B7 發明説明（/) 範疇： 本發明係有關一種牽引動力的電力供應系統，亦即，一 套將電力翰至火車機車頭、電動列車、有軌電車及類似载具 的設施裝置，在此一設施系統中至少有一個電氣機械，其上 配置有一由一磁芯以及一組以上的線圈所組成的磁路。 電氣機械内的磁路中通常均有採用一疊片鐵心，亦即， 焊接鋼材結構。為達成通風及冷卻效應起見，該鐵芯通常是 切割為疊堆造型，且其上附有徑向或軸向通風管道。就較大 型的機械而言，疊片鐵心係沖壓成部份片體，再固定於機械 的框架上，疊片鐵心造型的鐵芯再以壓指或壓環夹壓成型。 磁路的線圈配佈於鐵芯的導線槽内，導線槽的截切面一般而 言呈一矩形或梯形造型。 就多相電氣機械而言，其線圈係製作成單層或雙層線 圈。就單層線圈而言，每-槽部僅有—個線圈侧；但就雙層 線圈而t，每-槽部上則有兩個線圈侧。所謂線圈侧係指一 個或叫⑽上沿垂直或水平方向組合的導體，且其上配置有 一共同線’綠體’即，職在職觀本身賴於地電位 的额定電壓的絕緣體。 雙層線圈-般而言賴石義造型頃就本發 ，的應用r言，所_石造型或平坦造型。就鑽石線圈而 『只有-個線_度可言（要探用肖個線圈寬度也可以）， 但平坦造型線關是㈣劇心線_態，亦即，線圈寬度 7 9 ο 7 4 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 "X、發明説明（怠 始終在變化，謂線圈宽度係揞屬於同一線圈的 之間的弧距差。 瑕圈侧 -般而言，幾乎所有大型機械均探雙層鑣 而且線圈的尺寸相同。每-線圈的—侧置放於1 ’ 另-侧廳放於另-味著射線_在^^而 内互相交叉。若雜在兩_切，這些交叉會錢= 品的複雜化且線圈末端的效果有欠理想。 …獲繞成 由於歷史上的因素，__路__魏 壓及頻率定值騎所糊一旦—特定的縣及頻丰系絲電 在某-地區建立之後，若要再岐為另—套錢，則不= 用龐大且操作上亦甚為不便。原則上，包純源_ ^費 電壓系統、公共供電频率交流系統及低頻交流 = 在内…共有三套鮮規制隸。這意味著有許多载輪夺統 工具，包括火賴車頭、列車舰及電車，其料時曾通 系統配置賴不僅只是-種特定的、頻率系統而ρ '源 至今日，在不同國家之間為將交通運輸系統加以整合， 備了能調節、因應在同.-整體電源系統内，不同的電源敕 加以整合利用的能力。 鐵轨電«可取自一般公用的交流電源，亦可取自鐵路 營運當局自有的發電廠房。其Μ的-必要考慮前提在於， 视電源係交流電或直流電而定。就直流傳動的情況而言，就 必須配置有整流機房，以將公用的交流電源轉换為直流電 力。道些整流機房在鐵路沿線定點處供應直流電壓。就工業 級频率5〇如或⑽Hzh的交流電源而言，變壓器濾波器可 本紙張尺度適用中國國家操準（CNS ) A4規格（21〇χ297公釐） -----------1------ir------線 f諳先閲讀背面之注意事項再填頁) 470977 A7 ___ _B7__ 五、發明説明（$ ) 防止在機車頭閑流體内所產生的諧波，不致被驅入公用電力 系統以及設備設施内，因為在某些定點是有必要平衡牽引負 载的〇至於將三相轉化為雙相也可在探一特殊的史考特 (Scott )接法之後而成就。但此史考特接法的一大不利因 素在於，必須要用許多缠繞線圈，而且必須使用較大的鐵 芯。尚有其他不利因素，包括公共供電系統與一低頻系統相 較之下，其電力傅輸能力較低且感應損失較高。此外，牽引 負载會對饋電網路造成干提。就採用16V3或沾Hz的低頻 交流電電氣系統而言，必須備有變電設施，以轉換公共配電 網路的頻率電壓，或為低頻交流電流提供特殊的電力站以及 特殊配電網路。 之所以在當初選定了直流電歷電氣化，是因為當初有一 適宜且易於控制的馬達，即串聯激勵的直流馬達c在往昔三 相交流電壓係藉助於迴旋式變流器或水銀電弧整流器而轉 换成直流電壓，但時至今日該一轉换方法通常是以6脈衡或 I2脈衡中繼器所執行。 直流笔壓系統的一大有利因素在於，電流可直接在直流 馬達内予以糊。在車體内用不著使用任何重型顏器，以 經濟部_央樣準局員工消費合作社印製 將電壓遞減，這是0賤有顺交顏顯。如此，所以 採用直流電壓的車輛的成本較為低廉而且比較容易生產製 作較低的直流電壓自安全觀點觀之，亦甚為有利，例如： 就地下鐵絲而言，射所使_電力·襲㈣是處於曝 處狀態下。 就直流㈤顧操侧言，其主㈣不糊素在於，電壓
470977 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明説明（V ) 較低就意味著電流乃至於電塍降及損粍就較大。為謀補救之 道，導體部位就必須較大，整流廠房就必須距離較近，/般 而言，相毗鄰廠房之間的距離在10公里以内。如此/來， 廠房設施的成本相對提高。此一不利因素在高功率，例如： 高速行車的狀況下尤其顯著。高功率的整流廠房必須緊密相 連而設，而其使用時機又僅僅在火車通過電源站的短暫片刻 而已。另一不利因素則為短路電流流量極大。 在牽引馬達可以使用工業級類率5〇 Hz或6〇 之前， 首抵的交流電壓系統乃是以低頻電壓（I5〜1#/31^或25 h)充電。在該等系統中使用了一段相當長時間的牽引馬 達係一單相串接整流馬達，亦有稱之為一單相牽引馬達。此 -功能幾與-直祕達相m差财於電場及轉子電 流每半遇_相-次，逭是因為其係以交流電流供應。為使 整流在不致及過顏·_情幻:㈣飾功能，必 須選擇低頻以及低速馬達》與公用供電頻率相較之下，低頻 交流電壓的一大有利因素在於較佳的電力傳輪能力。-' 與直流系統條之下，交流系主要有利 交流電壓可賴顏理（時至今日，即使是錄電壓亦; 所謂的截波器作變壓處理卜所以它得以在高架導線^ -相對於馬達的X作電顧言，是為—相對高Μ。2 導線内的電壓較高，電流相對較低，因而促虚 、简次 傳输能力，以及運输網路_失的降低。此外，供2電力 此間的距離可以拉大（30〜120fcn之間）。但有二:’、站彼 素，則是牽引馬達的體積較為龐大，且控制技術麵^因 本紙張尺度賴㈣®家1準(CNS ) Α4規格(210x7^^) 、，}、 1--------裝------訂------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 470977 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明説明（g ) 一' 一 另不糊素在於-般讀朗達魏賴情況下，必 須使用變頻器，即—般是由一叫的同步馬達去驅動一單 相的1673 HZ同步發電機。就不同步的聯結而言，50 HZ 馬達/發電機係不與一其上供應以極低麵的交流電源 (Scherlmis引擎）的特殊轉子同步。電力可以雙向输入。 馬逹上的電極有如發電機三倍之多。迴旋變流器係針對一相 當低的额定賴（6 kV )所㈣，如此，絕緣料不必太 強。所以，在麵器之前及之後，触廳有顏器。在同 廠房之内通常均並聯設有若干變流器操作。 、迴旋式舰器有的是同步型或有的是非同步型，均能生 成無效功率’以抵雜在高架導線網路以及報内所產生的 無效功率損失。迺旋式變流器亦可在公共配輸網路以及高架 導體系統之關供魏騎^效功料軸職式變流器 輸至公共配輸網路。 迺旋式變流器的一大不利因素在於大型同步/不同步機 械的啓動極為粍時，而且相位對正極為複雜。它必須能滿足 對於功率的突發f求。师魏必缝在減航下，或在 低功率條件下長時間預備運轉。另一不利因素在於可局部歸 因於在上迷的無载運轉狀態下所造成的能量損耗。 在較新的設施中，迴旋式變流器己為靜止式變流器取而 代之。靜止式變流器所生成的無效功率可以補償在高架式聯 結線内所產生的無效功率損失。但是，不綸是三相侧或單相 侧，其諧波均較高。此外，靜止式變流器並不能生成無效功 率，以補償因感應負载所造成的電壓降。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 裝 訂 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 470977 A7 _B7_ 五、發明説明（έ ) 如前所述，鐵路電氣化所使用的各項系統是相當複雜及 代價極高的。 如前所述，採傳統定子缠繞線圈結構的機械，在不使用 一變壓器以降壓的情況下，是不可能接至一高壓網路，例 如：一 145 kV的網路。若就如此使用一馬達，經由一變壓 器再接至高壓網路上，其所牽涉到的不利因素極易使人感嘆 若馬達能直接接至高壓網路則更好！顯而易見的不利因素 最少就有以下各項： - 變壓器成本高昂，會增加運输成本及空間需求。 - 變壓器會降低系統的效率。 - 變壓器會消粍無效功率。 - 傳統型變壓器因為内含油劑，危險隨之而來。 - 由於馬達經由變壓器對一相對較弱的網路工作，所以 操作極為敏感。 發明之説明： 經濟部中央標準局員工消費合作社印裂 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明的目的係在提供一供鐵路電氣化及類似體系操 作的供電系統及其零組元件，藉以解決在現有、現存的體系 内既存的一些間題。 本發明係提供一根據申請專利範圍第1項、第2項、第 6項、第9項、第11項、第17項、第18項或第19項中任 何一項的供電系統，各該項申請專利範圍均有共同的特徵部 份。 所以本發明係奠基於一用以建造電氣機械馬達、發電 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐} 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 470977 A7 B7_ 五、發明説明（Y ) 機、變壓器等的特殊技術，其中的電氣線圈係以一特殊方 式，在乾燥絕緣的狀態下，予以製作◊如此，若非能得以根 本免除變壓器的使用，就是得以製造出不再受制於如前所述 的傳統類型變壓器先天性的諸多缺失的新穎變壓器。 供電系統中可以包含多種不同類型的機械在内，經配置 後可將電力自傳輪網路輸至牽引動力源線路，通常即為一高 架聯結線上。當然亦可將一座或一座以上的上述特殊機械與 傳統機械組合併用。 所以，屬本發明所涵蓋的一類型的機械可為一變壓器， 或為一作為一變流器使用的馬達發電機。這兩者可加以組合 應用。 依本發明所提供的供電系統及其構件，可依不同的鐵路 系統的實際需求而加以調適，且在作必要的修正之後，可供 作有外接電源的鐵路系統或有自備電源的鐵路系統乃至於 不同電壓的鐵路系統、不同頻率的鐵路系統、交直流系統， 甚至是同梦及不同步‘馬達的操作應用。 就有必要使用變壓器的情況而言，本發明的一留的在於 變壓器必須使用與廠站設施内所使用的其他電氣機械相同 類型的電纜或以與該等其他機械相同的方式生產製作。 在滿足上述目的之後’所取得的一大成就在於可以免除 掉一中介的油填式變壓器，其阻抗勢必將消耗掉無效功率。 再者，由於有迥旋補償存在’所以網路品質亦可獲得提异。 就一採納本發明的原則而設計的設施而言’過載能力可增加 100%。其控制範圍較現有技術為大。 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS) A4規格（2iGX297公I) 一/〇、 ---；--------A —------訂------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 470977 A7 B7 _ 五、發明説明（¾ ) ~ 為達此目的，納入該設施的數量至少在一個以上的電氣 機械内的磁路及其導體係以經永久絕緣處理的有螺紋電嫌 以及内納接地所構成〇 所以，本發明的實施例與已知技術兩者之間的最主要、 最大的差異係在於本發明的實施例乃落實於一納入電氣設 施内至少一個以上的機械内之一磁路内，該磁路係經由斷路 器及隔離器直接接至一高達2〇〜800 kV之間，最好是在36 kV以上的高歷電源。該一磁路係由一片或一片以上的疊片 鐵心所構成，嶋n螺紋的賴舰成的線圈，外加 一個或一個以上的經永久絕緣處理的導體，在該導體處以及 絕綠外部均設有一半導體層，外侧的半導體層乃連接至地電 位上。 為謀解決因包括迴旋式及靜止式等電氣機械的直接聯 接至所有類型的高壓電力網路上所引發的問题，依據本發明 所設計的設備中至少有-機械上具有如上所述及的敷個特 徵’逭與習知技術的差別是極為0⑽的。本發關其他特徵 及其他實施例在後附申請專利範圍以及下対有進一步的 説明。 依據本發明所設計的設施中的上迷特徵，以及其他特 徵以及其中所納入的至少-具以上的電氣機械特徵 ，茲列 示如下： -磁路線圈係由-其中具有-個或―個以上經永久絕緣 處理的導體外帶兩個半導體層，其中的—層係用以將 股線加以圍繞，另一層則係據以形成—外遮蔽部的電 本紙張XJL適财家樣準（CNS >—2lGx297公慶厂 ——--
-!K ---------------Λ —------IT------味 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 470977 A7 B7 五、發明説明（？） 纜所生產製作的。就此一類型的導懺而言，其中有些 其上設有交鏈型聚乙烯< ρΕχ >，或乙烯丙烯橡膠絕 緣體。就本發明的目的而言，該等導體無論是在其内 載的股線或外遮蔽的性質方面，均有可進一步發展。 - 雖然以呈十字截面造型的電纜較為理想，但亦可探用 其他截面造型的電纜，以取得較佳的歷著密度。 - 此一造型的電纜可使疊片鐵心在本發明的大原則下在 槽部及齒部方面採全新的最佳設計。 _線圈最好能在製造時施以階梯式絕緣處理，以對疊片 鐵心作最佳利用。 -Μ最好能製作成多層、同心電纜造型，以滅少線圈 末端交叉的數量。 -槽_設㈣好能航合捲__形成_的截切 面，以使槽部能呈數個錐形開口 _型，在彼此的外 =軸向及徑向方向前進，且有..-沿電樞線圈層之 前進的開放腰部。 -槽㈣g线可㈣_賴_伽而難 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 2的階梯造型絕緣部位而調整1梯：;磁 芯維持-大致上為恆賴Μ，·動=緣可使磁 的影響。 又制於徑向延伸 -=有關股線的進-步發展，必導敦導 ，密層所組成，亦即，自一電氣機械的 本紙張尺度適用令圏国家棣準（CNS ) Α4· ( 2ΐ〇χ2_着） 470977 A7 ____B7 五、發明説明（丨〇 ) ~' -上述有關外遮蔽部位的進一步發展，必導致在沿導體 縱長部位的適當點處，外遮蔽部的被切截掉。每一截 切掉的局部長度直接接至地電位或另行選定與地電位 相當的電位。 在使用如前所述類型的電纜之後，可使線圈的外侧半導 體層的整個長度，以及同一設施的其他部位維持於地電位。 一值得注意的有利因素在於，在外侧半導體層外侧的線圈末 端區域内，電場的值接近於零。在外侧層之上是處於地電位 的情況下，可以不必理會電場。追意味著不論是在鐵芯内、 在線圈末端部位内，或在以上兩者之間的過渡區域内，均不 致有電場集中的現象出現。 將經絕緣處理或未經絕緣處理的緊密股線，或換位股線 加以混合之後，可減少雜散損失。 在磁路線圈中所使用的高壓電纜，其結構為一內芯/導 體配置以敷束股線，至少一個以上的半導體層，最内侧的半 導體層以一絕緣層包圍，然後再以一外徑尺寸在10〜250 mm之間的外侧半導體層以及一範圍在4〇〜3〇〇〇Γηγ之間的 導體面積包圍。 經濟部中央梯準局員工消費合作社印製 就本發明的一特別有利的實施例而言，上述所有三個 層，其中最少有兩層，最好是全部，其熱膨脹係數均相同。 如此的一絕對有利效果在於，在線圈内的熱運動期間，缺 失、龜裂以及類似瑕疵可加以避免。 由於尤以永久性絕緣為宜的絕緣系統，其設計在於自熱 應力乃至於電學觀點而言，乃是能因應一高達36 kV以上的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 音
A7 B7 下， 故此系統可在無任何降塍變歷器介入的情況 至高壓電能網路，因而得以成就如上所列舉的有利因 =發明的上迷實施例以及其他較理想的實施例，在申請 專利槐围內有精準的界定。 所列:參照附圖，對本發明的理想實施例作進-步的説明。 中。_施例，其意在阐示而非據以限制本發明，在附圖 =依本發_提供陳_所使用之i氣機械 圖 局部末端示意圖。 2:二圖圖所示的定子線圈内所使用之-獅梯剥裸末 ϋ 3 # ’之 1=:=____嶋 圖4圖係一其中納有—迴旋變流組元的供電系統線路示意 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 ^係如_4所示的供電錄㈣—替代實施例。 實 =其中配置有—迺旋式變流組元的供電系統之另- 圖7係如圖6所示的供電系統的另一替代實施例。 圖=財嶋—職她㈣㈣系_ 470977 A7 _B7_ 五、發明説明（II ) 圖9係由濾波及負载平衡組元所構成的一傳統供電系統。 圖10係可供取代如圖9所示系統的本發明之··一實施例。 圖11係如圖10所示更詳細的實施例的線路示意圖。 圖12係本發明在探用了一電流增壓變壓器後的實施例。 圖13係本發明納入了一靜止式變流組元的實施例。 圖式中主要元件説明： 經濟部中央標率局員工消費合作社印製 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 1:定子 2:轉子 3:鐵芯的軛部 4:盘部 5:槽部 6:電纜 7:寬腰部 8:窄腰部 31:導體 32:第一半導體 33:絕緣層 34:第二半導體 35:絕緣構件 36:股線 40:三相高壓翰配線 41.42:變電站 43:高壓配電設備 44·45:變壓器 46:高壓/中壓配電設備 47:配電設備 48,49:高架聯結線 51.52:對變頻站 53:變頻器 54:高架聯結線（迥旋式轉换器） 55:高壓配電設備 56:變壓器 6CK61:變頻站 62:變壓器 63:靜止式變頻器 64:高架聯結線 65:單相變壓器 66.69:迥旋式變流器S7:高壓配電設備 68:中壓配電設備 7():低頻線 80:變頻站/變流站 81:變電所 82:高架聯結線 83,85:變壓器 84:單相變壓器 部:迴旋式變流器 90:濾波系統 91:負載平衡系統 92:自耦變壓器 93:高架聯結線 95:迥旋式變流器 1〇〇:自耦變壓器 101:高壓/中壓配電設備 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS ) A4規格（210X2们公釐〉 470977 A7 B7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 五、發明説明（以） 110:電流增歷變壓器 π ·Τ2:變壓器 奪想實施例之説明: 就圖1所示的1子1的—局部末端示意圖而言，係取 材於-麟依本發_實施㈣施中職賴—迺旋錢 氣機械，同圖中亦示有间―機械_子2。定子i係由一探 傅統造型的❹鐵心所構成。圖i所示的機械的部位與1 極的極距減應。有敷_部4自鐵__ 3沿徑，向延 倬，延向轉子2且以用供將定子線_置於其中的槽⑽加 以隔離。構成定子線圈的賴S係取材於麵大致與供電力 傅輸所使用的賴相_顏賴，例如：ρΕχ_。'但有 〆差異處，即，外侧具有機械保護作用的遮蔽以及一般用以 園繞此等電力配龍義金聽屏均予以錄，_本發明 的此-顧赌採朗賴鶴㈣㈣㈣及在—絕緣 廣的兩侧上邦至少為數在一個以上的半導體所組成。如是， 半導體層乃裸鋪於電纜的表面上。 就如圖1所示的電纜6而言，其中所示者僅為每—電續 構件的中央導體部位或線圈侧。自圖中可看出，每一槽部5 ，截面部均由寬7、窄δ交錯的腰部所構成。寬腰部7大致 it圔形造型且陳於電賴卵，寬腰部了之間穿插其間的 窄腰部8的作用乃在沿裡向將每一賴夾定於定位。槽部5 的截切面亦沿徑向朝内侧渐窄。道是因為賴構件上的電 壓:在越接近其所位處的定子1的沿徑_侧，其值越低。 所以在㈣内侧的練可以使腦賴賴猶，而在較外 ----------VA-------1Τ------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁}
經濟部中央標準局員工消費合作社印製 470977 A7 ^^--------Ξ----—-- 五、發明説明（W) 侧部位則必須使用較為粗糙的電嫌構件。就圖示的實施例而 言，所使用的電纜一共有三種不同又寸，分別E置於槽部5 的三個相對應部位S1、52、53之内。 圖2所示係依本發明的原則，含納於一實施例設施的一 電氣機械内所使用的一高壓電纜階梯式剥裸末嬙示意圖。該 高壓電纜6係由一個或一個以上的導體沿所組成，每一導 體犯係由敷朿股線36所組成以共同成就一圃形的截切面， 其材料舉例而言，可為鲖（Cu)。逭些導體SI係配置於高 壓電纜6的中間部位，且就此一實施例而言，係以一絕緣構 件35所包圍。但若在敷個導體31中取其一，將其上的絕緣 構件35加以省略亦可。就本發明的此一實施例而言，各導 體3丨係一併以一第一半導體層32加以圍繞。圍繞於此一第 一半導體層32周圍者係一絕綠層33，例如：可為PEX絕緣 層，該層再以一第二半導體層34加以園繞。所以本發明所 使用的高壓電鑽即可不必再納入任何一般用以將此一電纜 加以圍繞，以利電力輸配用的金屬展簾或外遮蔽。 以上針對一與電鑽6 一併製作的迺旋式電氣機械所適 用的磁路所作的敘述亦適用於靜止式電氣機械，例如：變歷 器、反應爐的線圈等等。具有一取自一如圖2所示的電纜上 的纏繞線Μ魏器◊麵文中-_之為「本個的一變 壓器」。就投計觀點以及生產製造觀點而言，可以達成的有 利因素如下： "變壓器的線圈可以在不考慮任何電場分佈的情沉下加 以饰建，同時可免除「依現有技術將構件作-Η後必然有 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
-*1T ( CNsTmI»^ ( 210X297^"iT-一 47097? 五、發明説明（$ ) 可能造成故障瑕疵」的移位處置c 、顏器的鐵芯在設計時可以完全不去考慮任何電場的 分佈情況。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -在對電纜及線圈施以電氣隔離時可以完全不 何油劑。反之，電嫌及線圈可以以空氣或以— 燃性液劑加以包圍。 '、性或緩 -在無油劑介入的情況下，本發明變壓器的引發火災或 引發爆炸可以大輻降低，故無佈署火牆的必要。 -無必要佈署任何其中必須具備處理漏油的元 特殊基礎配備。 門的 一 更容易製作有耐抗地震威脅能力的變壓器。 -由於具備了耐抗短路的能力，變壓器的結構可以變 更為堅固耐用。 一 -變壓器的雜音較小、更為乾淨，且保養需求可以滅輕。 -在變壓器的外侧接繽部位與位於其内的線圈之間，電 氯聯接所需的特殊墊圈可以免除。此—特殊墊圈，就油填 式變壓器而言，是不可或缺的。 ' 經濟部中夬棣準局貝工消費合作社印製 — 如前所述，配置有一磁路的本發明變壓器所j _及測試技術，遠較傳統結構的變壓器/反應贿f;# 為簡單。 ^在採用了其中配置有如上所敘述磁路的電氣機械之 後’牽引馬達的電源供給可以大為簡化，而且更有效率。 如下所敘述，本發明的若干其他實施例，其中的迴旋式 變流器，其至少納有-具取材於如圖2所示_贿成形的 本紙張尺度適用子囷國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 A7 -----— B7_ ^--—.....--.......-- .- 一 一 五、發明説明（/έ) 線圈’在此文中-律稱之為「本㈣的—迺旋式麵器」。 該迥旋式題器可由-㈣以及ϋ隨卿結的發 電機所組成，或賴-晴具有闕歸賴功_單一機 械構體，如德画專權37239〇、38騎以及獅打中所開 示。馬餘«㈣顧㈣㈣頻，且難式變流 器的功Μ在肢電_、相位數以隸心就公共供 電頻率賊路雜而言，迴旋式贿料為-如在Lueger 所撰述由 Deutscher VerUgs—Anstalt stuttgart 所出版的 「科技大辭典.」第2卷第395赴所敘述的一倒相器，道亦 可視為-單-機械。此難器在定子㈣有飾線圈及三相 線圈，以及一鼠籠式轉子。 _在圖3〜圖7中，各Μ左手侧上分別腳有-習知技 術電源系統’以供與示於右手侧上的本發賴實施例作一對 照比較。 圖3所示為—典型的公共供電頻率系統（50 Hz或60 Hz)。-：相高壓_線4()沿鐵路沿線若干位置，對變電 站’例如· 41、42供電。各變電站分别經由翰配線的三相 中的兩相，取得輸人。為平衡負载起見，必娜用不同的相 位組合模式，例如：變電站41使用Α—β相、變電站42使用 B-C相’ i[未㈣1鄰·使用卜以目，依賴推。每一 變电站乃是由高壓配電設備43，例如：兩個變壓器44、45 以及高壓或中壓配電設備46 (但是，可能每站使用一個變 壓器就足夠了），在每兩個變電站之間配電設備以可促成 高架聯結線48、49的彼此互相聯接。就圖示的實施例而 本紙張尺度適用中國國@準（CNS〉A4規格公慶）-:-- 、巧、 -------------上---------訂------Φ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中夬榡準局員工消費合作社印製 A7 ^^ _— B7 五、f明説明（丨 言，在採雙軌系統時，經由同一變電站所供應的兩個高架聯 結線，-般係在此-中_接。在大多數的情況下，一高架 聯結線是不可以在兩個不同的變電站之間與另一高架聯結 線交連的，因為逭雜乃是速接至公共供縣統的不间相位 上，此一交連必然將導致不穩定狀況之出現。此一系統之一 不利因素在於火車機車頭無法同時自一高架聯結線的兩端 取得動力H所以麵站必触此距離較近，—般而言， 此一距離約在3〇 Km之逮◊在習知技術變電所〇内所使用 的變壓器44賴_緣麵模式，雜賴㈣造成不利 影響。大量的變壓器用油在萬—發生火災時，甚具危險性。 所以必須定期撿查有無洩漏。若有其他器備擱置於與變壓器 極為接近之處，驗壓器的下方必娜留關，以防萬一發 &漏油事故_油液的流動·發火災◊舰器44通常在 周邊圍以織賴體，⑽發生餅雜_，料能造成的 傷害❶若變壓器的所在位置毗鄰其他器備，或是位於一建物 之内，則通常會在變壓器的周圍興建防火牆，以免在一旦發 生火災時其他器備目而㈣。此外，在魏㈣龍亦可設 置消防器備以策安全。 相形之下，如圖所示的本發明變壓器45，其中並無納 ^任何可能外洩至外侧之物。另一有利因素在於一旦發生火 災時，火災的嚴重性可大輻減輕。變壓器45可置於一極為 筒化的基礎上，例如：混凝台座。 圖4所示係一典型的低頻系統。一三相高壓輸配線4〇 在沿鐵路的若干定點處，對變頻站，如：51、52，供應電 本紙張;適财關家料（CNS )八4胁（2戲297公董） ----------Λ------訂------j (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 470977 A7 _____B7_ 五、發明说明（ig ) 源◊在每一變频站，三相公共供電頻率高壓首先轉變為中 壓。然後三相中壓再轉换為單相低頻中歷。習知技術的變類 器53可為靜止型（如圖所示），或迴旋型。在變壓器的高 壓侧、在變壓器與變頻器之間，以及在變頻器的低頻侧上， 均設有配電設備。靜止式烫流器係一變流變壓器，以將中壓 轉換為一六相的較低歷。在極為罕見的情況下，此一·變流變 腥器可直接接受來自高壓配電設備的輸入，在高架聯結線以 之上、相鄰的變流站之間，設有一配電設備，以促成高架聯 結線的互相聯接，進而彼此同步。此一系統與—公共供電頻 率系統相較之下，一有利因素在於一火車機車頭可同時自一 高架聯結線的兩端取得動力源。因此，可以拉大變壓站的距 離，可達SO〜100公里之遠。 圖4的右侧所示係一依本發明所提供的避旋式轉換器 54 ◊此一系統的有利因素在於該迺旋式轉換器乂可直接接 至高壓配電設備55，而完全不用仰賴任何中介變壓器或配 電設備的介入。即使高架聯結線的電壓大於批kv，在Mv (中歷）侧上亦不須使用任何變壓器。 經濟部中央梂準局貝工消費合作社印笨 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 但可能必須或自經濟觀點而言，有必要在三相配電線4〇 與迴旋式轉換器54之間設置-變壓器，圖s所示的替代方 案系統中即含有此-麵器，此即可為依本㈣所提供 的一變壓器。 圖6所示為在瑞典當地的-典型_·。^相高壓 輸電線4〇沿鐵路的策略位置處，對變颊站，例如.6〇、 61，提供電源。在此-變頻站處，三相的公共供電頻率高 本紙張尺度逋用中國國家橾率（CNS>A4規格（210X297公瘦） 470977 A7 B7 _ 五、發明説明（^ ) 壓首先在變壓器β2處轉變為一中壓。此一三相中塍然後再 藉一已知技術的靜止式變頻器S3，變更為一單相低頻中 壓。 該低頻單相電壓然後再接至高架聯結線64，但亦在變 壓器65處轉換為高壓，例如：132kV的高壓。此一較高的 電壓再傳輸至變電站，在此再降壓成為中壓並接至高架的聯 結線上。在變壓器S2的高壓侧、在及轉換器63之間、在轉 換器63的低頻侧，乃至於單相變壓器65的高壓侧上，均設 有配電設備。位於變流站之間的各變電所，其變壓器的高壓 侧上設有高壓配電設備，在變壓器的另一侧上則設有一中歷 配電設備。 經濟部中央標隼局員工消費合作杜印製 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 與一公共供電頻率系統相較之下，此一系統的一有利因 素在於，一火車機車頭仍可同時自一高架聯結線的兩端處取 得動力電源◊另一有利因素在於對位於變流站之間的變電所 所提供的高壓配電，可滅少所需的變流所數量。在使用了較 高的輸電電壓（在瑞典而言，是132 kV )之後，可提异電 力傳輸的效率。因此，可以減少變流設備的需求數量。所以， 變流站彼此之間的距離可以拉大，在300〜400公里之間。 就一 1S.5 kV或162/3 kV的系統而言，以瑞典為例，兩相 鄰變電站之間的距離，約在20〜40公里之間。 圖6的右手侧所示係一由本發明所提供的迥旋式變流 器66，位在高壓配電設備S7與中壓配電設備68之間。此 一系統的一有利因素在於迺旋式變流器66可以不藉經任何 中介變壓器就直接接至高壓配電設備67之上。 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐〉 ^ /uyy ( A7 五、發明説明（>〇) 圖7所示的雜與(|6 者的差别在於，依本發明所 提供的-迥旋式變流器69，其中的發生器設有兩個翰出 端，以同時對聯結線64以及高壓、低頻線7〇供應電源。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖8的右手侧所示係在_、奥地利、瑞士 此ak公司所使用的一典塑的低頻系統。—三相高壓翰配 線40在沿鐵路的策略位置處，類站，例如：恥，提供 電源。在變流站80處，三相公共供電姨率高壓首先降展至 中壓的位準’該二相中壓再轉換為單钱射壓。變姨器雖 可為如_示_止式’但亦可採迥旋式。其後，低頻單相 電壓即向上變壓成為高壓，例如：高逹伽W的高壓。此 一高壓再傳制在舰站之間，沿鐵路觀 系統而言，站距約為 玲站距在2〇〜4〇 Km的變電站處。在此等變電站處電 壓再降變至中難Μ魅高觸麟82上。在一變壓器 =11侧、錢麵83與顏器⑽之間，錢流器⑽ •、侧上’以及在—單㈣壓器84的高壓侧上，均各設 ―配電設備。位於變流站_魏所81，在沾 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 的高壓侧上設有高壓配電設備，在變壓器妨的另一侧上則 有一中壓配魏備。此—系統具備了如圖s 統中所具有的-切有利因素。 ^的系 ”，如圖8的左手侧上所示本發_實施伽言，在高麗 備及帽配電聽之_接有―依本㈣所提供的 變施器86 °此一系統的一有利因素在於，迴旋式變 、ν· ’86可直接.接至高壓配電設備上，不必藉經任何中介變 210X297公嫠） 本紙張處用中國
V 470977 A7 B7 五、發明説明“I j =:=備’同時亦可在不必再藉經任何中介變壓器或 所使二’直接接至賴低_電_之上。其中 變壓器85可為一依本發明所挺供的變壓器。
Hi I m I n - I — — ————--I、1T (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 須配：所ΪΓ探習知技術的公共供電麵率系統，其中必 ==統9〇以及一罐衡編，以平衡負 MU改St電網路上所承受的干提效應。自辆變壓器 9=用W改善高架聯結線⑽上沿途的龍。與其他 援可在使用自耦變壓器之後降到最低限度。—般言 1 =局部化方_，道__^ = 不帽财本侧顺讀_%的系統 _:1=ΐ=ΓΓ且可促成高架聯 壓率其可供選__極為麵。就―公共供 電類率的鐵路系統而言，迴旋式變流器以採-如Lueger在 「科技大辭典」中所敘述的-雜器為宜。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 圖U所示為用以闡示自耦變壓器的原則原理的線路示 意圖。自㈣《無論是在公共㈣頻率隸或_系統中 均有使用。相鄰兩自耦變壓器間的距離不遠，約在5〜20以 之間，類變«中所含的油成份，其總重量約在5_4，m =但有可能溢出龍有可Μ燒，賴環_t是極其不利 接至高壓或中壓配電設備1()1上的自耦變壓器1〇〇係依 據本發明所提供且其中不含任何有漏洩至環境内的物質。所 以’即使有火災發生，其嚴重性亦必可大為減輕，且自耦變 本紙浪凡及通用中國國家梯準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 470977 A7 B1_ 五、發明说明卜之） — ' 壓器100可設定於一極為簡單的基礎上，例如： 座。 火車機車頭所需的電流完全由高架聯結線輸A，f^w 回程路徑有數條可供選擇： - 經由軌道； ^ 經由鐵軌沿線任何所在的地電位； - 經由接至軌道上的地線； - 漏經地電位的金屬體，例如：電纜單體、管體、圍牆 等； - 與高架聯結線平行的回程電流導體。 就絕大部份的情況而言，以採回程電流導體比較有利， 尤以人群密集地區，例如：瓦斯管係具危險性的β所以電、流 的闼程應有一部份是流經©程導體，而另一部份則流經其他 可資利用的電流通路。 若是探用交流系統，則可使用比例為1 : 1的電流^匕流^ 器（Current Transformer )。如此，可迫使回程導體内的 回程電流與高架聯結線内的電流相同。此一類型的變壓器通 常稱之為電流增壓變歷器’可使用於其中有或無商程電流導 體的系統之内。 一其中配置有自耦變壓器的系統，其功能並不僅在於防 範不想要的回程電流而已。此一系統的载輸能力也比較高。 此一系統中的負性鲼線，其電壓的相位與高架聯結線的電壓 相差ISO度。變壓器接在兩條鲼線之間且線圈之中心係接至 軌道上。 本紙張尺度逋用中國國家橾準（CNS > Α4規格（210Χ297公嫠Γ " (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -,ιτ' 味！ 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 470977 A7 B7 _ 五、發明说明（义） 在如圖12所示的本發明之實施例中，其中配置有依本 發明提供的電流增壓變壓器110。電流增壓變壓器在公共供 電頻率系統以及低頻系統中，均有使用。兩相鄰電流增壓髮 壓器的間距不很遠，大約在2〜5 Km之間。由於習知技術 的電流增壓變壓器之中含有油的成份，其重董約在560kg， 有可能溢出且燃燒之處，對環保有不利影響。依本發明所提 供的電流增壓變厘器110，其中並無任何有溢洩至環境的物 質。另一有利因素在於萬一發生火災，其嚴重性亦可大輻降 圖I3所示係一典型的靜止式變流組元的單一線路示意 圖。在此一組元中，使用有兩個依本發明所提供的變壓器， T1及T2。圖13所示的系統係取材於一由油絕緣式變壓器 所構成的已知系統。ΤΙ、T2兩個變壓器中不含任何可能洩 漏至瓌境中的物質。即使仍然會發生火災，其嚴重性亦可大 為滅輕，且該兩變壓器T1、T2可設置於一極為簡化的基礎 上，例如：一混凝台座。 本發明的範圍並不侷限於以上參照附圖所敘述的系統 而已，凡可涵蓋於文後申請專利範圍内的類似系統均一律包 括在内。 雖然電氣絕緣體以採擠壓入定位成型較為理想，但若取 材於紧密包紮、互疊的膜片或條片材料，以製作一電氣絕緣 系統亦可，不論是半導體層或電氣絕緣層，均可探此一步驟 成型。一絕緣系統可取材於一全合成膜，其内、外侧的半導 體層或此半導體層其中的一部份則取自類如：PP、PET、 本·;用家樣準（⑽）:4胁（21GX297公瘦f u l i n I In n I n .^1 n n n I ^ n n I I n — (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 470977 A7 B7 五、發明説明（>从） LDPE或HDPE的聚合薄膜，該等聚合薄膜上再墊襯以導電粒 子，例如··碳黑或金屬徽粒，且在半導髏層或局部的半導體 層之間再鋪填以一絕緣層或一部份的絕緣層。 就搭接觀點而言，一夠薄的膜皮對接間隙可以小到甚至 比所謂的Paschen Minima還要小’所以可以不必施以任何 浸液處理◊一乾燥、縷繞多層薄膜絕緣體，其熱性能亦甚佳。 就本發明電氣絕緣系統的另一實施例而言，其與一傳統 的纖維素基電纜類似，係以一薄形纖維素基或合成紙或不織 材料搭接圍繞於一導體的周圍。就此例而言，在.一絕線層兩 侧上的半導體層可取材於纖維紙或不織材料，該不織材料又 取材於絕緣纖維，且其中墊襯有導電粒子。絕緣層可取材於 同一基材或以其他材料取而代之。 就一絕緣系統的另一實施例而§ ’可取材於膜皮，再取 呈疊片鐵心或共搭造型的纖維絕緣材組合成形。此一絕緣系 統的另一實施例是市售的所謂紙聚丙燔層材、PPLP，但若 改採其他模式的膜片及纖維構件組合亦可。在道些組成系統 中多種不同的浸潰材料，例如：礦物油，均可使用。 I -.11 —— I I I I νΛ— —- I I I -—訂— I I I I -^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 準 標 家 國 ί國 中 一用 k. 一嗜 7;> 29 ' 7