KR20010032059A - 전기 공급 시스템 - Google Patents

Abstract

견인용 전기 공급 시스템은 예컨대, 단권 변압기 또는 전류 승압 변압기와 같은 적어도 하나의 변압기 및 회전 변환기를 구비한다. 변압기 또는 회전 변환기는, 각각 실질적으로 등전위면을 제공하는 적어도 2개의 반도체층(32, 34)으로 이루어지는 절연체를 포함하는 권선과 반도체층 사이의 고체 절연체 (33) 를 구비한다.

Description

전기 공급 시스템{ELECTRICITY SUPPLY SYSTEM}

통상, 전기 기계 내의 자기 회로는 예컨대, 용접 구조물로 시트 강판을 적층한 코어로 이루어져 있다. 환기와 냉각을 위해, 코어는 종종 방사상 및/또는 축상의 환기 덕트(duct)를 갖춘 스택(stack)으로 분리된다. 대형 기계에서는, 적층체를 세그먼트로 천공하여 기계의 프레임에 부착하며, 적층된 코어는 압축 핑거(finger)와 압축링에 의해 함께 고정된다. 자기 회로의 권선은 코어 내의 슬롯에 배치되고, 슬롯은 통상 직사각형 또는 사다리꼴 형상의 단면을 가진다.

다상 전기 기계에 있어서, 권선은 단일 또는 이중층 권선으로 이루어진다. 단일층 권선에는 슬롯 당 오직 하나의 코일면이 있고, 반면에 이중층 권선에 있어서는, 슬롯당 2개의 코일면이 있다. 코일은 하나 이상의 도체들이 수직 또는 수평으로 결합되어 있고, 공통 코일 절연재 즉, 대지에 대한 기계의 정격 전압에 견디도록 고안된 절연재가 제공된 것을 의미한다.

이중층 권선은, 일반적으로 다이아몬드 권선으로 제조되는데 반해, 본문의 단일층 권선은 다이아몬드 또는 편평한 권선으로 제조할 수 있다. 다이아몬드 권선에서는, 오직 한(가능하면 2개) 코일폭만이 존재하고 반면에, 편평한 권선은 코일폭을 폭넓게 변화시킬 수 있는 동심 권선으로 제조된다. 코일폭이란 동일한 코일에 속하는 2개의 코일면들 사이의 아크 치수 상의 거리를 의미한다.

통상, 대부분의 대형 기계들은 동일한 크기의 2중층 권선과 코일들로 제조된다. 각 코일은, 한쪽 면은 한층에, 다른쪽 면은 다른층에 배치된다. 이것은 모든 코일들이 코일 단부에서 서로 교차한다는 것을 의미한다. 만약, 2개 이상의 층이 있다면, 이들 교차는 권선 작업을 복잡하게 하고 코일 단부는 덜 만족스럽게 된다.

역사상, 선로 운영에서는 상이한 전압과 주파수를 갖는 많은 공급 시스템이 발전되어 왔다. 일단 한 영역에서 시스템이 설정되면, 다른 시스템으로의 변경은 운영에 있어 많은 비용과 운영상의 혼란을 초래하게 된다. 원칙상, 전압 공급에 있어 3가지의 주요 해결책 즉, 직류 전압 시스템, 공용 주파수 교류 전압 시스템 및 저주파 교류 전압 시스템이 있다. 이것은 많은 견인용 차량들(기관차와 버스)과 여객용 객차들이 하나 이상의 전원 시스템을 갖추어야 한다는 것을 의미했다. 현재, 상이한 국가들 간의 교통 수단을 통합한 기관차와 버스가 존재하며, 상이한 전원 시스템 및 동일한 전원 시스템 내의 변동을 관리할 수 있다.

트랙 전원용 전기 에너지는 종합 분배망으로부터 얻어지거나 또는 철도에 의해 운영되는 발전소에서 발생될 수 있다. 이러한 배치는 공급이 교류 또는 직류 전압이냐에 따라 달라질 수 있다. 직류의 경우, 공용 분배망에 의해 공급되는 교류 전압으로부터의 변환용으로, 전기 정류기 역이 필요하다. 이러한 정류기 역은, 선로를 따라 특정 지점에서 직류 전압을 공급한다. 산업용 주파수(50 또는 60㎐)로 교류를 공급하는 경우에, 특정 지점에서는 기관차 사이리스터 구동기에서 발생된 고조파 성분이 공용 전력 시스템으로 주입되는 것을 방지하는 변압기 필터와 견인 부하의 균형 조절을 위한 장치가 필요하다. 3상에서 2상으로의 변환은, 스콧 결선과 같은 특별한 변압기 접속에 의한 영향을 받을 수 있다. 이러한 결선 유형이 지닌 단점은 많은 권선들과 코어 질량이 큰 것을 요구한다는 것이다. 또다른 단점은, 공용 주파수 공급 시스템이 저주파 시스템에 비해 낮은 전력전송 능력과 높은 유도손실을 가지고, 견인 부하는 급전선 망으로의 교란을 야기시킨다는 점이다. 저주파 교류(16⅔ 또는 25㎐) 전류로 대전하는 경우에, 공용 배선망의 산업용 주파수로부터 전압을 변환시키기 위해 변환기 역이 필요하거나 또는 저주파 교류 전류용의 특별한 발전소와 분배망이 필요하다.

적절하고 간단하게 제어되는 모터로 인해, 처음에는 직류 전압 대전이 선택되었고 직렬 여기된 직류 모터가 이용 가능하였다. 이전에는, 3상 교류 전압이 회전 변환기 또는 수은 전류기를 이용하여 직류 전압으로 변환되었지만, 현재는 통상, 6 또는 12펄스 릴레이로 변환이 이루어진다.

직류 전압 시스템은, 전류가 직류 모터에서 바로 사용될 수 있다고 하는 장점을 가지고 있다. 교류 전압의 경우처럼, 전압을 단계적으로 낮추기 위해 차량에 어떠한 무거운 변압기도 필요로 하지 않는다. 그러므로, 직류 전압이 공급되는 차량은 다소 덜 고가이고 제조하기가 더 용이하다. 낮은 직류 전압은 안전성 측면에서 유리하다(예컨대, 가끔 노출될 수 있는 전력 모선(busbar)을 사용하는 지하철에서).

직류 전압 동작이 지닌 단점은 주로 낮은 저압인데, 이것은 전류와 전압의 강하 및 손실이 크다는 것을 의미한다.

이것은, 큰 도체 면적과 촘촘하게 놓여진 정류기 역들(보통, 역간 거리가 10㎞ 미만)에 의해 보상되어져야 한다. 이것은 고가의 발전 설비를 요구한다. 이러한 단점들은 특히, 고속 운행과 같은 고 전력에서 눈에 띄게 나타난다. 높은 전력을 가진 정류기 역들은 서로 가깝게 지어져야만 하고, 열차가 미지의 공급역을 통과하는 짧은 시간 동안에만 사용된다. 또다른 단점은 매우 큰 단락 회로 전류이다.

견인 모터용 공업 주파수(50 또는 60㎐)를 사용할 수 있게 되기전에, 제 1 교류 전압 시스템이 저주파 전압(15 내지 16⅔ 또는 25㎐)으로 대전된다. 이러한 시스템에서 장시간 사용된 견인 모터는, 단상 직렬 정류기 모터였고 또, 단상 견인 모터라고 알려져 있었다. 교류 전류가 제공되기 때문에, 필드와 회전자 전류가 매 반주기마다 반전된다는 점을 제외하고는 이것은 직류 전류 모터와 거의 같은 기능을 하게 된다. 전류(commutation)가 과전압 또는 아크의 손상없이 기능하기 위해서는 낮은 주파수와 저속의 모터가 선택되어져야만 한다. 저주파 교류 전압이 지닌 장점은, 공용 주파수에 비해 보다 나은 전력 전송 능력을 가진다는 점이다.

직류 시스템과 반대인 교류 시스템이 지닌 주요 장점은 교류 전압이 변환될 수 있다는 점이다(심지어, 직류 전압은 현재 소위 초퍼(choppers)를 사용하여 변환될 수 있다). 그러므로, 모터가 동작하는 전압과 관련하여, 상부 도체 상에서 상대적으로 높은 전압을 유지할 수 있다. 상부 도체에서의 높은 전압으로 인하여 전류는 더 낮아지고 따라서, 더 양호한 전력 전송 능력을 갖추게 되고 라인망에서의 손실이 줄어들게 된다. 공급 역들은 멀리 떨어져 있을 수 있다(30-120㎞). 그러나, 단점은 견인 모터가 크고 제어 기술이 복잡해진다는 점이다.

또다른 단점은, 모터 발전기 즉, 일반적으로 50㎐ 동기 모터가 사용될 주파수 변환기가 필요하다는 점이고, 이러한 동기 모터는 단상 16⅔㎐ 동기 발전기를 구동시킨다. 비동기 접속용으로는, 50㎐ 모터/발전기가 매우 낮은 주파수의 교류(세르비우스 엔진)가 공급되는 특별한 회전자와 비동기가 된다. 전력은 양방향으로 공급될 수 있다. 모터는 발전기보다 3배나 많은 극(pole)을 가진다. 회전 변환기는 절연이 너무 지나치게 되는 것을 방지하기 위해 다소 낮은 공칭 전압(6㎸)용으로 설치된다. 그러므로, 변압기는 변환기의 전후 양쪽에 필요하다. 몇몇 변환기는 통상, 동일한 발전소에서 나란하게 동작한다.

동기 또는 비동기일 수 있는 회전 변환기는, 상부 도체망과 차량에서 발생하는 무효 전력 손실을 보상할 수 있는 무효 전력을 생산할 수 있다. 또한, 회전 변환기는 공용 분배망과 상부 도체 시스템 사이의 전기적인 격리를 제공한다. 무효 전력은 회전 변환기에 의한 공용 분배망에 공급될 수 있다.

회전 변환기의 주 단점은 큰 동기/비동기 기계의 시동에 시간이 소요되고 위상 정합이 복잡하다는 것이다. 전력에 대한 갑작스런 수요를 만족시키는 것이 가능해야 한다. 그러므로, 기계는 무부하시 또는 장시간 동안 저 전력으로 예비용으로 동작되어야만 한다. 또다른 단점은 무부하시의 상술한 동작에 의해 부분적으로 야기되는 에너지 손실이다.

새로운 설치에는 회전 변환기가 정적 변환기로 대체되었다. 정적 변환기는, 상부 전차선 도선에서 발생하는 무효 전력 손실을 보상할 수 있는 무효 젼력을 생산할 수 있다. 그러나, 고조파는 3상과 단상 양측에서 모두 더 높다. 또한, 정적 변환기는 유도 부하에 의해 야기되는 전압 강하를 보상하기 위한 무효 전력을 발생시킬 수 없다.

이상에서 명확한 것처럼, 전기적으로 동작되는 선로에 사용되는 다양한 시스템들은 상대적으로 복잡하고 고가이다.

이상에서 언급된 유형의 기계들은, 종래의 고정자 권선으로는 전압을 낮추는 변압기를 사용하지 않고서는 고전압망 예컨대, 145㎸에 접속할 수 없다. 이같은 방식으로 변압기를 통해 고전압망에 접속된 모터의 사용은, 모터가 고전압망에 직접 접속되었을 경우에 비해 많은 단점을 수반한다.

특히, 다음 단점들이 두드러진다.

- 변압기는 고가이고, 이송 비용을 증가시키며 공간을 필요로 한다.

- 변압기는 시스템의 효율을 떨어뜨린다.

- 변압기는 무효 전력을 소모한다.

- 종래의 변압기는 위험이 따르는 기름을 함유한다.

- 모터가 변압기를 통해서 더 약한망을 고려하여 동작하므로 민감한 동작을 수반한다.

본 발명은 견인용 전기 공급 시스템 즉, 자기 코어와 적어도 한 권선으로 이루어지는 자기 회로를 구비한 발전기에 포함되는 적어도 하나의 전기 기계를 구비하는 선로 기관차, 버스, 전차 등의 차량에 전력을 공급하는 발전기에 관한 것이다.

본 발명은, 첨부한 도면을 참조하여 다음 바람직한 실시예의 상세한 설명에서 좀더 자세히 설명될 것이지만, 이러한 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

도 1 은 본 발명에 의한 발전소에서의 전기 기계에서의 고정자 부분의 개략적인 단면도이다.

도 2 는 도 1 에 의한 고정자의 권선에 사용된 케이블의 차례대로 박리된 단면도이다.

도 3 은 본 발명에 의한 감긴 변압기를 구비하는 공급 시스템 회로의 개략도이다.

도 4 는 회전 변환기부를 구비하는 공급 시스템 회로의 개략도이다.

도 5 는 도 4 에 도시된 공급 시스템의 다른 실시예를 도시한다.

도 6 은 회전 변환기부를 구비하는 공급 시스템의 또다른 실시예를 도시한다.

도 7 은 도 6 에 도시된 공급 시스템의 다른 실시예를 도시한다.

도 8 은 회전 변환기부를 구비하는 공급 시스템의 또다른 실시예를 도시한다.

도 9 는 여과와 부하 균형 조절수단을 구비하는 종래의 공급 시스템이다.

도 10 은 도 9 의 시스템을 대체하는 데 적합한 본 발명의 일 실시예를 도시한다.

도 11 은 도 10 의 실시예를 더 상세히 도시하는 회로도이다.

도 12 는 전류 승압 변합기를 사용한 본 발명의 일 실시예를 도시한다.

도 13 은 정적 변환기를 구비하는 일 실시예를 도시한다.

본 발명의 목적은 전기 선로 동작 등을 위한 전기 공급 시스템 및 소자를 제공하여 이 분야에서 공지된 시스템 고유의 문제들중 몇가지를 해결하는 것이다.

본 발명은 청구항 1, 2, 6, 9, 11, 17, 18 또는 19 중 어느 한 항에 의한 전기 공급 시스템을 제공하고, 각 청구항은 동일한 특징적인 부분을 가진다.

그러므로, 본 발명은 전기 권선이 특별한 방식으로 건식 절연재로 제조되는 전기 기계, 모터, 발전기, 변압기 등을 제조하는 특별한 기술에 기초하고 있다. 이것은 변압기의 제거 및 지금까지 언급된 종래의 변압기 고유의 단점이 없는 변압기의 제조를 가능하게 한다.

공급 시스템은, 분배망에서 견인 공급 라인으로의 전력 전송을 위해 배치된 단일 설치에서 다양한 유형의 기계를 포함할 수 있고, 이것은 일반적으로 상부 전차선 도선으로 이루어져 있다. 이것은 물론, 종래의 기계들과 결합된 하나 이상의 특별한 기계들을 포함한다.

그러므로, 본 발명에 관련된 유형의 기계는 변압기 또는 변환기로 동작하는 모터 발전기일 수 있다. 물론, 이러한 대체물들은 결합될 수 있다.

본 발명에 의한 공급 시스템과 소자들은, 적용 가능한 수정된 형태로 다양한 선로 시스템의 요구 사항에 맞게 개조될 수 있고, 외부 전력 공급 또는 그들 자체의 전력 발생 시스템을 갖춘 선로 시스템, 상이한 전압 레벨과 상이한 주파수를 갖는 선로 및 동기와 비동기 모터 동작 뿐만 아니라 교류 및 직류 시스템용으로 의도된 것이다.

변압기가 필요하다고 여겨질 경우에, 본 발명의 목적은 변압기가 동일한 유형의 케이블을 사용하여 제조되고, 발전소에 포함된 다른 전기 기계에 해당하는 방식으로 제조되는 것이다.

이상과 같은 목적들을 만족시켜서 얻어진 장점은, 중간쯤 기름으로 채워진 변압기를 방지하는 것이고, 그렇게 하지 않으면 변압기의 리액턴스가 무효 전력을 소모하게 된다. 또한, 회전 보상이 존재하므로 망의 품질에 있어서 혜택이 얻어지게 된다. 본 발명에 의한 발전소에서 과부하 용량은 가령, +100%까지 증가된다. 제어 영역은 현존하는 기술보다 넓다.

이러한 점을 달성하기 위해, 발전소에 포함된 전기 기계 중 적어도 하나에서, 자기 회로와 그것의 도체들이 절연된 케이블과 포함된 접지선을 영구적으로 혼합하여 제조된다.

그러므로, 본 발명에 의한 공지된 기술과 실시예 사이의 주요 차이점은, 실시예가 발전소에서의 기계중 적어도 하나에 포함된 자기 회로로 달성된다는 점이고, 이러한 자기 회로는 차단기와 단로기를 통해 바람직한 값이 36㎸이상인, 20 내지 800㎸의 높은 공급 전압에 직접 접속되도록 배치된다. 그러므로, 자기 회로는 도체와 절연체 외측에 반도체층을 가지고 외부 반도체층은 접지 전위에 접속된하나 이상의 영구적으로 절연된 도체를 갖는 혼합된 케이블로 이루어지는 하나의 권선을 가진 하나 이상의 적층된 코어를 구비하고 있다.

모든 유형의 고전압 전력망으로의 회전 및 정적 기계를 포함한 전기 기계의 직접적인 접속으로 발생하는 문제점들을 해결하기 위해서, 본 발명에 의한 발전소의 적어도 한 기계는 이상에서 언급된 많은 특징들을 가지고 이것들은 공지된 기술과는 확연히 틀리다. 부가적인 특징들과 또다른 실시예는 독립 청구항에서 정의되고 이후에 논의된다.

이상의 특징들, 발전소의 다른 특징들 및 본 발명에 의한 발전소에 포함된 전기 기계중 적어도 하나는 다음 사항들을 포함한다.

자기 회로용 권선은, 하나는 소선(strand)을 둘러싸고 다른 하나는 외부 외피(sheath)를 형성하는 2개의 반도체층을 가진 하나 이상의 영구적으로 절연된 도체를 갖는 케이블로부터 제조된다. 이러한 유형의 몇가지 통상적인 도체들은 상호 연결된 폴리에틸렌(PEX) 또는 에틸렌 프로필렌 고무의 절연체를 가진다. 현재의 목적상, 도체는 도체에서의 소선과 외부 외피의 성질 모두에 있어서 더 개발될 수 있다.

- 원형 단면을 가진 케이블이 바람직하지만 예컨대, 더 양호한 기억 밀도를 얻기 위해, 다른 단면을 가진 케이블도 사용될 수 있다.

- 이러한 케이블은, 본 발명에 의해서 슬롯과 톱니(teeth)에 관한 새롭고 최적의 방식으로 적층된 코어가 디자인되도록 한다.

- 권선은, 적층된 코어를 최상으로 이용하기 위해 절연체로 단계적으로 제조되는 것이 바람직하다.

- 권선은 다층과 동심 케이블 권선으로 제조되는 것이 바람직하고 따라서, 코일단부 교차 부분의 갯수가 줄어들게 할 수 있다.

- 슬롯 디자인은, 슬롯이 많은 원통형 개구 형태로 축방향으로/또는 서로 외부 방사 방향으로 연장하고, 고정자 권선층들 사이로 연장하는 오픈 웨이스트(open waist)를 가지도록 권선 케이블의 단면에 적합하도록 행해진다.

- 슬롯 디자인은, 문제가 되는 케이블 단면과 권선의 단차화된 절연체에 적합하도록 행해질 수 있다. 단차화된 절연체는, 방사상의 연장에 관계없이, 자기 코어가 실질적으로 일정한 톱니 폭을 가지도록 한다.

- 이상 언급된 소선에 관한 또다른 개선점은, 많은 끼워진 층/층들 즉, 전기 기계의 관점에서 절연된 소선들로 이루어지는 권선 도체들이 반드시 올바르게 위치가 바뀌거나 절연되지 않고/또는 서로 절연될 필요가 없다는 사실을 수반한다.

- 이상 언급된 외부 외피에 관한 또다른 개선점은, 도체의 길이 방향을 따라 적절한 점들에서 외부 외피는 떼어지고, 각각의 절단된 부분 길이는 직접 접지되거나 유사한 선택된 전위로 접속된다는 사실을 수반한다.

이상 언급된 유형의 케이블 사용은, 권선의 외부 반도체층의 전체 길이가 발전소의 다른 부분과 마찬가지로 접지 전위로 유지되도록 한다. 중요한 장점은, 외부 반도체층 외부의 코일 단부 영역 내에서 전계가 거의 0에 근사하게 된다는 것이다. 외부층 상의 접지 전위로는 전계가 제어될 필요가 없다. 이것은 코어, 코일 단부 영역 또는 그들 사이의 천이에서 어떠한 전계 집중도 발생하지 않는다는 것을 의미한다.

절연 및 절연되지 않고 끼워진 소선, 또는 위치가 바뀐 소선들을 혼합하면 부유 손실이 감소한다.

자기 회로 권선에 사용된 고전압용 케이블은, 복수의 소선, 적어도 하나의 반도체층, 절연층으로 둘러싸인 가장 깊숙한 반도체층을 가진 내부 코어/도체로 제조되고, 이것은 10-250㎜ 크기의 외부 직경을 가진 외부 반도체층과 40-3000㎟ 크기의 도체 면적으로 교대로 감싸지게 된다.

특히, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 이들 층들 중 적어도 2개, 바람직하게는 3개 모두는 동일한 열팽창 계수를 가진다. 그러므로, 결함, 균열 등이 권선의 열적 이동 동안에 발생하지 않는다는 확고한 이득이 얻어진다.

열적 및 전기적인 관점에서, 36㎸ 이상의 도체 전압용으로 크기가 정해지도록, 적절하게 영구적인 절연 시스템이 디자인되므로, 시스템은 어떠한 중간 강압 변합기없이 고전압 전력망에 접속될 수 있어서 이상에 언급된 장점들이 성취될 수 있다.

본 발명의 실시예에서 언급된 것들과 다른 장점들은 종속항에서 정의된다.

본 발명에 의한 발전소에 포함된 회전형 전기 기계에 관한, 도 1 의 고정자 (1) 부분의 개략적인 단면도에서, 기계의 회전자 (2) 도 또한 도시되어 있다. 고정자 (1) 는 종래의 적층된 코어로 이루어져 있다. 도 1 은 하나의 극 피치( pole pitch)에 해당하는 기계 부분을 도시한다. 티스 (4) 의 갯수는 코어의 계철 부분 (3) 으로부터 회전자 (2) 쪽으로 방사상으로 연장하고, 고정자 권선이 배열되는 슬롯 (5) 에 의해 분리된다. 이 고정자 권선을 형성하는 케이블 (6) 은, PEX 케이블과 같은 전력 분배에 사용되는 것들과 실질적으로 동일한 유형이 될 수 있는 고전압 케이블이다. 하나의 차이점은, 외부의 기계적으로 보호하는 외피와 보통 이러한 전력 분배 케이블을 둘러싸는 금속 스크린은, 본 응용을 위한 케이블이 도체와 절연층의 각 면 상에 적어도 하나의 반도체층으로만 구성되도록 제거된다는 점이다. 그러므로, 반도체층은 케이블 표면 상에 그대로 노출되게 된다.

케이블 (6) 은 도 1 에 개략적으로 예시되어 있고, 각 케이블 부분 또는 코일면의 도체 중심부만 도시되어 있다. 도면에서 알 수 있듯이, 각 슬롯 (5) 은 번갈아가며 넓은 부분 (7) 과 좁은 허리 부분 (8) 을 가지는 변화되는 단면을 가진다. 넓은 부분 (7) 은 실질적으로 원형이고 케이블링을 둘러싼다. 그들 사이의 허리 부분 (8) 은 각 케이블의 위치를 방사상으로 고정시키는 역할을 한다. 슬롯 (5) 의 단면은 또한 방사상 내부쪽으로 협소해진다. 이것은, 고정자 (1) 가 위치한 고정자의 방사상 내부에 가까울수록, 케이블 부분 상의 전압이 낮아지기 때문이다. 그러므로, 더 가느다란 케이블링이 안쪽으로 사용될 수 있고, 반면에 바깥쪽으로는 좀더 굵은 케이블링이 필요하다. 도시된 예에서, 3개의 상이한 크기의 케이블이 사용되고, 슬롯 (5) 의 3개의 해당 크기 부분 (51, 52, 53) 에 배열되어 있다.

도 2 는 본 발명에 의한 발전소에 포함된 전기 기계용 고전압 케이블이 차례대로 박리된 단면도이다. 고전압 케이블 (6) 은 예컨대, 많은 소선 (36) 들이 합쳐져서 구리(Cu) 의 원형 단면을 형성하는 하나 이상의 도체 (31) 들로 이루어져 있다. 이들 도체들은 고전압 케이블 (6) 의 중앙부에 배열되고, 실시예에서 부분 절연체 (35) 에 의해 둘러싸인다. 그러나, 부분 절연체 (35) 는 도체들 (31) 중 하나 상에서 생략될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 도체 (31) 는 제 1 반도체층 (32) 에 의해 함께 둘러싸인다. 이 제 1 반도체층 주위는 PEX 절연체와 같은 절연층 (33) 이고, 이것은 제 2 반도체층 (34) 에 의해 번갈아가며 둘러싸인다. 그러므로, 본 발명의 고전압 케이블은 어떠한 금속 스크린이나 통상 이러한 케이블을 전력 분배용으로 둘러싸는 유형의 외부 외피를 포함할 필요가 없다.

이상과 같이, 케이블 (6) 로 제조된 회전 전기 기계용 자기 회로의 설명은 또한 변압기, 무효 권선 등과 같은 정적 전기 기계에 적용할 수 있다. 도 2 에 예시된 케이블로부터 형성된 권선을 가지는 변압기는 여기서 ″본 발명의 변압기″라고 칭한다. 다음 중요한 장점들은 디자인과 제조 관점 모두로부터 얻어진다.

- 변압기의 권선은 어떠한 전계 분포도 고려하지 않고 형성될 수 있으며, 따라서 공지된 기술에서 부품의 문제성 있는 위치 바꿈은 불필요하다.

- 변압기 코어는 어떠한 전계 분포도 고려하지 않고 디자인될 수 있다.

- 케이블과 권선의 전기 절연에는 어떠한 기름도 필요하지 않고 대신, 공기나 비가연성 또는 천천히 연소하는 액체로 채워질 수 있다.

- 기름이 결여되면, 본 발명의 변압기에서 화재나 폭발의 위험이 줄어들고, 따라서 방화벽이 불필요하다.

- 기름이 누출하는 것을 처리할 수단을 구비한 어떠한 특별한 시설도 필요치 않다.

- 지진에 견딜 수 있는 능력을 갖춘 변압기를 구성하는 것이 훨씬 쉽다.

- 변압기는 단락 회로에 견딜 수 있는 능력 때문에, 훨씬 더 쉽게 견고하게 제조될 수 있다.

- 변압기는 잡음이 적어지고, 깨끗하며, 유지 비용이 저렴해진다.

- 변압기의 외부 접속과 그 내부의 코일/권선 사이의 전기 통신을 위해, 기름으로 채워진 변압기의 경우처럼 어떤 특별한 투관(bushing)도 필요하지 않다.

- 상술한 바와 같이, 자기 회로를 갖춘 본 발명의 변압기에 필요한 제조 및 시험 기술은 종래의 변압기/반응기에 필요한 것보다 상당히 간단해진다.

상술한 유형의 자기 회로를 갖춘 전기 기계를 사용함으로써, 견인 모터의 전기 공급이 훨씬 간단해지고 더 효율적이 될 수 있다.

하기에 설명할 본 발명의 특정 실시예는 도 2 에 예시된 도체로부터 형성된 적어도 한 권선을 구비하는 회전 변환기를 포함하고 이후로, ″본 발명의 회전 변환기″라 한다. 회전 변환기는 모터, 공통 축으로 결합된 발전기로 이루어지거나 또는 독일 특허 372390, 386561 및 406371호에 개시되어 있는 바와 같이, 모터와 발전기 기능 모두를 갖는 단일 기계로 이루어질 수도 있다. 모터와 발전기는 각각 동기가 되거나 비동기일 수 있으며, 회전 변환기의 기능은 전압, 위상의 갯수 및/또는 공급 주파수를 변화시키는 것이다. 공용 주파수 선로 시스템에 있어서, 회전 변환기는 Lueger에 있는 ″Lexicon der Technik″, Deutscher Verlags-Anstalt Stuttgart, Band 2, p.395에 기술된 바와 같이, 위상 변환기일 수 있고, 이것은 또한 단일 기계를 구성한다. 이것은 2상 권선, 고정자에서 3상 권선 및 농형(squirrel cage) 회전자로 이루어진다.

도 3 내지 도 7 의 각각에서, 공지된 종래의 공급 시스템이 도면의 우측면에 도시된 본 발명의 실시예와의 비교를 위해 도면의 좌측면 상에 도시되어 있다.

도 3 은 일반적인 공용 주파수 (50 내지 60㎐) 시스템을 도시한다. 3상 고전압 분배 라인 (40) 은 선로를 따라서 몇몇 지점 예컨대, 41, 42에 변전소를 제공한다. 변전소들은 분배 라인의 3상 중 2곳으로부터 각각 전력을 공급받는다. 상이한 위상 조합들이 부하의 균형을 조절하기 위해 사용된다.(그러므로, 역 (41) 은 A-B 를, 역 (42) 는 B-C 를, 인접역(도시하지 않음)은 C-A 를 등으로 사용한다). 각 변전소은 고전압 스위치기어 (43) 와, 예컨대 2개의 변압기 (44, 45) 와 고 또는 중 전압 스위치기어 (46)(비록, 역당 단일 변압기로 충분할 수 있지만) 로 이루어져 있다. 각 변전소들 사이에서, 스위치기어 (47) 는 상부 전차선 도선 부분 (48, 49) 이 서로 접속될 수 있게 한다. 도시된 구성에서, 동일한 역에서 공급된 2개의 상부 전차선 도선은 2중 트랙으로 통상, 이 중심점에서 함께 접속된다. 대부분의 경우, 변전소들이 공용망 상에서 상이한 위상으로 접속되고 이러한 접속이 불안정한 상태를 유발하므로 2개의 상이한 변전소들 사이에는 상부 전차선 도선 접속이 형성될 수 없다. 이 시스템의 단점은, 기관차에 상부 전차선 도선의 양쪽 단부로부터 전력이 공급될 수 없다는 것이다. 그러므로, 변전소들은 서로 통상, 30㎞로 근접하여야 한다. 종래에는, 역 (41) 의 변압기 (44) 가 기름으로 절연되고, 이들은 환경에 위협적이었다. 많은 양의 변압기 기름 또한 화재의 경우에 위험하였다. 그들은 정기적으로 유출 검사를 받아야만 했다. 만약, 변압기에 가까운 다른 장비가 있다면, 누출할 경우 기름이 흘러 인화하는 것을 방지하도록 변압기 아래에 공간이 있어야 한다. 변압기 (44) 는 종종 그 주위에 놓여진 콘크리트로 만들어진 벽으로 손상되는 것을 방지한다. 만약, 변압기가 다른 장비 또는 빌딩 내부에서 가깝게 배치되어 있다면, 변압기 기름 화재의 경우 다른 장비를 보호하기 위해 변압기 주위에 방화벽들이 종종 지어진다. 또한 소화기도 변압기 주위에 설치될 수 있다.

대조적으로, 본 발명의 변압기 (45) 는 주변 환경으로 셀만한 어떤 것도 내부에 가지고 있지 않다. 또다른 장점은 화재시, 그 정도가 그리 심하지 않을 것이라는 점이다. 변압기 (45) 는 콘크리트 소켓(socket)과 같은 훨씬 단순한 토대 위에 배치될 수 있다.

도 4 는 통상적인 저주파 시스템을 도시한다. 3상 고전압 분배라인 (40) 은 선로를 따라 몇몇 지점 즉, 51, 52에서의 주파수 변환기 역을 제공한다. 각 변환기 역에서 3상 공용 주파수 고전압은 먼저 중간 전압으로 강압된다. 그 다음, 3상 중간 전압은 단상 저주파 중간 전압으로 변한된다. 공지된 주파수 변환기 (53) 는 정적(도시됨) 또는 회전형일 수 있다. 변압기의 HV측, 변압기와 변환기 및 변환기의 저주파측 상에 스위치기어가 있다. 정적 변환기는 중간 전압을 더 낮은 6상 전압으로 바꾸는 변환 변압기이다. 드문 경우로, 이 변환 변압기는 고전압 스위치기어로부터 직접 공급받을 수도 있다. 2개의 변환기 역들 사이의 상부 전차선 도선 (54) 상에는, 상부 전차선 도선 부분을 서로 접속시키고 그것들을 동기화시킬 수 있는 스위치기어가 있다. 공용 주파수 시스템과 비교해서 이 시스템이 지닌 장점은, 기관차가 상부 전차선 도선의 양측 단부 모두에서 전력을 공급받을 수 있다는 점이다. 그러므로, 변환기 역은 더 멀리 떨어져 위치할 수 있고, 통상 그 거리는 50-100㎞ 이다.

도 4 의 우측에 도시된 회전 변환기 (54) 는, 본 발명의 회전 변환기이다. 이 시스템이 지닌 장점은, 회전 변환기 (54) 가 중간 변압기 또는 스위치기어 없이 고전압 스위치기어 (55) 에 직접 접속될 수 있다는 것이다. 또한, 상부 전차선 도선의 전압이 25㎸ 이상일지라도 MV측상의 어떠한 변압기도 필요하지 않다.

그러나, 3상 분배 라인 (40) 과 회전 변환기 (54) 사이에 변압기를 제공되는 것이 필수적이거나 또는 경제적일 수 있고, 도 5 는 이러한 변압기 (56) 를 포함하는 또다른 시스템을 도시하며, 이 변압기는 본 발명의 변압기일 수도 있다.

도 6 은 스웨덴에서 사용되는 통상적인 저주파 시스템을 도시한다. 3상 고전압 분배 라인 (40) 은 선로를 따라 전략적인 위치에 주파수 변환기 역들 (60, 61) 을 제공한다. 변환기 역에서, 3상 공용 주파수 고전압이 먼저 변압기 (62) 에서 중간 전압으로 강압된다. 그 다음, 3상 중간 전압은 공지된 정지 주파수 변환기 (63) 에 의해서 단상 저주파 중간 전압으로 대치된다.

그 다음, 저주파 단상 전압은 상부 전차선 도선 (64) 으로 접속될 뿐만 아니라, 변압기 (65) 에서 고전압 즉, 132㎸까지 변압된다. 이 고전압은 변전소들로 전송되고, 거기서 전압은 중간 전압으로 다시 강압되어 상부 전차선 도선에 접속된다. 변압기 (62) HV측, 변압기 (62) 와 변환기 (63) 사이, 변환기 (63) 의 저주파측 위 및 단상 변압기 (65) 의 고전압 측에 스위치기어가 있다. 변환기 역 사이의 변전소는, 변압기의 HV측 상에 고전압 스위치기어를 가지고 변압기의 다른측 상에 중간 전압 스위치기어를 가진다.

공용 주파수 시스템과 비교하여 이 시스템이 지닌 장점은, 기관차가 상부 전차선 도선의 양측 단부 모두로부터 다시 전력을 공급받을 수 있다는 점이다. 또다른 장점은 변환기 역 사이의 변전소로 고전압을 전송함으로써, 변환기 역들의 갯수를 줄일 수 있다는 점이다. 높은 전송 전압(스웨덴에서는 132㎸)의 사용은 전력을 보다 효율적으로 전송할 수 있게 한다. 그러므로, 설치된 변환기 용량의 총량은 감소될 수 있다. 그러므로, 변환기 역들은 각 역들 사이의 거리가 통상 300-400㎞로 더 긴 거리를 두고 위치할 수 있게 된다. 변전소들은, 16.5㎸, 16⅔㎸ 시스템(스웨덴에서)에 대해서 약 매 20-40㎞마다 위치한다.

도 6 의 우측면은, HV 스위치기어 (67) 와 MV 스위치기어 (68) 사이의 본 발명의 회전 변환기 (66) 를 도시한다. 이 시스템이 지닌 장점은, 회전 변환기 (66) 가, 어떤 중간 변압기 없이, 고전압 스위치기어 (67) 에 바로 접속될 수 있다는 점이다.

도 7 은 도 6 의 시스템의 변형된 것으로, 본 발명의 회전 변환기 (69) 가 전차선 도선 (64) 과 고전압 저주파 라인 (70) 양측에 전력을 공급하는 2개의 출력을 가진 발전기를 구비하는 점이 다르다.

도 8 의 우측면은 독일, 오스트리아, 스위스 및 미국의 암트랙(Amtrak) 에서 사용되는 통상적인 저주파 시스템을 도시한다. 3상 고전압 분배 라인 (40) 은, 선로를 따라서 전략적인 위치에 주파수 변환기 역 (80) 을 제공한다. 변환기 역 (80) 에서 3상 공용 주파수 고전압은 먼저 중간 전압으로 강압된다. 그 다음, 3상 중간 전압은 단상 저주파 중간 전압으로 변환된다. 주파수 변환기는 정적(도시된) 또는 회전형이 될 수 있다. 그 다음, 저주파 단상 전압은 고전압인 138㎸까지 승압될 수 있다. 이 고전압은, 변환기 역들 사이에서 선로를 따라 11㎸, 25㎐ 시스템(미국)인 경우, 약 매 10㎞마다, 스웨덴의 경우 매 20-40㎞마다 위치한 변전소 (81) 에 전송된다. 이들 변전소들에서 전압은 중간 전압으로 다시 강압되고 상부 전차선 도선 (82) 에 접속된다. 변압기 (83) 의 HV측, 변압기 (83) 와 변환기 (80) 사이, 변환기 (80) 의 저주파측 위 및 단상 변압기 (84) 의 고전압 측에 스위치기어가 있다. 변환기 역들 사이의 변전소 (81) 는, 변압기 (85) 의 HV측 상에 고전압 스위치기어을 가지고 변압기 (85) 의 다른측 상에 중간 전압 스위치기어를 가진다. 이 시스템은 도 6과 도 7에 도시된 시스템의 장점을 모두 가진다.

도 8 의 좌측에 도시된 본 발명의 실시예에 의하면, 본 발명의 회전 변환기 (86) 는 HV 스위치기어와 MV 스위치기어 사이에 접속된다. 이 시스템이 지닌 장점은, 회전 변환기 (86) 는 어떠한 중간 변압기 또는 스위치기어 없이 고전압 저주파 스위치기어에 바로 접속될 수 있다는 점이다. 변압기 (85) 는 본 발명의 변압기일 수 있다.

도 9 는 공용 주파수 시스템에 대한 알려진 원리를 도시한 것으로, 이것은 필터 시스템 (90) 과 부하의 균형을 맞추고 공급 공용망에 도달하는 장애를 감소시키는 부하 균형 조절 시스템 (91) 을 필요로 한다. 상부 전차선 도선 (93) 을 따라 전압을 상승시키기 위해서는 단권 변압기 (92) 가 사용될 수 있다. 다른 시스템들과의 간섭은 단권 변압기의 사용으로 줄어든다. 상부 전차선 도선은 보통 분할되고, 이것은 전송 능력을 감소시킨다.

도 10 은, 본 발명의 회전 변환기 (95) 를 구비한 시스템이 도 9 에 도시된 필터와 균형 조절장치가 필요없다는 것과 상부 전차선 도선은 동기화되고 공급역들과 함께 접속할 수 있다는 것을 나타낸다.

회전 변환기 (95) 의 출력 전압과 주파수는 넓은 범위에서 선택될 수 있다. 공용 주파수 선로 시스템의 경우, 회전 변환기는 Lueger에 기술된 바와 같이 위상 변환기 ″Lexicon der Technik″을 구비하는 것이 바람직하다.

도 11 은 단권 변압기 원리를 좀더 상세히 도시하는 개략적인 회로도를 나타낸다. 단권 변압기는 공용 주파수 시스템과 저주파 시스템 양쪽에 사용된다. 단권 변압기들 사이의 간격 배치는 5-20㎞로 그리 멀지 않다. 통상, 5000㎏의 기름을 함유하는 이들 변압기들이 누출하고 연소될 수 있다는 사실은 환경에 유해한 점이다.

고 또는 중 전압 스위치기어 (101) 에 접속된 단권 변압기 (100) 는, 본 발명의 단권 변압기이고 주변 환경으로 누출될 수 있는 물질을 내부에 전혀 함유하지 않는다. 발생할 수 있는 어떠한 화재도 훨씬 덜 심각하고 단권 변압기 (100) 는 콘크리트 소켓과 같은 더 간단한 기초 위에 놓여질 수 있다.

기관차로 공급되는 전류는 상부 전차선 도선을 통해서만 전송된다. 그러나, 복귀 전류가 취할 수 있는 몇몇 가능한 다음과 같은 경로가 있다.:

트랙을 통해서,

트랙을 따라 어떤 위치에서 대지를 통해서,

트랙에 접속된 접지 배선을 통해서,

케이블 실드, 파이프, 울타리 등과 같은 대지의 금속을 통한 유출,

상부 전차선 도선과 평행한 복귀 전류 도체.

특히, 인구 밀집 지역에서 큰 전류가 흐르는 복귀 전류 도체가 선호되는 대부분의 경우에, 가스 파이프와 같은 것은 위험하다. 전류는 복귀 도체와 다른 가능한 전류 경로 모두를 통해서 흐르게 될 것이다.

만약 AC 시스템이 사용된다면, 비가 1:1인 전류 변압기가 사용될 수 있다. 그 다음, 복귀 도체의 복귀 전류는 상부 전차선 도선에서의 전류와 동일하게 된다. 변압기는 종종 전류 승압 변압기라고 칭한다. 그것들은 복귀 전류 도체를 구비하거나 구비하지 않은 시스템에서 사용될 수 있다.

단권 변압기를 구비한 시스템은, 원치 않은 복귀 전류에 대한 보호책을 부여하는데 사용되는 것만은 아니다. 또한, 이러한 시스템은 더 높은 전송 능력을 갖는다. 시스템은 상부 전차선 도선의 전압과 180°위상이 벗어난 전압을 가진 부의 급전선을 구비한다. 변압기는 2개의 급전선들 사이에 접속되고 권선의 중심은 트랙에 접속되어 있다.

도 12 는 본 발명의 전류 승압 변압기 (110) 를 포함하는 본 발명의 일 실시예를 도시한다. 전류 승압 변압기는 공용 주파수 시스템과 저주파 시스템 모두에 사용된다. 전류 승압 변압기 사이의 간격 배치는, 예컨대 2-5㎞로 그리 멀지 않다. 통상, 5000㎏의 기름을 함유하는 공지된 전류 승압 변압기가 누출하고 연소될 수 있다는 사실은 환경에 유해한 점이다. 본 발명의 전류 승압 변압기 (110) 는 내부에 주변 환경으로 유출할 수 있는 어떠한 것도 함유하고 있지 않다. 또다른 장점은, 화재시 그 정도가 그리 심하지 않을 것이라는 점이다.

도 13 은 전형적인 정적 변환기 유닛의 단일 선도이다. 이 유닛에는 본 발명의 T1과 T2 2개의 변압기가 있다. 도 13 의 시스템은 기름으로 절연된 변압기를 구비하는 공지된 시스템으로부터 개조된 것이다. 변압기 (T1, T2) 는 내부에 주변 환경으로 유출할 수 있는 어떠한 것도 포함하고 있지 않다. 발생하는 어떤 화재도 정도가 그리 심하지 않을 것이고, 변압기 (T1, T2) 는 콘크리트 소켓과 같은 더 단순한 토대 위에 놓여질 수 있다.

본 발명은, 도면을 참조하여 설명한 이상의 시스템에 제한되지 않으며, 첨부된 청구항 내에 해당하는 유사한 시스템들을 포함한다.

절연층 (33) 은, 낮은 또는 높은 밀도의 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리메틸펜텐, 에틸렌 에틸 아크릴레이트 공중합체와 같은 고체 열가소성 물질, PEX와 같은 교차 연결된 물질, 에텔렌 프로필렌 고무 또는 실리콘 고무와 같은 고무 절연체로 이루어져 있는 것이 편리한 점이다.

반도체층 (32, 34) 은, 그 안에 카본 블랙, 검댕 또는 금속성 입자가 매립된 도전성 입자를 갖는 절연층 (33) 과 유사한 물질로 이루어질 수 있다.

비록, 전기 절연체는 위치상 돌출되는 것이 바람직하지만, 팽팽히 감겨진 막의 중첩층 또는 시트와 같은 물질로부터 전기 절연 시스템을 형성하는 것이 가능하다. 반도체층과 전기 절연층 모두 이러한 식으로 형성될 수 있다. 절연 시스템은, 내부 및 외부 반도체층을 구비하는 합성막 또는 예컨대, 카본 블랙 또는 금속 입자들과 같은 매립된 도전성 입자들과 반도체층들 또는 부분들 사이의 절연체층 또는 부분을 가진 PP, PET, LDPE 또는 HDPE의 폴리머 박막으로 만들어진 부분들로 제조될 수 있다.

충분히 얇은 막은 소위, 파셴 최소(Paschen minima) 보다 작은 버트 갭(butt gap)들을 가지게 되고 따라서 액체 침투를 불가능하게 만든다. 또한, 건조시켜 감긴 다층 박막 절연체는 양호한 열특성을 갖는다.

전기 절연 시스템의 또다른 예는 종래의 셀룰로스계 케이블과 유사하고, 얇은 셀룰로스 기반의 또는 합성 종이 또는 부직포는 도체 주위에 싸여 감겨진다. 이 경우, 절연층의 어느 한쪽면 상의 반도체층은 매립된 도전성 입자를 가지고 셀룰로스 종이나 절연 물질의 섬유로부터 제조된 부직포로 형성될 수 있다. 절연층은 동일 기초의 물질로부터 제조되거나 다른 물질이 사용될 수 있다.

절연 시스템의 또다른 예는 막과 섬유 모양의 절연 물질을 적층 또는 서로 겹쳐진 것으로 결합하여 얻는다. 이 절연 시스템의 한 예가 상업적으로 이용가능한 소위, 종이 폴리프로필렌 라미네이트인 PPLP이지만, 막과 섬유 모양 부분의 몇가지 다른 조합도 가능하다. 이러한 시스템들에서, 광물성 기름과 같은 다양한 침투제도 사용될 수 있다.

Claims (30)

1. 3상 고전압 분배 라인, 분배 라인의 3개의 위상중 2개 또는 3개의 위상들을 2개의 상으로(예컨대, 스콧 결선) 변환하는 균형 조절 장치에 접속된 변전소를 구비하고, 권선과 변전소에 의해 전력을 공급받는 견인용 전원선을 가지며, 상기 권선은, 각 층이 실질적으로 등전위 표면을 제공하는 적어도 2개의 반도체층과 상기 반도체층들 사이의 고체 절연체로 이루어지는 절연체를 구비하는 것을 특징으로 하는 견인용 전력 공급 시스템.
2. 3상 고전압 분배 라인과 분배 라인의 3개의 상들에 접속된 회전 변환기를 구비하고, 권선과 회전 변환기에 의해 공급되는 견인 공급 라인을 가지며, 상기 권선은, 각 층이 실질적으로 등전위면을 제공하는 적어도 2개의 반도체층과 상기 반도체층들 사이의 고체 절연체로 이루어지는 절연체를 구비하는 것을 특징으로 하는 견인용 전력 공급 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 고전압 스위치기어는 분배 라인과 회전 변환기 사이에 접속되는 것을 특징으로 하는 견인용 전력 공급 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 변압기는 상기 스위치기어와 상기 회전 변환기 사이에 접속되는 것을 특징으로 하는 견인용 전력 공급 시스템.
5. 제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,

   견인 공급 라인에서의 상기 공급 주파수는 25㎐ 또는 16⅔㎐인 것을 특징으로 하는 견인용 전력 공급 시스템.
6. 3상 고전압 분배 라인에 의해 공급되도록 개조된 회전 변환기를 구비하고, 권선, 제 1 변압기를 통하여 단상 견인 공급 라인을 공급하는 회전 변환기 및 하나 이상의 추가 변압기들을 통하여 견인 공급 라인에 접속되는 중간 라인를 구비하며, 상기 권선은, 각 층이 실질적으로 등전위면을 제공하는 적어도 2개의 반도체층과 상기 반도체층들 사이의 고체 절연체로 이루어지는 절연체를 구비하는 것을 특징으로 하는 견인용 전력 공급 시스템.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 제 1 변압기의 권선은, 각 층이 실질적으로 등전위 표면을 제공하는 적어도 2개의 반도체층과 상기 반도체층들 사이의 고체 절연체로 이루어지는 절연체를 구비하는 것을 특징으로 하는 견인용 전력 공급 시스템.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

   상기 변압기 또는 추가적인 각 변압기의 권선은, 각 층이 실질적으로 등전위면을 제공하는 적어도 2개의 반도체층들과 상기 반도체층들 사이의 고체 절연체로 이루어지는 절연체를 구비하는 것을 특징으로 하는 견인용 전력 공급 시스템.
9. 권선을 가지고 3상 고전압 분배 라인에 의해 공급되도록 개조된 회전 변환기를 구비하고, 상기 회전 변환기는 단상 하위 전압 견인 공급 라인과, 하나 이상의 변압기를 통하여 상기 견인 공급 라인에 접속되는 고전압 중간 라인 모두에 전력을 공급하며, 상기 권선은 각 층이 실질적으로 등전위면을 제공하는 적어도 2개의 반도체층과 상기 반도체층들 사이의 고체 절연체로 이루어지는 절연체를 구비하는 것을 특징으로 하는 견인용 전력 공급.
10. 제 9 항에 있어서,

    각 변압기는 적어도 2개의 반도체층으로 이루어지는 절연체층과 상기 반도체층들 사이의 고체 절연체를 포함하는 권선을 가지며, 각 층은 실질적으로 등전위면을 제공하는 것을 특징으로 하는 견인용 전력 공급.
11. 권선을 가지고 3상 고전압 분배 라인에 의해 공급되도록 개조된 회전 변환기를 구비하고, 상기 회전 변환기는 견인 공급 라인에 교대로 전력을 공급하는 변압기를 제공하며, 상기 권선은 각 층이 실질적으로 등전위면을 제공하는 적어도 2개의 반도체층과 상기 반도체층들 사이의 고체 절연체로 이루어지는 절연체를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템.
12. 제 2 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 회전 변환기는 동기인 것을 특징으로 하는 견인용 전력 공급 시스템.
13. 제 2 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 회전 변환기는 비동기인 것을 특징으로 하는 견인용 전력 공급 시스템.
14. 제 2 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 회전 변환기는 모터와 발전기 기능을 함께 가지는 단일 기계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 견인용 전력 공급 시스템.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 회전 변환기는 위상 변환기를 구비하는 것을 특징으로 하는 견인용 전력 공급 시스템.
16. 제 11 항에 있어서,

    상기 변압기는 각 층이 실질적으로 등전위면을 제공하는 적어도 2개의 반도체층과 상기 반도체층들 사이의 고체 절연체로 이루어지는 절연체를 구비하는 권선을 가지는 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템.
17. 권선을 구비하고 견인 공급 라인과 중성선 사이에 접속되어 있는 적어도 하나의 단권 변압기를 구비하며, 상기 권선은 각 층이 실질적으로 등전위면을 제공하는 적어도 2개의 반도체층과 상기 반도체층들 사이의 고체 절연체로 이루어지는 절연체를 구비하는 것을 특징으로 하는 견인용 전력 공급 시스템.
18. 권선을 구비하고 견인 공급 라인과 복귀 도체 사이에 접속되어 있는 적어도 하나의 전류 승압기를 구비하며, 상기 권선은 각 층이 실질적으로 등전위면을 제공하는 적어도 2개의 반도체층과 상기 반도체층들 사이의 고체 절연체로 이루어지는 절연체를 구비하는 것을 특징으로 하는 견인용 전력 공급 시스템.
19. 각각 권선을 구비하는 2개의 변압기들 사이에 접속된 정지 주파수 변환기를 구비하며, 상기 권선은 각 층이 실질적으로 등전위면을 제공하는 적어도 2개의 반도체층과 상기 반도체층들 사이의 고체 절연체로 이루어지는 절연체를 구비하는 것을 특징으로 하는 견인용 전력 공급 시스템.
20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 층중 적어도 하나는 고체 절연체와 실질적으로 동일한 열팽창 계수를 가지는 것을 특징으로 하는 견인용 전력 공급 시스템.
21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,

    각 변압기 또는 회전 변환기의 자기 회로의 코어에서의 플럭스 경로는 적층된 시트 플레이트 및 거칠게 주조된 철 및 주철 또는 철분말 가루로 이루어지는 것을 특징으로 하는 견인용 전력 공급 시스템.
22. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,

    적어도 하나의 도체 (31) 를 둘러싸는 가장 내부의 반도체층 (32) 은 도체(들)(31) 와 실질적으로 동일한 전위에 있는 것을 특징으로 하는 견인용 전력 공급 시스템.
23. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,

    외부 반도체층 (34) 은 선택된 전위에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 견인용 전력 공급 시스템.
24. 제 22 항에 있어서,

    상기 선택된 전위는 접지 전위인 것을 특징으로 하는 견인용 전력 공급 시스템.
25. 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 권선의 전류 수송 도체는 복수의 소선으로 이루어지고, 상기 소선중 소수만이 서로 절연되지 않은 것을 특징으로 하는 견인용 전력 공급 시스템.
26. 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 권선(들)과 상기 시스템 유닛들 사이의 고전압 전류용으로 영구 절연된 접속 도체들이 고전압용 고체 절연체를 구비한 케이블 (6) 을 사용하여 제조되고, 적어도 2개의 반도체층 (32, 34) 과 절연되거나 또는 절연되지 않은 소선들 (36) 을 구비하는 것을 특징으로 하는 견인용 전력 공급 시스템.
27. 제 26 항에 있어서,

    상기 고전압 케이블 (6) 은 30과 3000㎜²사이의 도체 면적을 가지고 10과 250㎜ 사이의 외부 케이블 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 견인용 전력 공급 시스템.
28. 제 1 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 권선은 10 내지 800㎸ 의 정격 전압을 수송할 수 있는 것을 특징으로 하는 견인용 전력 공급 시스템.
29. 제 28 항에 있어서,

    상기 정격 전압은 36㎸ 보다 높은 것을 특징으로 하는 견인용 전력 공급 시스템.
30. 제 28 항에 있어서,

    상기 정격 전압은 72.5㎸ 보다 높은 것을 특징으로 하는 견인용 전력 공급 시스템.