SE516648C2 - Banmatningssystem - Google Patents

Description

25 30 35 516 648 2 Förhållandet mellan antalet varv i lindningarna är ett, vilket inne- bär att spårströmmen tvingas att gå igenom returledaren istället för i rälsen eller i marken. Detta arrangemang minskar strömmar- na i marken runt rälsen och därmed uppkomsten av magnetfält som annars kan orsaka problem genom att inducera störningar i telefon- eller signalledningar nära järnvägen. En nackdel med att på detta sätt anordna flera sugtransformatorer i serie i huvud- kretsen är att dessa orsakar ökad impedans i systemet vilket in- nebär effektförluster.

Som ett alternativ till sugtransformatorer kan spartransformatorer användas och deras användning i banmatningssystem finns ock- så beskriven i nämnda artikel i tidskriften "Elektrische Bahnen”.

Lindningen hos varje spartransformator är ansluten mellan kon- taktledningen och en negativ matningsledare. Rälsen är ansluten till en mellanliggande punkt på lindningen. Tåget tar huvuddelen av sin ström från de två närmast liggande spartransformatorerna, men en mindre del av strömmen tas från mer avlägsna spartrans- formatorer. Den totala matningsströmmen ges av tågets ström dividerat med spartransformatorernas transformationsgrad som vanligtvis är tvâ. Detta innebär att den negativa matningsledaren ska ha samma spänning i förhållande till jord som kontaktled- ningen, men med motsatt fas. Strömmen transformeras från kret- sen som innehåller kontaktledningen och rälsen till kretsen som innehåller kontaktledningen och den negativa matningsledaren.

På samma sätt som för sugtransformatorsystemet tar spartrans- formatorsystemet bort oönskade strömmar i rälsen, men inte lika bra. l motsats till sugtransformatorsystemet, som arbetar med att balansera strömmar, arbetar spartransformatorsystemet med att balansera spänningar. Eftersom spartransformatorerna inte är perfekta för att ta bort strömmen i rälsen, bör avståndet mellan dem inte överstiga avståndet mellan sugtransformatorerna i ett konventionellt sugtransformatorsystem med mer än en faktor två.

Men detta är onödigt tätt med avseende på vad som krävs för spänningsöverföringen. Eftersom en spartransformator är dyr i 516 648 3 förhållande till en sugtransformator, är en lösning med bara spar- transformatorer för kostsam.

I GB 9910123.0 föreslås en kombination av spartransformatorer 5 och sugtransformatorer, vilken medger ett större avstånd mellan spartransformatorerna. Detta avstånd är tillräckigt för spännings- överföringen. Banmatningssystemet som visas innehåller två se- parata matarsystem, dels ett första matarsystem innefattande en kontaktledning, en återledare och ett antal sugtransformatorer 10 anslutna mellan kontaktledningen och återledaren, och dels ett andra matarsystem innefattande en negativ och en positiv mat- ningsledning. Med en positiv matningsledning avses att spän- ningen i ledaren är i fas med kontaktledningen och med en nega- tiv matningsledning avses att spänningen är i motfas med kon- 15 taktledningen. Ett antal spartransformatorer är kopplade mellan det första och det andra matarsystemet.

Returströmmarna i de båda matarsystemen styrs av sugtransfor- matorerna som är anordnade att balansera strömmarna i syste- 20 men. Det andra matarsystemet har en sugtransformator anordnad i mellanrummet mellan två spartransformator längs med järnvä- gen. Ett antal sådan sugtransformatorer är således anordnade i serie. Dessa sugtransformatorer är anslutna mellan den positiva och den negativa matningsledningen. Den strömbalans som er- 25 hålles tack vare alla dessa sugtransformatorer förhindrar att det 'P5 går ström från kontaktledningen till matningsledningarna, vilket ' skulle kunna leda till att en del av returströmmen tar vågen via marken och därmed åstadkommer störningsproblem. Sugtransfor- matorerna sköter alltså återledningen av strömmen och spar- 30 transformatorerna sköter effektöverföringen. I ett sådant banmat- ningssystem behövs därför inte så många dyra spartransformato- rer. Ett problem med sugtransformatorerna i det andra matarsys- temet är att de bidrar till att öka impedansen i systemet och att de under vissa förutsättningar kan utsättas för mycket hög be- 35 lastning och då får arbeta mycket hårt. 516 648 4 REDOGÖRELSE FÖR UPPFlNNlNGEN Ändamålet med den föreliggande uppfinningen är att anvisa ett banmatningssystem med två matarsystem som inte inducerar 5 störningar i telefon- eller signalledningar nära järnvägen och där spartransformatorerna inte behöver arbeta onödigt hårt. Ändamålet uppnås med det inledningsvis angivna banmatnings- systemet som enligt uppfinningen kännetecknas av att det inne- 10 fattar ett antal andra sugtransformatorer kopplade mellan det för- sta och det andra matarsystemet. Genom att koppla sugtransfor- matorerna mellan matarsystemen istället för mellan matarled- ningarna i den andra matarsystemet erhåller man den önskade strömbalansen mellan matarledningarna och kontaktledningen, 15 utan att behöva seriekoppla sugtransformatorerna. Tack vare att sugtransformatorerna inte längre är seriekopplade, erhålls en minskad impedans och därmed minskade förluster i det andra matarsystemet. 20 Enligt en utföringsform av uppfinningen är var och en av de and- ra sugtransformatorerna anslutna till någon av spartransformato- rerna. Genom att anordna en sugtransformator vid varje spar- transformator är det alltid två sugtransformatorer som arbetar med att upprätthålla strömbalansen när ett fordon befinner sig i 25 en sektion mellan två spartransformatorer. Eftersom två sug- -r-E transformatorer delar på arbetet blir de bara hälften så belastade som i nämnda tidigare kända banmatningssystem, där en sug- transformator är anordnad i mitten av sektionen mellan spar- transformatorerna. 30 Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen är de andra sugtransformatorerna anslutna mellan spartransformatorerna och något av det första eller det andra matningssystemet. Med båda dessa sätt att ansluta den andra sugtransformatorn erhålls ovan 35 nämnda fördelar. Utföringsformen, där de andra sugtransformato- rerna är anslutna mellan spartransformatorerna och det första matningssystemet, har den fördelen att konventionella spartrans- 516 64 8 5 formatorer, med en lindning isolerad för högspänning och en lind- ning isolerad för lågspänning, kan användas. Sådana konven- tionella spartransformatorer är både billigare och mindre än spar- transformatorer med två lindningar isolerade för högspänning.

Utföringsformen där de andra sugtransformatorerna är anslutna mellan spartransformatorerna och det andra matningssystemet har den fördelen att strömstyrkan genom sugtransformatorn blir lägre. I denna utföringsform måste sugtransformatorn ha två lind- 1O ningar avsedda för högspänning, d.v.s. isolerade för att tåla hög- spänning. Ett sätt att åstadkomma en sådan sugtransformator är att koppla ihop två konventionella sugtransformatorer med var- andra "rygg mot rygg", d.v.s. de båda sugtransformatorernas låg- isolerade lindningar kopplas samman så att samma ström flyter 15 genom alla fyra lindningarna.

I en ytterligare utföringsform av uppfinningen är spartransforma- torerna anordnade så att spänningen i matarledningen, som är i fas med kontaktledningen, är högre än spänningen i kontaktled- 20 ningen.

FIGURBESKRIVNING Föreliggande uppfinning ska nu förklaras med hjälp av olika så- 25 som exempel beskrivna utföringsformer och medhänvisning till de -r-E bifogade ritningarna.

Figur 1 visar ett kretsschema för ett banmatningssystem enligt uppfinningen. 30 Figurerna 2, 3 och 4 visar ett banmatningssystem enligt en and- ra, tredje och fjärde respektive utföringsform.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER 35 Figur 1 visar ett banmatningssystem innefattande ett första ma- tarsystem vilket innefattar en kontaktledning 1 och en återledare 2, 3. Återledaren kan antingen utgöras av rälsen 2, längs vilka 516 648 6 fordonet färdas, eller vara en separat àterledare 3 som är anord- nad parallellt med och ansluten till rälsen 2. Ett antal sugtrans- formatorer 4 är anordnade på ungefärligen jämna avstånd längs med rälsen. Sugtransformatorerna 4 har två lindningar, varav den 5 ena är ansluten till kontaktledningen och den andra är ansluten till återledaren, d.v.s. till den separata àterledaren 3 och/eller till rälsen 2. Dessa sugtransformatorer 4 har till uppgift att balansera strömmen l1 i àterledaren 2, 3 och kontaktledningen 1 så att det går lika mycket ström i àterledaren som det går i kontaktledaren. 10 Därmed undviker man att en del av returströmmen går i marken och ger upphov till magnetfält som orsakar störningar på omgiv- ningen. Som framgår av figuren så är sugtransformatorn 4 anord- nad över ett gap i rälsen. 15 Banmatningssystemet innefattar vidare ett andra matarsystem som innefattar en positiv matningsledning 5 och en negativ mat- ningsledning 6. Med en positiv matningsledning avses en ledare, i vilken spänningen är i fas med spänningen i kontaktledningen och med en negativ matningsledning avses en ledare, i vilken 20 spänningen är i motfas med spänningen i kontaktledningen. På väsentligen jämna avstånd utmed rälsen finns ett antal spar- transformatorer 7 anordnade, vilka är kopplade mellan det första och det andra matarsystemet. Det andra matarsystemet har till uppgift att sköta effektöverföringen till fordonet. Avståndet mellan 25 två näraliggande spartransformator 7 är väsenligt längre än av- 1"? ståndet mellan två näraliggande sugtransformatorer 4 i det första ' matarsystemet.

För att se till att strömmen l2 i den positiva och den negativa 30 matningsledningen är lika stora och förhindra att det går ström mellan det första och det andra matarsystemet, kopplas ett antal sugtransformatorer 8a, 8b mellan matarsystemen. Dessa sug- transformatorer 8a, 8b har till uppgift att balansera strömmen mellan den positiva och den negativa matarledaren och kontakt- 35 ledningen. Det räcker med att anordna en sugtransformator 8a, 8b per spartransformator för att förhindra att ström läcker mellan det första och det andra matarsystemet. Var och en av sugtrans- u o o ø - a ø n I n 516 648 7 formatorerna 4 och 7 har två lindningar och antalet varv i lind- ningarna är lika många.

I den första utföringsformen av uppfinningen, som visas i figur 1, 5 är sugtransformatorerna 8a, 8b kopplade mellan det andra ma- tarsystemet och spartransformatorn 7. Var och en av spartrans- formatorerna 7 har en lindning vars ena ände är kopplad till den negativa matningsledningen 6 via den ena av sugtransformatorns 8a, 8b lindningar, och vars andra ände är kopplad dels till kon- 10 taktledningen 1 och dels till den positiva matningsledningen 5 via den andra av sugtransformatorns 8a, 8b lindningar. Mittpunkten på spartransformatorns 7 lindning är ansluten till återledaren 2, 3. Den positiva matningsledningen är således ansluten till kon- taktledningen via sugtransformatorn 8a, 8b och dessa kommer 15 därför att ligga på samma spänningsnivå. Den negativa mat- ningsledningen är kopplad till kontaktledningen via spar- transformatorn och kan därmed ges en spänning som är högre än kontaktledningens spänning. Många olika spänningskombinatio- ner är möjliga. Exempelvis kan kontaktledningen, och därmed 20 också den positiva matningsledningen, ha en spänning som är +15kV. Den negativa matningsledningen kan då exempelvis ha en spänning som är -25 kV eller -15 kV. Frekvensen är företrä- desvis 16,7 kHz. 25 Eftersom lindningarna i sugtransformatorerna 8a är anslutna till den positiva och den negativa matningsledningen, måste båda lindningarna vara isolerade för högspänning. Som ett alternativ till en sådan sugtransformator kan man använda två konventio- nella sugtransformatorer, innefattande en hög- och en lågspän- 30 ningslindning, vilka kopplas rygg mot rygg (eng. back to back).

Sugtransformatorn 8b i figur 1 består av två konventionella sug- transformatorer som är kopplade rygg mot rygg. Detta innebär att den första transformatorns högspänningslindning är ansluten till den positiva matningsledningen och den andra transformatorns 35 högspänningslindning är ansluten till den negativa matningsled- ningen. Den första och den andra sugtransformatorns lågspän- :nano o o o ø n ø s I o 516 648 ß ningslindningar är kopplad till varandra. Därmed går det samma ström genom alla fyra lindningarna.

Figur 2 visar en andra utföringsform av uppfinningen, där både 5 den positiva 5 och den negativa 6 matningsledningen har en hög- re spänning än kontaktledningen 1. Lindningen i varje _spartrans- formator 9 har utökats och den positiva matningsledningen 5 är inte längre, via sugtransformatorn 8a, kopplad till samma punkt på spartransformatorn 9 som kontaktledningen 1. De år istället 10 kopplade till skilda punkter på spartransformatorn. l denna utfö- ringsform kan exempelvis spänningen vara +25 kV på den positi- va matningsledningen, -25 kV på den negativa matningsledning- en och +15kV på kontaktledningen. Frekvensen kam företrädes- vis vara 16,7 Hz. 15 Figur 3 visar en tredje utföringsform av uppfinningen, där sug- transformatorer 10 är kopplade mellan det första matarsystemet och spartransformatorn 7. Var och en av spartransformatorerna 7 har en lindning vars ena ände är ansluten till den negativa mat- 20 ningsledningen 6 och vars andra ände är ansluten dels till den positiva matningsledningen 5 och dels till kontaktledningen 1 via den ena av sugtransformatorns 10 lindningar. Mittpunkt på spar- transformatorns 7 lindning är ansluten till äterledaren 2, 3 via den andra av sugtransformatorns 10 lindningar. Den positiva 25 matningsledningen 5 är således ansluten till kontaktledningen via -;--§ en av sugtransformatorns 10 lindningar och dessa kommer därför att ligga på samma spänningsnivå. Den negativa matningsled- ningen 6 är kopplad till kontaktledningen 1 via spartransforma- torn 7 och kan därmed ges en spänning som är högre än kontakt- 3O ledningens spänning. Sugtransformatorerna 10 i detta utförings- exempel är av konventionell typ med en hög- och en lågspän- ningslindning.

Figur 4 visar en fjärde utföringsform av uppfinningen, där både 35 den positiva 5 och den negativa 6 matningsledningen har en hög- re spänning än kontaktledningen 1. Lindningen i varje spartrans- formator 9 har utökats och den positiva matningsledningen 5 är 9 kopplad till en punkt på spartransformatorn 9 som är skild från den punkt där kontaktledningen 1, via sugtransformatorn 10, är inkopplad.

Claims (10)

n v~a 10 15 20 25 30 35 516 648 10 PATENTKRAV

1. Ett banmatningssystem för en med växelström elektrifierad järnväg innefattande - ett första matarsystem med en kontaktledning (1), en åter- ledare (2,3) och ett antal första sugtransformatorer (4) anslutna mellan kontaktledningen och återledaren, - ett andra matarsystem med två matningsledningar, varav den ena är i fas (5) och den andra är i motfas (6) med kontakt- ledningen, och - ett antal spartransformatorer (7, 9) anordnade utefter järn- vägen och kopplade mellan det första och det andra matarsyste- met, kännetecknat av att det vidare innefattar ett antal andra sugtransformatorer (8a, 8b, 10) kopplade mellan det första och det andra matarsystemet.

2. Banmatningssystem enligt patentkrav 1, kännetecknat av att var och en av de andra sugtransformatorerna (8a, 8b, 10) är anslutna till någon av spartransformatorerna (7, 9).

3. Banmatningssystem enligt patentkrav 1 eller 2, känneteck- nat av att de andra sugtransformatorerna (8a, 8b,10) är anslutna mellan spartransformatorerna (7, 9) och något av det första eller det andra matningssystemet.

4. Banmatningssystem enligt patentkrav 3, kännetecknat av att de andra sugtransformatorerna (10) är anslutna mellan spar- transformatorerna (7, 9) och det första matningssystemet.

5. Banmatningssystem enligt patentkrav 4, kännetecknat av att de andra sugtransformatorerna (10) innefattar två lindningar varav den ena är ansluten mellan spartransformatorn (7, 9) och kontaktledningen (1) och den andra Iindningen är ansluten mel- lan spartransformatorn och àterledaren (1, 2). o uuou ø . u o n 0 10 15 20 516 648 11

6. Banmatningssystem enligt patentkrav 3, kännetecknat av att de andra sugtransformatorerna (8a, 8b) är anslutna mellan spartransformatorerna (7, 9) och det andra matningssystemet.

7. Banmatningssystem enligt patentkrav 6, kännetecknat av att de andra sugtransformatorerna (8a, 8b) innefattar två lind- ningar, varav den ena är ansluten mellan spartransformatorn (7, 9) och den ena av nämnda matningsledningar (5, 6) och den andra lindningen är ansluten mellan spartransformatorn och den andra av nämnda matningsledningar.

8. Banmatningssystem enligt patentkrav 6 eller 7, känneteck- nat av att åtminstone någon av de andra sugtransformatorerna (8a, 8b) innefattar två lindningar avsedda för högspänning.

9. Banmatningssystem enligt patentkrav 6 eller 7, känneteck- nat av att åtminstone någon av de andra sugtransformatorerna (8b) innefattar två sugtransformatorer anordnade rygg mot rygg.

10. Banmatningssystem enligt något av de tidigare kraven, kännetecknat av att spartransformatorena (9) är anordnade så att spänningen i matarledningen, som är i fas med kontaktledningen, är högre än spänningen i kontaktledningen. o v u I o ~ a s a u