NO320193B1 - Elektrisitetsforsyningssystem for banestrom - Google Patents

Description

Bakgrunn for oppfinnelsen

Oppfinnelsen angår et elektrisitetsforsyningssystem for banestrøm. Anvendelsen av tilleggs- eller sugetransformatorer (eng: BTs = Booster Transformers) i trekkraft- eller banestrømforsyninger er beskrevet i R. J. Hill, "Electric Railway Traction - Part 3 - Traction Power Supplies," Power Engineering Journal, desember 1994, pp 275-286. BTs med en nominell størrelse på ca. 100-150 kVA er plassert med mellomrom på ca. 3 km, for en forsyning på 25 kV, 50 Hz, eller ca. 5 km, for en forsyning på 16 kV, 16 2/3 Hz, langs en kjøreledning. Primærviklingen i hver BT er koplet over en åpning i kontaktledningen. En returleder er anordnet i parallell med skinnene, og sekundærviklingen i en BT er innkoplet i returlederen. Sugetransformatorens vindings-forhold er lik 1, og trekkraft- eller banereturstrøm tvinges fra skinnene og jord til å flyte gjennom returlederen og transformatorens sekundærvikling for å utjevne ampere-vindingene i kjernen som oppsettes av primærstrømmen. Dette arrangement tilveiebringer en lav mateimpedans og reduserer jordstrømmer som ellers kunne forårsake forstyrrelse av tilstøtende telekommunikasjonskretser.

Som et alternativ til BTs kan det benyttes autotransformatorer (ATs), slik som også beskrevet i Hill. Viklingen i hver AT er innkoplet mellom kjøreledningen og en hjelpemateledning, med skinnene forbundet med et mellomliggende punkt. Toget trekker strøm fra to tilgrensende ATs, idet den totale tilførselsstrøm er halvparten av togstrømmen. Skinnestrømmer flyter gjennom AT-viklingene for å opprettholde amperevindingsbalansen i kjernen. I motsetning til BT-strømutbalansering arbeider AT-systemet med utbalansering av spenninger. Én ulempe med ATs er deres høye pris. En annen ulempe er at reduksjonen i jordstrømmer er mindre effektiv dersom avstanden mellom to tilstøtende ATs er større enn det dobbelte av den typiske avstand mellom to BTs i et konvensjonelt BT-system.

Sammendrag av oppfinnelsen

Oppfinnelsen tilveiebringer et elektrisitetsforsyningssystem for trekkraft eller banestrøm, omfattende en tilførselsleder, en returleder, en positiv mateleder og en negativ mateleder, idet alle fire av de nevnte ledere er forbundet med en vikling i hver av et antall autotransformatorer som er anordnet med mellomrom langs lederne, idet en sugetransformator som har én vikling innkoplet i den positive mateleder og en annen vikling innkoplet i den negative mateleder, er anordnet i mellomrommet eller hvert mellomrom mellom autotransformatorene, og minst én ytterligere sugetransformator, som har én vikling innkoplet i tilførselslederen og en annen vikling innkoplet i returlederen, i mellomrommet eller hvert mellomrom mellom autotransformatorene.

Fortrinnsvis er flere av de nevnte ytterligere sugetransformatorer anordnet i mellomrommet eller i hvert mellomrom.

Den positive mateleder kan være tilkoplet til det samme punkt på autotransformatorviklingen som tilførselslederen, som vanligvis er en opphengt kjøreledning. Alternativt kan den positive mateleder være tilkoplet til et forskjellig punkt på autotransformatoren, og ligge på en høyere spenning enn tilførselslederen. Mange spenningskombinasjoner er mulige. I et spesielt eksempel, som tillater anvendelse av standardutstyr som allerede er tilgjengelig, ligger tilførselslederen på en nominell spenning på 16,5 kV, og de positive og negative mateledere er symmetriske om jord, på nominelle spenninger på ± 27,5 kV. Dette gir effektive spenninger på tilnærmet 15 kV og tilnærmet ± 25 kV for henholdsvis tilførselslederen og de to mateledere. Frekvensen er fortrinnsvis 16,7 Hz. Et slikt system har en meget høy overføringskapasitet på grunn av den lave frekvens.

Bare én høyspennings-BT som forbinder de positive og negative mateledere, kreves pr. mellomrom. Da kjøreledningen bare bærer den lokale leder mellom autotransformatorene, kan den frakoples, for eksempel etter å være skadet, uten å påvirke effektoverføringen gjennom de positive og negative mateledninger til tilgrensende seksjoner hvor kjøreledningen er intakt. Da det er en strømbalanse mellom de positive og negative mateledere, kan disse være montert på separate stolper fra kjøreledningen, og trenger ikke å følge jernbanen mellom autotransformatorene.

Returlederen kan utgjøres av skinnene langs hvilke vogner kjører, eller den kan være anordnet separat og tilkoplet til skinnene i parallell.

Kort beskrivelse av tegningene

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere, bare som eksempel og under henvisning til tegningene, der

fig. 1 viser et koplingsskjema av et elektrisitetsforsyningssystem ifølge en første utførelse av oppfinnelsen, og

fig. 2 og 3 viser systemer ifølge henholdsvis andre og tredje utførelser.

Nærmere beskrivelse av den foretrukne utførelse

Fig. 1 viser et banestrøm-effektforsyningssystem omfattende en kjøreledning C og skinner R som utgjør en returleder. En positiv mateledning P og en negativ mateledning N er anordnet i parallell med kjøreledningen.

Viklingene i hver av et antall autotransformatorer (ATs) 1 har sin ene ende tilkoplet til kjøreledningen C og den positive mateledning P, sitt midtpunkt tilkoplet til skinnene R, og sin andre ende tilkoplet til den negative mateledning N.

En tilleggs- eller sugetransformator (BT) 2 har én vikling innkoplet i den positive mateledning P og sin andre vikling innkoplet i den negative mateledning N. Bare én BT 2 er nødvendig i hvert mellomrom mellom autotransformatorene 1 da det ikke forekommer noen lekkasjer til jord fra de positive og negative mateledninger.

Et antall BTs 3a, 3b er anordnet, idet hver har én vikling innkoplet i kjøreledningen C og sin andre vikling innkoplet i skinnene R. Som vist ved 3a, kan BT-viklingen være koplet over én eneste avbrytelse eller åpning i skinnene. Imidlertid finnes det fortrinnsvis to åpninger i skinnene, og midtpunktet av viklingen i suge-transformatoren 3b er tilkoplet til skinnene mellom åpningene for å redusere farlige spenninger mellom seksjonene eller avsnittene av skinnene.

BT 2 sikrer at de positive og negative mateledninger P, N fører en balansert strøm I]fra en matestasjon til fjerntliggende forbrukere. BTs 3a, 3b sikrer at kjøreledningen C og returlederen R fører en balansert, lokal tilførselsstrøm I2.

Kjøreledningen kan lett frakoples fra ATs 1 ved benyttelse av skillebrytere D, uten å påvirke effektoverføring til tilgrensende seksjoner via de positive og negative mateledninger P, N. Fig. 2 viser en alternativ utførelse hvor en returleder R' er anordnet parallelt med skinnene og tilkoplet til disse med mellomrom. Sugetransformatorene (BTs) som utbalanserer returstrømmen med kjøreledningsstrømmen, er betegnet med 3. Fig. 3 viser en tredje utførelse av oppfinnelsen hvor den positive mateledning P ligger på en høyere spenning enn kjøreledningen C, idet hver AT 1' er forlenget og kjøreledningen ikke lenger er tilkoplet til enden av AT-viklingen.

Selv om mange spenningskombinasjoner er mulige, er ett fordelaktig eksempel gitt i nedenstående tabell:

I dette eksempel er frekvensen 16,7 Hz.

Den nominelle spenning på 50 kV mellom de positive og negative mateledninger er den samme som i konvensjonelle systemer på ± 25 kV, 50 eller 60 Hz, og utstyr som allerede er fremstilt for slike systemer, kan benyttes i oppfinnelsen. Den lavere frekvens gir imidlertid en meget høy overføringskapasitet.

Man regner med at eksisterende BT-systemer kan tilpasses i overensstemmelse med oppfinnelsen ved å tilveiebringe ATs og positive og negative mateledninger. Avstanden mellom suksessive ATs vil være mye større enn i konvensjonelle AT-systemer, og således er færre kostbare ATs nødvendige.

Claims (8)

1. Elektrisitetsforsyningssystem for banestrøm,karakterisert vedat det omfatter en tilførselsleder (C), en returleder (R), en positiv mateleder (P) og en negativ mateleder (N), idet alle fire av de nevnte ledere er forbundet med en vikling i hver av et antall autotransformatorer (1) som er anordnet med mellomrom langs lederne, idet en sugetransformator (2) som har én vikling innkoplet i den positive mateleder (P) og en annen vikling innkoplet i den negative mateleder (N), er anordnet i mellomrommet eller hvert mellomrom mellom autotransformatorene (1), og minst én ytterligere sugetransformator (3a, 3b), som har én vikling innkoplet i tilførselslederen (C) og en annen vikling innkoplet i returlederen (R), i mellomrommet eller hvert mellomrom mellom autotransformatorene (1).

2. System ifølge krav 1,karakterisert vedat det omfatter flere av de ytterligere sugetransformatorer (3a, 3b) i mellomrommet eller hvert mellomrom.

3. System ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat den positive mateleder (P) er tilkoplet til det samme punkt på autotransformatorviklingen som tilførselslederen (3).

4. System ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat den positive mateleder (P) er tilkoplet til et forskjellig punkt på autotransformatorviklingen i forhold til det punkt i hvilket tilførselslederen (C) er tilkoplet, og at den positive mateleder ligger på en høyere spenning enn tilførselslederen.

5. System ifølge krav 4,karakterisert vedat tilførselslederen (C) ligger på en nominell spenning på ca. 15 kV, og de positive og negative mateledere (P, N) er symmetriske om jord og ligger på nominelle spenninger på ca. + 25 kV.

6. System ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat det har en frekvens på ca. 16,7 Hz.

7. System ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat returlederen (R) utgjøres av skinner langs hvilke vogner er tvunget til å kjøre.

8. System ifølge ett av kravene 1-6,karakterisert vedat returlederen (R) er koplet i parallell med skinner langs hvilke vogner er tvunget til å kjøre.