě. Uvedené nedostatky se nejvíce projevují při vysokých výkonech trakčních motorů používaných v např.

• · · • ··· • φ φφ φφφφ • · φ φ φ φ φ · φ φφφφ φφφφ φφ φφ φφ φφ rychlých vozech. Měnírny s vysokým výkonem musí být situovány v ještě kratších odstupech a jsou používány jen po krátkou dobu, tj. dobu, během které vlak projíždí dotyčnou napájecí stanicí,

Předtím, než bylo možné pro trakční motory použít průmyslovou frekvenci (50 nebo 60 Hz), první střídavé systémy byly elektrifikovány napětím s nízkou frekvencí (15 až 16^:/3 nebo 25 Hz) . Trakčním motorem, který se po dlouhá léta používal v těchto systémech, byl jednofázový sériový komutátorový motor, rovněž známý jako jednofázový trakční motor. Tento motor funguje většinou stejně jako stejnosměrný motor s tím rozdílem, že jak budící tak i rotorový proud jsou reverzovány každou půlperiodu, poněvadž motor je napájen střídavým proudem. Aby při komutaci nedocházelo k přepětí nebo elektrickým obloukům, musely být v těchto systémech používány nízkofrekvenční motory a motory s nízkou rychlostí. Výhodou střídavého napětí s nízkou frekvencí ve srovnání se střídavým napětím s veřejnou frekvencí je lepší schopnost přenosu výkonu.

Hlavní výhodou střídavých systémů ve srovnání se stejnosměrnými systémy je to, že střídavé napětí může být transformováno (i když v současné době i stejnosměrné napětí muže být transformováno tzv. stejnosměrnými měniči). Je tudíž možné na venkovních vedení udržet relativně vysoké napětí ve srovnání s provozním napětím motoru. V důsledku vysokého napětí na venkovním vedení je proud protékající tímto vedením nižší, čímž je lepší přenos výkonu a nižší ztráty ve vedení sítě. To rovněž znamená, že napájecí stanice mohou být situovány ve větším odstupu (30-120 km). Avšak nevýhodou těchto střídavých systémů je to, že trakční motory jsou velké • · ··· » ·« « • · · · · · *··« ·· ···· · ·· ·· a regulační prostředky regulující tyto trakční motory jsou komplikované.

Další nevýhodou střídavých systémů je nutnost použití měničů frekvence v případech, ve kterých se normálně používají motorové generátory, tj. synchronní motory s frekvencí 50 Hz, přičemž tyto měniče frekvence budí jednofázový synchronní generátor s frekvencí 16^2Z3 Hz. V asynchronních zapojeních je motor/generátor s frekvencí 50 Hz asynchronní se specifickým rotorem napájeným střídavým proudem s velmi nízkou frekvencí (Scherbiův stroj). Výkon může být přiveden v obou směrech. Motor má třikrát více pólů, než má generátor. Aby nebylo nutné použít silnou izolaci jsou rotační měniče dimenzovány na nízké jmenovité napětí (6 kV) . Je tudíž nutné jak před měniče tak i za měniče zapojit transformátory. Jedna napájecí stanice obvykle zahrnuje několik měničů zapojených paralelně.

Rotační měniče, které mohou být synchronní nebo asynchronní, mohou produkovat jalový výkon, čímž kompenzují jalové ztráty, ke kterým dochází v síti venkovního vedení a ve vozidle. Rotační měnič rovněž poskytuje elektrickou separaci mezi veřejnou distribuční sítí a sítí venkovního vedení. Jalový výkon může být zaveden do veřejné distribuční sítě rotačním měničem.

Hlavní nevýhoda rotačního měniče spočívá v tom, že rozběh velkých synchronních/asynchronních strojů je časové náročný a fázování je komplikované. Kromě toho musí být uspokojena náhlá potřeba výkonu. Stroje tudíž musí být udržovány v chodu, když reverzují při žádné zátěži nebo při dlouho trvajícím nízkém výkonu. Dalším nedostatkem jsou ztráty elektrické energie, které jsou částečně způsobeny výše » · · * ϊ ·«· « · · · • φ * φφ φ · · φ · φ φ · φφφ · φ φ · ΦΦ·· φφ φφφφ ·· ·· ·· φφ uvedenou operací při žádné zátěži.

V nových zapojeních byly rotační měniče nahrazeny statickými měniči. Statické měniče mohou produkovat jalový výkon, čímž jsou schopny kompenzovat jalové ztráty, ke kterým dochází v řetězovkovém trolejovém vedení. Nicméně harmonické složky jsou vyšší na jak třífázové straně tak i jednofázové straně. Kromě toho statické měniče nejsou schopny generovat jalový výkon pro kompenzaci úbytků napětí způsobených indukční zátěží.

Jak je to zřejmé z výše uvedeného textu, uvedené různé systémy pro železnice napájené elektrickou energií jsou relativně komplikované a nákladné.

Stroje výše uvedeného typu s konvenčním statorovým vinutím nemohou být připojeny síti na vysoké napětí, např. 145 kV, bez toho, že by byl použit transformátor pro snížení napětí. Připojení motoru k síti na vysoké napětí skrze transformátor má oproti přímému připojení motoru k síti na vysoké napětí několik nevýhod. Některé tyto nevýhody jsou uvedeny v následujícím seznamu:

Transformátor je nákladný, zvyšuje přepravní náklady a zabírá 2načný prostor.

Transformátor snižuje účinnost systému.

Transformátor spotřebovává jalový výkon.

Konvenční transformátor obsahuje olej, který přestavuje riziko vůči životnímu prostředí.

Transformátor má senzitivní provoz, poněvadž motor pracuje skrze transformátor vůči slabší síti.

• ft » · ftftft • ftft • · * · · ftft ftftft ftft · ftftft ftft·· ftftftft • ft ···· ftft ftft ftft ftft

Podstata vynálezu

Předmětem vynálezu je elektrický napájecí elektrickou železnici, který řeší nedostatky, vyznačují známé systémy v této oblasti techniky vynálezu jsou rovněž prvky tohoto elektrického systému.

systém pro kterými se . Předmětem napájecího

Předmětem vynálezu je konkrétně elektrický napájecí systém podle některého z nároků 1,2,6,9,11,17,18 nebo 19.

Vynález je tudíž založen na specifické technice konstruování elektrických strojů, motorů, generátorů, transformátorů, apod., ve kterých elektrická vinutí jsou specifickým způsobem opatřena suchou izolací. To umožňuje bud’ vyloučení transformátoru a/nebo konstruování transformátorů bez výše uvedených nedostatků, kterými se vyznačují konvenční transformátory.

Napájecí systém může zahrnovat stroje různých typů v zapojení pro přenos elektrické energie z distribuční sítě do trakčního napájecího vedení, které je obvykle tvořeno venkovním řetězovkovým trolejovým vedením. Tento napájecí systém může přirozeně rovněž zahrnovat jeden nebo více specifických strojů kombinovaných s konvenčními stroji.

Tudíž stroj podle vynálezu může být tvořen transformátorem nebo soustrojím motor-generátor ve formě měniče. Je samozřejmé, že tyto dvě alternativy se mohou kombinovat.

Napájecí systém a jeho prvky podle vynálezu mohou být přizpůsobeny podmínkám různých železničních systémů a * · « · 1 (*· · · · « *·* *··* * a · · ·· ···· ·· ·· ·* ·« «

modifikovány pro železniční systémy s vnějším silovým napájením nebo systémy, s vlastní výrobou elektrické energie, pro železnice s rozdílnými hodnotami napětí a rozdílnými frekvencemi, pro střídavé a stejnosměrné systémy, a pro systémy se synchronními a asynchronními motory.

V případech, ve kterých je žádoucí transformátor, je předmětem vynálezu tento transformátor vyrobený za použití kabelu typu stejného, jako je kabel použitý v ostatních strojích zahrnutých do systému.

Výhodou uvedených předmětů vynálezu je vyloučení mezilehlého, olejem-plněného transformátoru, jehož reaktance jinak spotřebovává jalový výkon. Kromě toho další výhodou je kvalitní síť s rotační kompenzací. Se systémem podle vynálezu je přetízitelnost zvýšena až o 100 %. Mimoto oproti technikám z dosavadního stavu techniky je větší rozsah regulace.

Za účelem realizace vynálezu magnetický obvod a jeho vodiče v alespoň jednom elektrickém stroji zahrnutým do napájecího systému jsou vyrobeny s ovinutým permanentně izolovaným kabelem.

Hlavním a podstatným rozdílem mezi předměty dosavadního stavu techniky a předmětem vynálezu je to, že předmět vynálezu je proveden s magnetickým obvodem zahrnutým v alespoň jednom stroji elektrického systému, který je přímo připojen skrze přerušovače a izolátory k síti na vysoké napětí, tj. napětí až k hodnotě mezi 20 a 800 kV, výhodně napětí vyšší než 36 kV. Magnetický obvod tudíž zahrnuje jedno nebo. více skládaných jader s vinutím tvořeným ovinutým kabelem, který má jeden nebo více permanentně izolovaných vodičů, které mají polovodičovou vrstvu jak při vodiči tak i φ · • φ φφ φ φ φ • φφ • Φ ·«« V V « « φφφ φφφ φφ φ φφφφ Φφφφ φ* ·· φφ φφ vně izolace, přičemž vnější polovodičová vrstva je spojena se zemním potenciálem.

Za účelem vyřešení problémů, které souvisejí s přímým připojením jak rotačního tak i statického stroje ke všem typům sílových sítí na vysoké napětí, alespoň jeden stroj v systému podle vynálezu má znaky, které jej zřetelně odlišují od předmětů dosavadního stavu techniky. Tyto znaky a další provedení vynálezu jsou definovány v závislých nárocích a vysvětleny v následujícím textu.

Vinutí magnetického obvodu je tvořeno kabelem, který má jeden nebo více permanentně izolovaných vodičů s polovodičovými vrstvami, z nichž jedna obklopuje prameny vodiče a druhá tvoří vnější plášť. Jedním z typických příkladů uvedeného vodiče je vodič s izolací ze žesítěného polyethylenu (PEX) nebo ethylenpropylenového kaučuku.'Uvedený vodič může zahrnovat další dodatečné znaky, které souvisí s prameny vodiče a charakterem vnějšího pláště.

Ve výhodném provedení jsou vinutí tvořeny kabely s kruhovým průřezem, avšak za účelem dosažení lepší hustoty plnění se mohou použít rovněž i kabely s jiným průřezem.

Uvedený kabel umožňuje nově a optimální provedení skládaného jádra, zejména pokud jde o jeho drážky a zuby.

Vinutí je vyrobeno se stupňovitou izolací pro nejlepší využití skládaného jádra.

Vinutí je výhodně vyrobeno ve formě vícevrstvého, soustředného, kabelového vinutí, což umožňuje omezit počet křížení u čel cívek.

Drážky ve skládaném jádře mohou být uzpůsobeny průřezu

kabelu vinutí, v důsledku čehož ' tyto drážky mají formu množiny válcovitých otvorů probíhajících v axiálním a/nebo radiálním směru a majících zúžení probíhající mezi jednotlivými vrstvami vinutí.

Provedení drážek může být uzpůsobeno průřezu kabelem a stupňovité izolaci vinutí. Tato stupňovitá izolace umožňuje realizovat magnetické jádro s konstantní šířkou zubů nezávislou na radiálním rozsahu jádra.

Výše uvedený dodatečný znak týkající se pramenů vodiče spočívá v tom, že vodiče vinutí jsou tvořeny množinou izolovaných pramenů stlačených jeden k druhému, přičemž tyto prameny z hlediska elektrického stroje nejsou nutně správně kříženy, neizolovány a/nebo izolovány jeden od druhého.

Výše uvedený dodatečný znak, týkající se vnějšího pláště, spočívá v tom, že ve vhodných oblastech rozložených podél délky vodiče je vnější plášť přerušen oddělením části vnějšího pláště odpovídající rozsahu dotyčné oblasti od zbytku kabelu, přičemž dílčí části vnějšího pláště mezi každými po sobě jdoucími přerušeními jsou připojeny přímo k zemnímu potenciálu nebo k jinému zvolenému potenciálu.

Použití kabelu výše uvedeného typu umožňuje, aby celá délka vnější polovodičové vrstvy vinutí, rovněž i jiné části systému byly ponechány při zemním potenciálu. Kromě toho důležitou výhodou je to, Se intenzita elektrického pole vně vnější polovodičové vrstvy uvnitř oblasti čel vinutí se blíží k nule. Se zemním potenciálem na vnější vrstvě elektrické pole nemusí být regulováno. To znamená, že se v jádře, v oblastech čel cívek nebo na přechodech mezi jádrem a těmito oblastmi nekoncentruje elektrické pole.

* ·

Smíchání izolovaných a/nebo neizolovaných pramenů stlačených jeden k druhému, nebo překřížených pramenů vede k nízkým rozptylovým ztrátám.

Kabel na vysoké napětí použitý ve vinutí magnetického obvodu zahrnuje vnitřní jádro/vodič s množinou pramenů, alespoň jednu polovodičovou vrstvu a izolační vrstvu, přičemž vodič s prameny je obklopen vnitřní polovodičovou vrstvou, , která je zase obklopena izolační vrstvou, která je zase obklopena vnější polovodičovou vrstvou, přičemž kabel má vnější průměr od 10 do 250 mm a průřez vodičem od 40 do 3000 mm².

Podle zejména výhodného provedení vynálezu alespoň dvě z těchto vrstev, výhodně všechny tři vrstvy, mají stejný součinitel tepelné roztažnosti. To je velmi výhodné, poněvadž v důsledku toho během tepelného pohybu uvnitř vinutí nedochází k defektům, prasklinám, apod..

Poněvadž izolační permanentní systém je z tepelného a elektrického hlediska dimenzován na napětí ve vodiči vyšší než 36 kV, napájecí systém může být připojen k silové síti na vysoké napětí bez mezilehlého snižovacího transformátoru, čímž tento systém získává výše uvedené výhody.

• Stručný přehled obrázků na výkresech

Vynález bude v následujícím textu podrobněji popsán pomocí podrobného popisu výhodných, nikterak omezujících, provedení s tím, že budou dělány odkazy na připojené výkresy, na kterých ♦ v výseč statoru vynálezu, »» ·«·· obr. 1 zobrazuje čelní pohled na elektrického stroje napájecího systému podle obr. 2 zobrazuje strukturu kabelu použitého ve vinutí statoru podle obr. 1, obr. 3 zobrazuje obvodové schéma napájecího systému zahrnujícího transformátory podle vynálezu, obr. 4 zobrazuje obvodové schéma napájecího systému majícího rotační měničovou jednotku, obr. 5 zobrazuje alternativní provedení napájecího systému zobrazeného na obr. 4, obr. 6 zobrazuje další provedení napájecího systému majícího rotační měničovou jednotku, obr. 7 zobrazuje alternativní provedení napájecího systému zobrazeného na obr. 6, obr. 8 zobrazuje ještě další provedení napájecího systému majícího rotační měničovou jednotku, obr. 9 zobrazuje konvenční napájecí systém zahrnující filtrační prostředek a prostředek pro vyrovnání zátěže, obr. 10 zobrazuje alternativní provedení napájecího systému zobrazeného na obr. 9, obr. 11 zobrazuje provedení na obr. 10 ve větším detailu,' obr. 12 zobrazuje provedení vynálezu používající proudový přídavný 2vyšovací transformátor, a obr. 13 zobrazuje provedení zahrnující statickou měničovou jednotku, ft · • ft · · · ft • · · ftftft « ftft • · ftft ··· ftft • ft ft · ftft • ftftft ftft « statoru 1 podle vynálezu

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 zobrazuje výseč příslušejícího k elektrickému rotačnímu stroji zahrnutému v napájecím systému podle vynálezu, a rotoru 2 uvedeného stroje. Stator 1. je vytvořen z konvenčně skládaného jádra. Obr. 1 zobrazuje výseč stroje odpovídající jednomu pólovému kroku. Z jho 3 jádra směrem k rotoru 2 radiálně probíhají zuby _4, které jsou odděleny drážkami 5, ve' kterých je uloženo statorové vinutí. Kabely 6, tvořící toto statorové vinutí, jsou kabely na vysoké napětí, které mohou být tvořeny v podstatě kabely stejného typu, jako jsou kabely použité pro silovou distribuci, např. kabely typu PEX, s tím rozdílem, že vnější, mechanicky ochranný plášť a kovové stínění obvykle obklopující silové distribuční kabely jsou u kabelů použitých ve vynálezu odstraněny, v důsledku čehož tyto kabely zahrnují pouze vodič a alespoň jednu polovodičovou vrstvu na každé straně izolační vrstvy. Vnější povrch kabelu je tudíž tvořen obnaženou polovodičovou vrstvou.

Na obr. 1 jsou kabely 6 zobrazeny pouze schématicky, to znamená, že jsou znázorněny pouze vodivé středové části každého kabelu nebo cívkové strany. Jak je to zřejmé z tohoto obrázku, každá drážka _5 má proměnný průřez, tj. široké části 7 drážky se střídají s úzkými částmi 2 drážky. Široké části Ί_ drážky mají v podstatě kruhový průřez a obklopují kabely. Úzké části 8 uspořádané mezi širokými částmi 2 slouží k radiálnímu zajištění polohy každého kabelu. Průřez drážkou 5 se rovněž zužuje radiálně dovnitř. To je kvůli tomu, že napětí na kabelu je tím nižší, čím je kabel v radiálním směru blíže k vnitřní části statoru. To znamená, že kabel blíže k « · vnitřní části rotoru může být tvořen slabším kabelem, zatímco kabel vzdálenější od vnitřní části statoru muže být tvořen silnějším kabelem. V příkladu zobrazeném na obr. 1 jsou použity tři rozdílně rozměry kabelu, přičemž kabely jsou uspořádány ve třech rozměrově odpovídajících sekcích 51, 52, 53 drážek 5.

Obr. 2 zobrazuje strukturu kabelu na vysoké napětí určeného pro použití v elektrickém stroji zahrnutém do systému podle vynálezu. Tento kabel 6 na vysoké napětí zahrnuje jeden nebo více vodičů 31, z nichž každý je tvořen množinou pramenů 36, které dohromady tvoří kruhový průřez vodiče, např. z mědi. Vodiče 31 jsou uspořádány ve středu kabelu 6 na vysoké napětí a jsou obklopeny v zobrazeném provedení dílčí izolací 35. Avšak je výhodné, aby tato dílčí izolace 35 byla vynechána na jednom z vodičů 31. V zobrazeném provedení vynálezu vodiče 31 jsou společně obklopeny první polovodičovou vrstvou 32. Tuto první polovodičovou vrstvu 32. obklopuje izolační vrstva 33, např. izolace typu PEX, která je zase obklopena druhou polovodičovou vrstvou 34. Jak již to bylo výše uvedeno, kabel na vysoké napětí nemusí zahrnovat kovové stínění nebo vnější plášť, který obvykle obklopuje kabel pro silovou distribuci.

Výše popsaný kabel 6 tvořící vinutí magnetického obvodu elektrického stroje je rovněž použitelný u statických elektrických strojů, jakými jsou např. transformátory, reaktory, apod.. Transformátor, jehož vinutí je tvořeno kabelem zobrazeným na obr. 2, je v dalším textu označován jako transformátor podle vynálezu. Použití kabelu 6 ve vinutí transformátoru přináší následující konstrukční a výrobní výhody:

Vinutí transformátoru může být konstruováno bez toho, že by se brala v úvahu distribuce elektrického pole, a proto problematické křížení realizované u konvencích transformátoru není nutné.

Transformátorové jádro může být provedeno bez toho, že by se brala v úvahu distribuce elektrického pole.

Pro elektrickou izolaci kabelu a vinutí není žádoucí žádný olej, a proto místo oleje mohou být kabel a vinutí obklopeny vzduchem nebo nehořlavou nebo pomalu hořící kapalinou.

Nepřítomnost oleje v transformátoru snižuje riziko ohně nebo výbuchu v transformátoru podle vynálezu, a tudíž protipožární stěny nejsou nutné.

Pro transformátor podle vynálezu nejsou žádoucí žádné specifické základy s prostředkem pro zajištění uniklého oleje.

Konstrukce se schopností odolat zemětřesení je u transformátoru podle vynálezu jednodušší.

Transformátor podle vynálezu lze jednodušším způsobem učinit stabilní kvůli jeho schopnosti odolat zkratovým proudům.

Transformátor podle vynálezu je méně hlučný, více čistý a vyžaduje nižší údržbu.

Transformátor podle vynálezu nevyžaduje žádnou průchodku, která je normálně žádoucí u olejem-plněných transformátorů, pro elektrické spojení mezi vnějšími vývody transformátoru a cívkami/vinutími uspořádanými uvnitř transformátoru.

Výrobní a testovací technologie žádoucí pro transformátor • 4

4 4 4 ·· 4 · 4

4 4 4

44 • · 4 4 • 4 4

4444

4 ···

4··

4 · » ·· 44 podle vynálezu s výše popsaným magnetickým obvodem je značně jednodušší ve srovnání s technologiemi žádoucími pro konvenční transformátory/reaktory.

Použití elektrických strojů opatřených výše popsanými magnetickými obvody umožňuje značně jednodušší a účinnější elektrické napájení trakčních motorů.

Jistá níže popsaná provedení vynálezu zahrnují rotační měnič mající alespoň jedno vinutí tvořené kabelem zobrazeným na obr. 2, přičemž tento rotační měnič bude v dalším textu označován jako rotační měnič podle vynálezu. Rotační měnič může zahrnovat motor a generátor spojené společným hřídelem nebo může být tvořen jediným strojem s funkcí jak motoru tak i generátoru, jak je to popsáno v německých patentech č. 372390, 396561 a 406371. Motor a generátor může být synchronní nebo asynchronní, přičemž funkcí rotačního měniče je změna napětí, počtu fází a/nebo frekvence napájení. Pro železniční systém s veřejnou frekvencí rotační měnič frekvence může být tvořen fázovým měničem popsaným v publikaci Lueger, Lexicon der Technik, Deutscher Verlags-Anstalt Stuttgart, Band 2, p.395, přičemž tento' rotační měnič frekvence je tvořen jediným strojem. Kromě toho tento rotační měnič zahrnuje dvoufázové vinutí a třífázové vinutí ve statoru a v klečovém rotoru.

V levé části každého z obr. 3 až 7 je zobrazen známý napájecí systém z dosavadního stavu techniky za účelem porovnání tohoto známého napájecího systému s napájecím systémem podle vynálezu znázorněným v pravé části dotyčného obrázku.

Obr. 3 zobrazuje typický napájecí systém s veřejnou φ

φ · · * » · φφ φφφφ φ

φ φ

• Φ φ φφφ • φ φ φ • φ φ • φ φ • φ φ « φ φ φφ frekvencí (50 nebo 60 Hz), Jak je to zřejmé z tohoto obrázku, _r / třífázové distribuční vedení 40 vysokého napětí napájí transformátorové stanice, např. transformátorové stanice 41, 42, rozmístěné v určitých odstupech podél železnice. Každá z transformátorových stanic je napájena ze dvou ze tří fází distribučního vedení. Za účelem vyrovnání zátěže stanice používají různé kombinace fází (tak např. stanice 41 používá fáze A-B, stanice 42 používá fáze B-C, přilehlá stanice (není zobrazena) používá fáze C-A, atd.). Každá transformátorová stanice zahrnuje rozváděč 43 vysokého napětí, např. dva transformátory 44, 45 a rozváděč 46 vysokého nebo středního napětí (ačkoliv jediný transformátor na jednu stanici je dostatečný). Mezi každé dvě transformátorové stanice je zařazen rozváděč 47, který umožňuje vzájemně spojit úseky 48, 49 venkovního řetezovkového trolejového vedení. V zobrazeném zapojení s dvoj kolejnou tratí dvě venkovní řetězovkové trolejové vedení napájené ze stejné transformátorové stanice jsou obvykle vzájemně spojeny v tomto ústředním bodě. Ve většině případů spojení mezi venkovními řetězovkovými trolejovými vedeními nemůže být provedeno mezi dvěma rozdílnými transformátorovými stanicemi, ' poněvadž jsou připojeny k rozdílným fázím veřejné sítě a tudíž toto spojení by způsobilo nestabilní podmínky. Nevýhodou tohoto systému je to, že lokomotiva nemůže být napájena z obou konců venkovního řetezovkového trolejového vedení. Trasformátorové stanice tudíž musí být situovány v malém odstupu, typicky 30 km. Transformátory 44 ve stanici 41 jsou izolovány olejem a proto představují riziko pro životní prostředí. Velké množství transformátorového oleje je rovněž nebezpečné v případě požáru. Jelikož olej představuje riziko pro životní • · · • · · prostředí, transformátory musí být kontrolovány, zda u nich nedochází k únikům oleje. Když se v blízkosti transformátoru nachází další elektrická silová zařízení, je nutné prostor pod transformátorem chránit takovým způsobem, aby olej nemohl vzplanout v místě, kam vytekl při úniku z transformátoru. Transformátory 44 jsou obvykle chráněny před poškozením betonovými stěnami uspořádanými kolem každého z transformátorů. Když je transformátor situován v blízkosti dalšího elektrického silového zařízení nebo uvnitř budovy, transformátor je často obklopen protipožárními stěnami, které chrání další silová zařízení před hořícím transformátorovým olejem. Kolem transformátoru rovněž mohou být rozmístěny prostředky pro zhášení ohně.

Naproti tomu, transformátory 45 jsou tvořeny rransformátory podle vynálezu, které uvnitř neobsahují žádné médium, které by mohlo uniknout do okolního prostředí. Další výhodou je to, že, dojde-li vzplanutí transformátoru, rozsah požáru není tak vážný. Kromě toho transformátor 45 může být položen na mnohem jednodušší základy, např. betonový blok.

Obr. 4 zobrazuje typický nízkofrekvenční napájecí systém. Třífázové distribuční vedení 40 vysokého napětí napájí, stanice s měniči kmitočtu, např. stanice 51, 52, situované v určitém odstupu podél železnice. V každé měničové stanici je nejprve třífázové vysoké napětí s veřejnou frekvencí transformováno na střední napětí. Známý měnič 53 kmitočtu může být tvořen zobrazeným statickým měničem nebo rotačním měničem. Na straně transformátoru s vysokým napětím, mezi transformátorem a měničem frekvence a na nízkofrekvenční straně měniče je uspořádán rozváděč. Statický měnič je tvořen měničovým transformátorem, který transformuje střední napětí • · φ • φ « •Φ φφφφ • * φ φφ * · « • · φ

- φφ na nízké šestifázové napětí. Za výjimečných okolností tento měničový transformátor může být napájen přímo z rozváděče vysokého napětí. Na venkovním řetězovkovém trolejovém vedení mezi dvěma měničovými stanicemi je zapojen rozváděč, který umožňuje vzájemné spojení úseků venkovního řetězovkového trolejového vedení a jejich synchronizaci. Výhoda tohoto napájecího systému ve srovnání s napájecím systémem s veřejnou frekvencí spočívá v tom, že v tomto systému lokomotiva může být napájena z obou konců venkovního řetězovkového trolejového vedení. Měničové stanice tudíž mohou být situovány s větším odstupem, typicky 50 až 100 km.

Rotační měnič 54 zobrazený na pravé straně obr. 4 je tvořen rotačním měničem podle vynálezu. Výhodou napájecího systému s tímto rotačním měničem 54 je to, že rotační měnič 54 může být připojen přímo k rozváděči vysokého napětí 55 bez mezilehlého transformátoru nebo rozváděče. Transformátor není žádoucí rovněž i na straně středního napětí, a to dokonce i v případě, že napětí na venkovním řetězovkovém trolejovém vedení je vyšší než 25 kV.

Avšak v některých případech je žádoucí, např. z ekonomického hlediska, zařadit mezi třífázové distribuční vedení 40 a rotační měnič 54 transformátor. Obr. 5 zobrazuje alternativní napájecí systém zahrnující tento transformátor 56, který může být tvořen transformátorem podle vynálezu.

Obr. 6 zobrazuje typický nízkofrekvenční napájecí systém používaný ve Švédsku. Třífázové distribuční vedení 40 vysokého napětí napájí stanice s měniči frekvence, např. měničové stanice 61, 62, které jsou situovány ve strategicky důležitých lokalitách podél železnice. V měničových stanicích třífázového vysoké napětí s veřejnou frekvencí se nejprve • · * · * *.· . ;. . : : .· ·: ·· · · · !; i • · 4··φ 4 4 a a ·· ........ .. ..

na střední napětí. Třífázové jednofázové nízkofrekvenční transformuje v transformátoru 62. napětí je potom převedeno na střední napětí známým statickým měničem 63 frekvence.

Nízkofrekvenční jednofázové napětí je nato připojeno k venkovnímu řetezovkovému trolejovému vedení 64, avšak je rovněž i transformováno na vysoké napětí, tj. napětí 132 kV. Toto vyšší napětí je přeneseno do transformátorové stanice, ve které je 'napětí opět transformováno na střední napětí a připojeno k venkovnímu řetezovkovému trolejovému vedení. Na straně vysokého napětí transformátoru 62., mezi transformátorem 62 a měničem 63 frekvence, na nízkofrekvenční straně měniče 63 a na straně vysokého napětí jednofázového transformátoru 65 je zařazen rozváděč. Transformátorová stanice zapojená mezi měničové stanice má rozváděč vysokého napětí na straně vysokého napětí transformátoru a rozváděč středního napětí na druhé straně tohoto transformátoru.

Výhodou tohoto systému ve srovnání s napájecím systémem s veřejnou frekvencí je to, že lokomotiva může být opět napájena z obou konců venkovního řetězovkového trolejového vedeni. Další výhoda spočívá v tom, že přenesení vysokého napětí do transformátorové stanice, situované mezi měničovými stanicemi, umožňuje omezit počet měničových stanic. Použití vysokého přenosového napětí (132 kV ve Švédsku) vede k mnohem účinnějšímu přenosu výkonu. Celková velikost instalované měničové kapacity může být tudíž redukována. V důsledku toho měničové stanice mohou být umístěny ve větším odstupu, typicky 300-400 km. V napájecích systémech s napětím 16,5 kV, 16^2/3 (Švédsko) jsou transformátorové stanice rozmístěny s odstupem 20-40 km.

Pravá strana obr. 6 zobrazuje rotační měnič 66 podle • · • · · I!!!!··· ·♦ ···· ·· -. ·..·· · vynálezu zapojený mezi rozváděč 67 vysokého napětí a rozváděč 68 středního napětí. Výhodou napájecího systému s tímto rotačním měničem 66 je to, že rotační měnič 66 může být přímo připojen k rozváděči 67 vysokého napětí bez mezilehlého transformátoru.

Obr. 7 zobrazuje napájecí systém, který se odlišuje od napájecího systému zobrazeného na obr. 6 tím, že rotační měnič 69 podle vynálezu zahrnuje generátor, který má dva výstupy, z nichž jeden napájí řetězovkové trolejové vedení a druhý napájí nízkofrekvenční vedení 70 vysokého napětí.

Pravá strana obr. 8 zobrazuje typický nízkofrekvenční napájecí systém používaný v Německu, Rakousku, Švýcarsku a USA. Třífázové distribuční vedení 40 vysokého napětí napájí stanice s měniči frekvence, např. měničové stanice 80, umístěné ve strategicky důležitých lokalitách podél železnice. V měničové stanici 80 se třífázové vysoké napětí s veřejnou frekvencí nejprve transformuje na střední napětí. Třífázové střední napětí se nato převede na jednofázové nízkofrekvenční střední napětí. Měnič frekvence může být tvořen zobrazeným statickým měničem nebo rotačním měničem. Nízkofrekvenční jednofázové napětí se potom transformuje na vysoké napětí, tj. napětí 138 kV. Toto vyšší napětí se transformátorových stanic, např.

stanic 81, uspořádaných v odstupu přibližně 10 km v případě systému s napětím 11 kV a frekvencí 25 Hz (USA) nebo 20-40 km v případě systému použitému ve Švédsku, podél železnice me2i měničovými stanicemi. V těchto transformátorových stanicích se uvedené vyšší napětí transformuje opět na střední napětí a připojuje k venkovnímu řetézovkovému trolejovému vedení 82. Na straně vysokého přenese do transformátorových

9 9 9 · ·· ftft napětí transformátoru 83, mezi transformátorem 83 a měničem 80, na nízkofrekvenční straně měniče 80 a na straně vysokého napětí jednofázového transformátoru 84 je zařazen rozváděč. Transformátorová stanice 81 nalézající se mezi měničovými stanicemi má rozváděč vysokého napětí na straně vysokého napětí jeho transformátoru 85 a rozváděč středního napětí na druhé straně tohoto transformátoru 85. Tento systém má všechny výhody napájecích systémů zobrazených na obr. 6 a 7.

V provedení vynálezu zobrazeného na levé straně obr. 8 rotační měnič 86 je zapojen mezi rozváděč vysokého napětí a rozváděč středního napětí. Výhodou napájecího systému s tímto rotačním měničem 86 je to, že rotační měnič 86 může být přímo připojen k rozváděči vysokého napětí ' bez mezilehlého transformátoru nebo rozváděče a může být přímo připojen k nízkofrekvenčnímu rozváděči vysokého napětí bez mezilehlého transformátoru nebo rozváděče. Transformátor 85 může být tvořen transformátorem podle vynálezu.

Obr. 9 zobrazuje princip napájecího systému s veřejnou frekvencí, pro který je žádoucí filtrovací systém 9.0 a systém 91 pro vyrovnání zátěže a omezení poruch, ke kterým dochází v napájecí veřejné síti. Za účelem zlepšení kvality napětí podél venkovního řetězovkového trolejového vedení 93 mohou být použity autotransformátory 93. Interference s ostatními systémy je omezena použitím autotransformátorů. Venkovní řetězovkové trolejové vedení je obvykle rozčleněno na úseky, což omezuje přenosový výkon.

Z obr. 10 je zřejmé, že napájecí systém s rotačními měniči 95 podle vynálezu nevyžaduje filtrovací prostředky a prostředky pro vyrovnání zátěže zobrazené na obr. 9, a venkovní řetězovkové trolejové vedení může být • 4 φ 4 fl • 4

9949 • 4 « 444

4 Λ

9 9 *44 » «44« « 4 * «

4 » * ·· 44 synchronizováno a může spojovat napájecí stanice dohromady. Výstupní napětí a frekvence rotačního měniče 95 může být zvolena z množiny hodnot o velkém rozsahu. V železničním systému s veřejnou frekvencí rotační měnič je výhodně tvořen fázovým měničem popsaným v publikaci Lueger, Lexicon der Technik .

Obvodový diagram na obr. 11 zobrazuje podrobněji princip autotransformátoru. Autotransformátory jsou použity jak v systému s veřejnou frekvencí tak i systému s nízkou frekvencí. Rozestup mezi jednotlivými autotransformátory není velký, tj. činí např. 5-20 km. Skutečnost, že tyto transformátory obsahují olej o hmotnosti typicky 5000 kg, který může uniknout a hořet, představuje velké riziko pro životní prostředí.

Autotransformátor 100, spojený s rozváděčem 101 vysokého nebo středního napětí, je tvořen autotransformátorem podle vynálezu a neobsahuje žádné médium, které by mohlo uniknoutdo okolního prostředí. V důsledku toho, když začne hořet autotransformátor 100, oheň je- méně závažný. Mimoto autotransformátor 100 může být postaven na. jednodušší základy, např. betonový blok.

Proud do lokomotivy se převádí pouze skrze venkovní řetězovkové trolejové vedení. Existuje však několik možných cest, skrze které může protékat zpětný proud. To znamená, že zpětný proud může protékat skrze kolej, skrze zemi z libovolného místa podél koleje, skrze zemní vodiče spojené s kolejí, skrze kovové prvky uložené v zemi, jakými jsou např. stínění kabelů, potrubí, ohrady, apod., skrze vodiče zpětného proudu zapojené paralelně s venkovním řetězovkovým trolejovým vedením.

Ve většině situacích se preferují vodiče zpětného proudu, zejména v hustě osídlených oblastech, kde vysoké proudy protékající, např. potrubním vedením, by byly nebezpečné. Uvedený proud tudíž proudí skrze zpětný vodič a skrze další možné proudové cesty.

V případě, že je použit střídavý systém, mohou být použity proudové transformátory s převodem 1:1. Zpětný proud ve zpětném vodiči je potom nucen být stejný jako proud ve venkovním řetězovkovém trolejovém vedeni. Uvedené transformátory jsou obvykle označovány jako proudové přídavné zvyšovací transformátory. Tyto transformátory mohou být použity v systémech s vodiči zpětného proudu nebo bez vodičů zpětného proudu.

Systém s autotransformátory není pouze určen pro poskytnutí ochrany před nežádoucími zpětnými proudy. Tento systém rovněž má vyšší přenosový výkon. Tento systém má negativní napájecí vedení s napětím fázově posunutým o 180° vůči napětí venkovního řetězovkového vedení. Transformátor je zapojen mezi dvě řetězovkové trolejové napájecí vedení a střed vinutí je připojen ke koleji tratě.

Obr. 12 zobrazuje provedení vynálezu zahrnující proudové přídavné zvyšovací transformátory 110 podle vynálezu. Proudové přídavné zvyšovací transformátory se používají jak v systémech s veřejnou sítí tak i v nízkofrekvenčních systémech. Odstup proudových přídavných zvyšovacích • · • ··* transformátorů není velký, např. 2-5 km. Skutečnost, že proudové přídavné zvyšovací transformátory obsahují olej o hmotnosti, typicky 560 kg, který z transformátoru může uniknout a hořet, představuje riziko pro životní prostředí. Proudové přídavné zvyšovací transformátory 110 podle vynálezu neobsahují uvnitř žádné rizikové médium, které by mohlo uniknout do okolního prostředí. Další výhodou je to, že případný požár transformátoru je mnohem menšího rozsahu.

Obr. 13 zobrazuje jednofázové obvodové schéma typické jednotky statického měniče. Tato jednotka zahrnuje dva transformátory TI a T2 podle vynálezu. Systém na obr. 13 nezahrnuje olejem-izolované transformátory známých napájecích systémů. Transformátory TI, T2 neobsahují uvnitř žádné médium, které by mohlo uniknout do okolního prostředí. Případný požár těchto transformátorů je mnohem menšího rozsahu. Mimoto transformátory TI, T2 mohou být umístěny na jednodušších základech, např. betonovém bloku.

Vynález není omezen na výše popsané a zobrazené systémy, a tudíž odborníkovi v daném oboru jsou zřejmé podobné systémy, které spadají do rozsahu vynálezu definovaného přiloženými nároky.

Izolační vrstva 33 je výhodně vyrobena z pevného termoplastického materiálu, jakým je např. nízko- nebo vysokohustotní polyethylen, polypropylen, polybutylen, polymethylpenten, ethylenethylakrylátový kopolymer, zesítěné materiály, např. materiály typu PEX, kaučuková izolace, např. ethylenpropylenový kaučuk nebo silikonový kaučuk. Polovodičové vrstvy 32, 34 mohou být tvořeny materiálem stejným, jako je materiál izolační vrstvy 33 s tím rozdílem, že tyto polovodičové vrstvy navíc obsahují vodivé částice, • φ · Φφφφ φ φ φφφ · • · · φ φ « * · · · φφφ «φ φφ Μ např. saze nebo kovové částice zapouzdřené uvnitř materiálu těchto vrstev.

Ačkoliv ve výhodném provedení je elektrická izolace vytlačena do určené polohy, je možné vytvořit elektrický izolační systém z těsně ovinutých, překrývajících vrstev materiálu ve formě fólie. Tímto způsobem mohou být vytvořeny jak obě polovodičové vrstvy tak i elektricky izolační vrstva. Izolační systém může být 2hotoven ze zcela syntetické fólie s vnitřní a vnější polovodičovou vrstvou z polymerní tenké fólie tvořené, např. . PP, PET, LDPE nebo HDPE, se zapouzdřenými vodivými částicemi, např. sazemi nebo kovovými částicemi, a s izolační vrstvou mezi polovodičovými vrstvami.

V případě struktury izolačního systému z těsně ovinutých, překrývajících vrstev fólie dostatečně tenká fólie bude mít mezery ve styčných plochách menší než je tzv. Paschenovo minimum, v důsledku čehož není nutná impregnace fólie kapalinou. Suchá vícevrstvá izolace 2 ovinuté fólie má rovněž dobré tepelné vlastnosti.

Jako další příklad může být uveden elektrický izolační systém podobný systému- používajícímu konvenční kabel na bázi celulózy, kde tenký papír na bázi celulózy nebo syntetický papír nebo netkaný materiál je ovinut kolem vodiče tak, že se jednotlivé vrstvy ovinutého materiálu překrývají. V tomto případě polovodičové vrstvy na obou stranách izolační vrstvy mohou být vyrobeny z papíru na bázi celulózy nebo netkaného materiálu vytvořeného z vláken izolačního materiálu, s tím, že do papíru na bázi celulózy nebo netkaného materiálu jsou zapouzdřeny vodivé částice. Izolační vrstva může být zhotovena ze stejných materiálů nebo z jiného materiálu.

• · · • · ·· ····

Další příklad izolačního systému může být dosažen kombinací fólie s vláknitého izolačního materiálu, a to jak ve formě laminátové struktury tak i struktury s překrývanými vrstvami. Jako příklad může být uveden izolační systém komerčně dostupný pod označením PPLP (= páper polypropylen lamináte). Nicméně jsou možné i další kombinace fólie a vláknitých částí. V těchto systémech mohou být použity různé impregnace, např. minerální olej.

Claims (27)

1. Elektrický napájecí systém pro elektrickou trakci, který zahrnuje třífázové distribuční vedení vysokého napětí, transformátorovou stanici připojenou. ke dvěma ze tří fází distribučního vedení nebo k symetrizačnímu zařízení pro převod ze tří fází na dvě fáze (např. Scottovo zapojení) a zahrnující transformátor s vinutím, a trakční napájecí vedení napájené transformátorovou stanicí, vyznačený tím, že uvedené vinutí zahrnuje izolaci zahrnující alespoň dvě polovodičové vrstvy, z nichž každá tvoří ekvipotenciální povrch, a pevnou izolaci uspořádanou mezi uvedenými polovodičovými vrstvami.

2. Elektrický napájecí systém pro elektrickou trakci, který zahrnuje třífázové distribuční vedeni vysokého napětí, rotační měnič připojený ke třem fázím distribučního, vedení a zahrnující vinutí, a trakční napájecí vedení napájené rotačním měničem, vyznačený tím, že uvedené vinutí zahrnuje izolaci zahrnující,alespoň dvě vrstvy, z nichž každá tvoří ekvipotenciální povrch, a pevnou izolaci mezi uvedenými polovodičovými vrstvami.

3. Elektrický napájecí systém podle nároku 2, vyznačený t í m, že mezi distribuční vedení a rotační měnič je zapojen rozváděč vysokého napětí.

• ft • · • ft ftftftft • » ftft ft ftft • ft ftft • · • ftft

4. Elektrický napájecí systém podle nároku 3, vyznačený t í m, že mezi rozváděč a rotační měnič je zapojen transformátor.

5. Elektrický napájecí systém podle nároku 2,3 nebo 4, v yznačený tím, že frekvence napájení při trakčním napájecím vedením je 25 Hz nebo 16 ^2/' Hz.

6. Elektrický napájecí systém pro elektrickou trakci,,který zahrnuje rotační měnič napájený třífázovým distribučním vedením vysokého napětí a zahrnující vinutí, přičemž rotační měnič napájí jednofázové trakční vedení a skrze první transformátor mezilehlé vedení vysokého napětí, které je připojeno k trakčnímu napájecímu vedení skrze jeden nebo více transformátorů, vyznačený tím, že uvedené vinutí zahrnuje izolaci zahrnující alespoň dvě polovodičové vrstvy, z nichž každá tvoří ekvipotenciální povrch, a pevnou izolaci uspořádanou mezi uvedenými polovodičovými vrstvami.

7. Elektrický napájecí systém podle nároku 6, vyznačený t í m, že vinutí uvedeného prvního transformátoru zahrnuje izolaci zahrnující alespoň dvě polovodičové vrstvy, z nichž každá tvoří ekvipotenciální povrch, a pevnou izolaci uspořádanou mezi uvedenými polovodičovými vrstvami.

8. Elektrický napájecí systém podle nároku 6 nebo 7, vyznačený tím, že vinutí dalšího transformátoru nebo každého dalšího transformátoru zahrnuje izolaci zahrnující

4 4

4 4 4 »

4 4 444 • 4 4 4 4

4 · 4 ·

44 44

4 4 • 4 · « ·44» 44 4· alespoň dvě polovodičové vrstvy, z nichž každá tvoří ekvipotenciální povrch, a pevnou izolaci uspořádanou mezi uvedenými polovodičovými vrstvami.

9. Elektrický napájecí systém pro elektrickou trakci, který zahrnuje rotační měnič, který zahrnuje vinutí a je napájen třífázovým distribučním vedením vysokého napětí, přičemž rotační měnič napájí jak jednofázové trakční napájecí vedení nízkého napětí tak i mezilehlé vedení vysokého napětí, které je připojeno k uvedenému trakčnímu napájecímu vedení skrze jeden nebo více transformátorů, vyz.načený tím, že uvedené vinutí zahrnuje izolaci zahrnující alespoň dvě polovodičové vrstvy, z nichž každá tvoří ekvipotenciální povrch, a pevnou izolaci uspořádanou mezi uvedenými polovodičovými vrstvami.

10. Elektrický napájecí systém podle nároku 9, vyznačený t í m, že uvedený transformátor nebo každý uvedený transformátor má vinutí, které zahrnuje izolaci zahrnující alespoň dvě polovodičové vrstvy, z nichž každá tvoří ekvipotenciální povrch, a pevnou izolaci uspořádanou mezi uvedenými polovodičovými vrstvami.

11. Elektrický napájecí systém, který zahrnuje rotační měnič, který má vinutí a je napájen třífázovým distribučním vedením vysokého napětí, přičemž uvedený rotační měnič napájí transformátor, který zase napájí trakční napájecí vedení, vyznačený tím, že uvedené vinutí zahrnuje izolaci zahrnující alespoň dvě polovodičové vrstvy, z. nichž každá • « •· ···· tvoří ekvipotenciální povrch, a pevnou izolaci uspořádanou mezi uvedenými polovodičovými vrstvami.

12. Elektrický napájecí systém podle některého z nároků 2 až 11, vyznačený tím, že uvedený rotační měnič je tvořen synchronním rotačním měničem.

13. Elektrický napájecí systém podle některého z nároků 2 až 11, vyznačený tím, Že uvedený rotační měnič je tvořen asynchronním rotačním měničem.

14. Elektrický napájecí systém podle některého z nároků 2 až 13, v y z n a č e n ý t í m, že uvedený rotační měnič je tvořen jediným strojem s funkcí jak motoru tak i rotoru.

15. Elektrický napájecí systém podle nároku 14, vyznačený t í m, Že uvedený rotační měnič je tvořen fázovým měničem.

16. Elektrický napájecí systém podle nároku 11, vyznačený t í m, že transformátor má vinutí, které zahrnuje izolaci zahrnující alespoň dvě polovodičové vrstvy, z nichž každá tvoří ekvipotenciální povrch, a pevnou izolaci uspořádanou mezi uvedenými polovodičovými vrstvami.

17. Elektrický napájecí systém pro elektrickou trakci, který zahrnuje alespoň jeden autotransformátor, který má vinutí a «444

4 4 4·· • 4 · ·

4 4 4 4

44 44 je zapojen mezi trakční napájecí vedení a nulové vedení, v yznačený tím, že uvedené vinutí zahrnuje izolaci zahrnující alespoň dvě polovodičové vrstvy, z nichž každá tvoří ekvipotenciální povrch, a pevnou izolaci uspořádanou mezi uvedenými polovodičovými vrstvami.

18. Elektrický napájecí systém pro elektrickou trakci, který zahrnuje alespoň jeden proudový přídavný zvyšovací transformátor, který má vinutí a je zapojen mezi trakční napájecí vedení a zpětný vodič, vyznačený tím, že uvedené vinutí zahrnuje izolaci zahrnující alespoň dvě polovodičové vrstvy, z nichž každá tvoří ekvipotenciální povrch, a pevnou izolaci uspořádanou mezi uvedenými polovodičovými vrstvami.

19. Elektrický napájecí systém pro elektrickou trakci, zahrnující statický měnič kmitočtu zapojený mezi dva transformátory, z nichž každý má vinutí, vyznačený tím, Že uvedené vinutí zahrnuje izolaci zahrnující alespoň dvě polovodičové vrstvy, z nichž každá tvoří ekvipotenciální povrch, a pevnou izolaci uspořádanou mezi uvedenými λ polovodičovými vrstvami.

*

20. Elektrický napájecí systém podle některého z předcházejících nároků, vyznačený t i m, že alespoň jedna z uvedených vrstev má koeficient tepelné roztažnosti stejný, jako je koeficient tepelné roztažnosti pevné izolace.

·* ·· 98 ·· • · ·· ···♦

21. Elektrický napájecí systém podle některého z předcházejících nároků, vyznačený tím, že dráhy magnetického teku v jádře magnetického obvodu v uvedeném transformátoru nebo každém uvedeném transformátoru nebo rotačním měniči jsou vytvořeny z desek uspořádaných jedna na

druhé a/nebo předkovaného a/nebo práškového železa. Železa a/nebo odlitého železa 22. Elektrický napájecí systém podle některého . z předcházejících nároků, v y z n a č e n ý tím, že nejvnitřnější polovodičová vrstva (32), která obklopuje alespoň jeden vodič (31) má vodiče (31). stejný potenciál jako vodič nebo 23. Elektrický napájecí systém podle některého z

předcházejících nároků, vyznačený tím, že vnější polovodičová vrstva (34) je připojena ke zvolenému potenciálu.

24. Elektrický napájecí systém podle nároku 22, vyznačený t í m, že zvoleným potenciálem je zemní potenciál.

25. Elektrický napájecí systém podle některého z předcházejících nároků, vyznačený tím, že vodič elektrického proudu vinutí je tvořen množinou pramenů, z nichž pouze několik není vzájemně izolováno.

26. Elektrický napájecí systém podle některého i » předcházejících nároků, vyznačený tím, Že uvedené vinutí nebo uvedená vinutí a rovněž permanentně izolované spojovací vodiče pro vysokonapěťový proud mezi jednotkami systému jsou vyrobeny z kabelu (6) s pevnou izolací pro vysoké napětí, přičemž kabel (6) zahrnuje alespoři dvě polovodičové vrstvy (32,34) a rovněž prameny (36), které jsou . tvořeny izolovanými nebo neizolovanými prameny.

27. Elektrický napájecí systém podle nároku 26, vyznačený t í m, že kabel (6) na vysokého napětí má průřez vodičem mezi 30 a 3000 mm² a vnější průměr mezi 10 a 250 mm².

28. Elektrický napájecí systém podle některého z předcházejících nároků, vyznačený t í m, Že uvedené vinutí je dimenzováno na jmenovité napětí od 10 do 800 kV.

29. Elektrický napájecí systém podle nároku 28, vyznačený t í m, že uvedené jmenovité napětí je vyšší než 36 kV.

i 30. Elektrický napájecí systém podle nároku 28, vyznačený t i m, že uvedené jmenovité napětí je vyšší než 72,5 kV.