JP4954279B2 - 走行路構成要素と変電所とを含んだ装置、および、変電所から走行路構成要素に電気エネルギーを供給する方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文に記載の特徴を有する装置に関する。

周知のように、鉄道区間又は磁気浮上鉄道区間のような軌道案内される走行路は、走行路に関係する走行路構成要素を装備している。これらは、一般に電気エネルギーを供給され、電気エネルギーは走行路構成要素に接続された変電所から供給される。走行路構成要素は、例えば分岐装置、通信装置、信号装置等である。

例えば上海で建設されたトランスラピッド区間には多数の変電所が存在し、変電所は予め与えられた数の走行路構成要素に開閉点の形で接続されている。開閉点は車両同期式のステータセクション切換を実行する。図１はこの装置を概略的に示す。図１においては、入力側を２０ｋＶ給電線２０に接続されている２つの変電所１０と１５が認識される。２０ｋＶ給電線２０は、例えば変電所毎にエネルギー供給を行う中間電圧ケーブルリングである。変電所１０と１５の相互の距離ｄは平均に約４ｋｍである。出力側で、両変電所は各々放射状に予め与えられた数の開閉点に接続されている。図１は変電所１０の開閉点を符号２５、３０および３５で示す。変電所と開閉点との間の接続線４０は、トランスラピッド区間の場合、４００Ｖの電圧を印加されている３相交流ケーブルである。

個々の接続線４０の設計は、個別的に各電線における最大予想電圧降下に基づいて行われ、個別の各開閉点の起こり得る最大負荷に対し能力が出せるように設計されている。開閉点の保護装置と監視電子装置の開閉安全性への要求のため、供給電圧の許容誤差は最大で公称電圧の−７〜＋１０％の範囲にあるべきである。この必要条件を守るには、各電線の電圧降下を考慮に入れるべく、接続線４０のケーブルの公称断面積を比較的大きく選定せねばならない。開閉点２５と変電所１０との間の距離が２ｋｍの場合、銅ケーブルの使用時に、例えば２５ｍｍ²の導体断面積が必要である。

本発明の課題は、冒頭に述べた装置を、従来よりも簡単に計画でき、かつ従来よりも低コストで製造できるように、更に発展させることにある。

この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴を有する装置によって解決される。本発明の有利な構成は従属請求項に示す。

即ち、変電所は、接続されている走行路構成要素が動作のために動作電圧として必要とするより高い出力電圧を発生するように構成され、かつ走行路構成要素が、変電所から供給される供給電圧を、各走行路構成要素に個別的に必要とされる動作電圧に低減する電圧低減装置を各々装備している。

本発明による装置の主要な利点は、装置において変電所とこれに接続されている走行路構成要素との間の接続線が電気負荷に関して個別的に設計すればよい点にある。何故ならば、走行路構成要素が実際に必要とするよりも高い出力電圧が接続線に印加される事実に基づき、比較的少ない電流で、必要なエネルギーが伝送可能だからである。具体的には、供給電圧を大きく選ぶ程、必要な電流が小さくなる。他方で、電流が小さい程、接続線を介する電圧降下も小さくなり、そして負荷変動時の各走行路構成要素の入力端における供給電圧変動も小さくなる。走行路構成要素側で必要であるよりも高い供給電圧を伝送し、かつ電圧適合化を走行路構成要素内で個別的に行うと言う本発明の構想に基づき、接続線の選択と設計に関する計画費用が従来よりも明白に少なくなる。説明した少ない計画費用は、設備の計画段階中に又は製造後にもなおも構成上の変更が行なわれ、その結果、接続線の長さが後から変更される場合に、非常に大きな経済的な役割を演じる。何故ならば、本発明において接続線の長さの変化が、小さな供給電流だけであるため、接続線断面積の選択にとって少なくとも重要な役割を演じないからである。

本発明による装置の他の主要な利点は、装置がトランスピット゛から予め知られている装置よりも少ないコストとなし得る点にある。何故ならば、接続線における小さい供給電流の故に、小さい断面積を有する接続線が使用可能なので、接続線コストが大幅に減る。確かにこのコストメリットの一部は、走行路構成要素側に必要な電圧低減装置により相殺されるが、本発明による装置では全体として明白なコストメリットが残されている。

走行路構成要素のための動作電圧をほぼ一定に留まることを保証すべく、走行路構成要素の電圧低減装置が各々調整装置を有し、少なくともほぼ一定の動作電圧が各々の走行路構成要素のために形成されるように、調整装置が各走行路構成要素に印加される供給電圧の負荷依存性変動を調整することが有利であることが解った。

調整装置は、各走行路構成要素に印加される供給電圧の負荷依存性変動が、各公称値の−５０〜＋２０％範囲に補償されるように構成されていることが好ましい。

接続線における電流をできるだけ低減するには、出力電圧が走行路構成要素の必要な動作電圧の少なくとも２倍の大きさであると有利であることが解った。

装置は、磁気浮上鉄道区間の電気的な補助エネルギー供給のために使用するとよい。この場合、少なくとも２つの走行路構成要素が、各々磁気浮上鉄道区間における区間側のステータセクションに接続され、かつ磁気浮上鉄道のための車両同期式のステータセクション切換を配慮する開閉点をなすと有利である。

装置の第１の好適な変形例によれば、変電所と少なくとも２つの走行路構成要素とがエネルギー母線ケーブルを介して接続され、エネルギー母線ケーブルに各走行路構成要素がエネルギー母線ケーブルの中断なしに接続される。この変形例の主要な利点は、接続線とそれに伴う投資および敷設のコストを節約できる点にある。何故ならば、各開閉点と変電所との間の放射状の接続も代えて、殆ど唯一のケーブルのみが必要であり、つまり変電所から最も遠くに離れた開閉点迄延在し、その際に中間にある開閉点に電気的に接触しながら通過する唯一のケーブルのみが必要だからである。エネルギー母線ケーブルは、電力コストを節約すべく、例えば単相である。

装置の第２の有利な変形例によれば、各走行路構成要素の一つ一つが、前置された走行路構成要素と後置された走行路構成要素とに各々個別のケーブル部分によって接続される。すなわち、図４に示したとおり、電気的等価回路の観点からは、並列に接続され、而して各走行路構成要素をそれぞれ１つずつのモジユールと見做すという観点からは、それらの各モジュールがあたかも互いに直列的に接続されたような配置となっている。その具体的な接続構成とは、後置された走行路構成要素へのケーブル部分と前置された走行路構成要素へのケーブル部分とが、いわゆるループスルー接続構造を成しており、このループスルー接続構造によって、各走行路構成要素が互いに電気的に接続されている、ということである。そして、走行路構成要素の少なくとも１つは、電気的に接続ケーブルを介して変電所に接続される。それらケーブル部分および接続ケーブルは、電力コストを節約すべく単相であるとよい。

エネルギー母線ケーブル又はケーブル部分と接続ケーブルのために、４心の交流電流接続線を使用と特に有利である。この接続線においては、線路リアクタンス（インピーダンスとインダクタンス）を最小にしかつ伝送特性を最適にすべく、各々２つの直径上で対向する導体が並列に接続されるとよい。

単相変圧器、特に環状鉄心変圧器を有する電圧低減装置が、特に低コストで、従って有利に構成できる。

変電所から給電される走行路構成要素が、例えば分岐制御装置、電気通信装置又は無線装置であるとよい。

更に、本発明は、軌道案内される走行路における走行路に関係のある少なくとも２つの走行路構成要素に電気エネルギーを供給する方法であって、走行路構成要素が同一の変電所から供給電圧を供給される方法に関する。

この方法を簡単にかつ低コストで実施可能にすべく、本発明によれば、変電所の出力側に、走行路構成要素が動作のために動作電圧として必要とするよりも高い出力電圧が発生され、走行路構成要素において、各電圧低減装置により、変電所から供給される供給電圧が各走行路構成要素に個別的に必要とされる動作電圧に低減、特に低減調整される。

本発明による方法の利点と本発明による方法の有利な構成に関しては、本発明による装置に関連した上記説明を参照されたい。

以下、実施例に基づき本発明を更に詳細に説明する。

図１〜４において、同一又は対比可能な構成要素には同一の参照符号を使用する。

図２は、磁気浮上鉄道区間のために使用可能である電気装置１００を示す。装置１００は、例えば電圧Ｕ１＝４００Ｖで動作する給電系統１０５を含む。給電系統１０５には変電所１１０が接続されている。

変電所１１０は変圧器１２０を有し、変圧器１２０は入力側に印加される電圧Ｕ１を、例えばＵ２＝１ｋＶの高い出力電圧Ｕ２に昇圧する。出力側において変圧器１２０、従って変電所１１０は、エネルギー母線ケーブル１３０に接続されている。エネルギー母線ケーブル１３０には多数の走行路構成要素が接続されており、図２はそれらのうち２つの走行路構成要素を参照符号１４０および１５０により示している。

エネルギー母線ケーブル１３０の使命は、磁気浮上鉄道区間の走行路構成要素に変電所毎に補助エネルギーを供給することにある。

走行路構成要素１４０と１５０は、例えば分岐制御装置、電気通信装置、無線装置等である。以下においては例示的に、走行路構成要素１４０と１５０が、各々磁気浮上鉄道区間の区間側のステータセクションに接続され、磁気浮上鉄道のための車両同期式のステータセクション切換を行うものと仮定する。

両開閉点１４０と１５０は入力側に各々電圧低減装置２００を有し、電圧低減装置２００は、例えば変圧器２１０、特に環状鉄心変圧器を装備している。変圧器２１０は、入力側に印加される、エネルギー母線ケーブル１３０を介する幾分かの電圧降下ΔＵ２を除いた、変圧器１１０の出力電圧Ｕ２に基づく電圧Ｕ２’を、例えば３００Ｖの低い供給電圧Ｕ３に降圧する。従って、変圧器２１０は、例えば１ｋＶ／３００Ｖ変圧器である。

変圧器２１０の出力側は、電圧低減装置２００に属する調整装置２２０に接続されている。調整装置２２０は、例えば１１０〜３００Ｖのできるだけ広い許容入力電圧範囲を持つ電圧一定調整回路（例えば蓄電池を持った又は持たないＵＳＰ（無停電電流源）、電源ユニットを有する電源変圧器、インバータ、可調整変圧器）である。出力側において調整装置２２０は、例えば２３０Ｖの比較的一定の動作電圧Ｕ４を発生する。動作電圧Ｕ４は走行路構成要素１４０と１５０における、図の見易さのために図２に詳しく示さない残りの構成部分によって更に処理される。

エネルギー母線ケーブル１３０は、例えば図３に詳しく示す４心ケーブルにより形成されているとよい。ケーブル１３０は、４つの扇形導体３１０、３１５、３２０および３２５を有する。これらは、各々直径上において対向する扇形導体が並列に接続されているように、外側で配線される。従って、図３の例において、導体３１０と３２０の電流は、直観的に見れば図平面の中に流れ込むのに対し、導体３１５および３２５の電流は直観的に見れば図平面から外へ流れ出る。エネルギー母線ケーブル１３０のこの外側配線により電線インダクタンスが減少し、導線容量が高まるので、電線を介する電圧降下が減り、変電所１１０の無効電力需要が少なくとも部分的に補償される。

図２による装置は次のとおり動作する。

給電系統１０５から、例えば４００Ｖの電圧Ｕ１が変電所１１０に供給される。変電所１１０は入力側に印加される電圧Ｕ１を、例えば１ｋＶの高い交流出力電圧Ｕ２に昇圧する。

出力電圧Ｕ２が供給電圧Ｕ２'として変圧器２１０に到達し、変圧器２１０が供給電圧Ｕ２'を、例えば３００Ｖの低い供給電圧Ｕ３に変換する。調整装置２２０は低減された供給電圧Ｕ３を用いて、例えば２３０Ｖの比較的一定の交流動作電圧Ｕ４を発生する。

エネルギー母線ケーブル１３０における電流Ｉが非常に大きい場合、エネルギー母線ケーブル１３０で比較的大きな電圧降下ΔＵが発生するので、供給電圧Ｕ２’が場合によっては明白に低下する。即ち、次式が当てはまる。
Ｕ２＝Ｕ２'＋ΔＵ

図２の装置の場合、このような電圧降下ΔＵは幸いなことにあまり重要視されない。何故ならば、十分な「電圧予備」が存在するからである。電圧降下ΔＵが出力電圧の半分の大きさになったとしても、図２の装置はなおも動作可能である。それは、この場合にＵ２’が常になおも５００Ｖであり、これは調整装置２２０の動作のために十分だからである。即ち、供給電圧Ｕ２'＝５００Ｖが変圧器２１０において１５０Ｖの低い供給電圧Ｕ３に変換され、これは１１０Ｖと３００Ｖとの間の調整装置２２０の既述の許容入力電圧範囲にあるという訳である。

エネルギー母線ケーブル１３０の利点は、磁気浮上鉄道の運転中に発生して作動する開閉点の場所的および時間的な進行に伴い、変電所１１０に接続されている開閉点（負荷）の内の非常に僅かな開閉点のみに十分な電力を供給しさえすればよいのに対し、残りの開閉点（負荷）においては基底負荷のための少ない電力で十分であることにある。従って、エネルギー母線ケーブル１３０はこの負担に対してのみ最適化されればよい。

最後に走行路構成要素の設計に関して言及するに、エネルギー母線ケーブル１３０における電圧降下ができるだけ小さいままであるように、走行路構成要素はできるだけ正弦波状の入力電流を引き込むべきである（波高率１．４１）。代替的又は追加的に、力率を最適化すべく、走行路構成要素が能動的なＰＦＣ装置（力率改善装置）を備えるとよい。走行路構成要素の無効電力需要もできるだけ小さくあるべきである。

図４は装置の他の実施例を示す。図２の実施例と違い、この装置の場合には、エネルギー母線ケーブル１３０が存在せず、ループスルー接続線１３０'が存在する。具体的には、走行路構成要素１４０、１５０および１６０は、それら一つ一つを個々のモジュールと見做せば、それらの各モジュールがあたかも互いに直列的に接続されているような配置構成となっている。但しこの場合、電気的等価回路の観点からすれば、各走行路構成要素１４０、１５０、１６０は、互いに並列接続された回路構成となっている。その回路構成は、さらに具体的には、中間の走行路構成要素１５０が、一方では、それに対して前置されている走行路構成要素１４０に個別ケーブル部分４００を介して接続されると共に、他方では、それに対して後置された走行路構成要素１６０に他の個別ケーブル部分４１０を介して接続されている。両ケーブル部分４００、４１０は、走行路構成要素１５０の内側又は外側に配置されたループスルー接続４２０を介して、互いに電気的に接続されている。走行路構成要素の少なくとも１つ、ここでは走行路構成要素１４０が、接続ケーブル４３０を介して、変電所１１０に電気的に接続されている。

走行路構成要素１６０には、勿論、図４において走行路構成要素１６０の右側の点線で示すように、更に別の走行路構成要素を相応の方法で接続することもできる。

更に言及しておくに、図２による走行路構成要素１４０および１５０と、図４による走行路構成要素１４０、５０および１６０とは、異なって構成されていてよく、例えば異なる電圧Ｕ３とＵ４の発生および処理をしてよい。

従来の装置の実施例を示す概略図 エネルギー母線ケーブルを有する本発明による装置の実施例を示す概略図 図２による装置のためのエネルギー母線ケーブルの実施例を示す概略図 ループスルーケーブルを有する本発明による装置の第２実施例を示す概略図

符号の説明

１０、２０、２１０ 変圧器、２０ 給電線、２５、３０、３５ 開閉点、４０ 接続線、１００ 装置、１０５ 給電系統、１１０ 変電所、１２０ 変圧器、１３０ エネルギー母線ケーブル、１４０、１５０、１６０ 走行路構成要素、２００ 電圧低減装置、２２０ 調整装置、３１０、３１５、３２０、３２５ 扇形導体、４００、４１０ ケーブル部分、４２０ ループスルー接続、４３０ 接続ケーブル、Ｕ１、Ｕ２、Ｕ２’、Ｕ３ 電圧、Ｉ 電流、ｄ 距離、

Claims (9)

1. 磁気浮上鉄道における軌道で案内される走行路に関係した少なくとも２つの走行路構成要素（１４０、１５０）と、前記少なくとも２つの走行路構成要素（１４０、１５０）に電気的に接続されており、それらに電気エネルギーを供給すべく出力電圧（Ｕ２）を出力する変電所（１１０）と、を含んだ装置（１００）であって、
   前記変電所（１１０）が、当該変電所（１１０）に接続されている前記走行路構成要素（１４０、１５０）の動作のための動作電圧として必要とされる電圧（Ｕ４）よりも高い出力電圧（Ｕ２）を出力するように構成されており、
   前記走行路構成要素（１４０、１５０）の各々が、前記変電所から供給されて来た供給電圧（Ｕ２'）を当該走行路構成要素（１４０、１５０）の各々にとって個別的に必要とされる前記動作電圧（Ｕ４）へと低減する電圧低減装置（２００）を、それぞれ備えていると共に、前記磁気浮上鉄道の区間側に設けられた当該磁気浮上鉄道のための車両同期式の複数のステータセクションの１つずつに、それぞれ接続されており、かつ、前記ステータセクションの電気的な切換に関与する開閉点を成している
   ことを特徴とする、走行路構成要素と変電所とを含んだ装置。
2. 前記電圧低減装置（２００）の各々は、前記走行路構成要素（１４０、１５０）それぞれのための少なくともほぼ一定の動作電圧（Ｕ４）が形成されるように、前記走行路構成要素（１４０、１５０）に印加される供給電圧（Ｕ２'）の、当該走行路構成要素（１４０、１５０）の負荷変動に依存して生じる変動を、低減せしめる方向に調整する、調整装置（２２０）を備えている、もしくは兼務している
   ことを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記調整装置（２２０）の各々は、前記走行路構成要素（１４０、１５０）にそれぞれ印加される供給電圧（Ｕ２'）の、当該走行路構成要素（１４０、１５０）の負荷変動に依存して生じる変動を、各々の公称値の−５０％から＋２０％までの範囲内に収めるように補償する
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の装置。
4. 前記磁気浮上鉄道区間の電気的な補助エネルギーの供給のために使用される
   ことを特徴とする請求項１から３の１つに記載の装置。
5. 前記変電所（１１０）および前記少なくとも２つの走行路構成要素（１４０、１５０）が、エネルギー母線ケーブル（１３０）を介して接続されており、かつ当該エネルギー母線ケーブルには、各前記走行路構成要素が並列接続されている
   ことを特徴とする請求項１から４の１つに記載の装置。
6. 前記エネルギー母線ケーブルが、単相交流用のケーブルである
   ことを特徴とする請求項５記載の装置。
7. 複数の前記走行路構成要素（１４０、１５０、１６０）は、それぞれ、１つの走行路構成要素（１５０）が、それに対して前置された走行路構成要素（１４０）に個別ケーブル部分（４００）を介して接続されると共に、それに対して後置された走行路構成要素（１６０）に他の個別のケーブル部分（４１０）を介して接続されて、当該複数の走行路構成要素（１４０、１５０、１６０）全体としての接続構成が、電気的等価回路の観点からは、連続する各個別のケーブル部分（４００、４１０）によって各前記走行路構成要素（１４０、１５０、１６０）が互いに並列接続された回路構成になっていると共に、個々の前記走行路構成要素（１４０、１５０、１６０）をそれぞれ一つ一つのモジュールと見做す観点からは、連続する各個別のケーブル部分（４００、４１０）を介して各前記モジュールが互いに直列的に接続された配置構成となっており、かつ
   前記走行路構成要素（１４０、１５０、１６０）のうちの少なくとも１つが、接続ケーブル（４３０）を介して前記変電所（１１０）に接続されている
   ことを特徴とする請求項１から５の１つに記載の装置。
8. 前記走行路構成要素（１４０、１５０、１６０）の備えている少なくとも１つの前記電圧低減装置（２００）が、前記供給電圧（Ｕ２'）を降圧する変圧器（２１０）を有する、または、前記走行路構成要素（１４０、１５０、１６０）が、分岐制御装置または電気通信装置もしくは無線装置として構成されている
   ことを特徴とする請求項１から７の１つに記載の装置。
9. 磁気浮上鉄道における軌道で案内される走行路の、当該走行路に関係した少なくとも２つの走行路構成要素（１４０、１５０）に、同一の変電所（１１０）から電気エネルギーを供給する方法において、
   前記変電所（１１０）から、前記走行路構成要素（１４０、１５０）の動作のための動作電圧（Ｕ４）として必要とされるよりも高い出力電圧（Ｕ２）を出力させ、
   前記変電所（１１０）から出力されて各前記走行路構成要素（１４０、１５０）へと供給されて来た供給電圧（Ｕ２'）を、各前記走行路構成要素（１４０、１５０）に設けておいた電圧低減装置（２００）によって、各前記走行路構成要素（１４０、１５０）で個別的に必要とされる動作電圧（Ｕ３、Ｕ４）へと低減し、
   前記磁気浮上鉄道の区間側に設けられている当該磁気浮上鉄道のための車両同期式の複数のステータセクションの１つずつに、前記少なくとも２つの走行路構成要素（１４０、１５０）をそれぞれ接続して開閉点を成しておき、前記動作電圧（Ｕ４）を用いて前記少なくとも２つの走行路構成要素（１４０、１５０）の前記開閉点を駆動して、前記ステータセクションの電気的な切換を制御する
   ことを特徴とする、変電所から走行路構成要素に電気エネルギーを供給する方法。

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