DE60000689T2

DE60000689T2 - Stromversorgungssystem für eisenbahn

Info

Publication number: DE60000689T2
Application number: DE60000689T
Authority: DE
Inventors: Thorsten Schuette
Original assignee: Balfour Beatty PLC
Current assignee: Balfour Beatty PLC
Priority date: 1999-04-30
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2003-04-03
Anticipated expiration: 2020-04-29
Also published as: GB2349371A; AU4919200A; EP1175310B1; EP1175310A1; NO20015280D0; DE60000689D1; GB2349371B; NO20015280L; WO2000066389A1; ATE226900T1; GB9910123D0; NO320193B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Bahnstromversorgung.
Die Verwendung von Saugtransformatoren in der Bahnstromversorgung ist beschrieben in R. J. Hill: "Electric Railway Traction - Part 3 - Traction Power Supplies" in: Power Engineering Journal, Dezember 1994, S. 275-286. Saugtransformatoren mit 100-150 kVA Nennleistung sind mit etwa 3 km Abstand, für eine 25 kV 50 Hz Versorgung, oder etwa 5 km, für eine 16 kV 16 2/3 Hz Versorgung, enlang einer Oberleitung aufgestellt. Die Primärwicklung jedes Saugtransformators ist über eine Trennstelle in die Oberleitung verbunden. Ein Rückleiter ist parallel zu den Schienen vorgesehen und die Sekundärwicklung des Saugtransformator ist in den Rückleiter verbunden. Das Windungszahlverhältnis des Saugtransformators ist eins und der Traktionsrückstrom wird von den Schienen und der Erde zum Fliessen durch den Rückleiter und die Sekundärwicklung des Transformators gezwungen um die vom Primärstrom aufgeprägten Amperewindungen im Kern auszugleichen. Mit dieser Anordnung wird eine geringe Speiseimpedanz erreicht und Erdströme, die sonst Wechselwirkungen mit benachbarten Fernmeldeleitungen verursachen können, vermindert.
Als eine Alternative zu Saugtransformatoren können Spartransformatoren benutzt werden, wie auch in Hill beschrieben. Die Wicklung jedes Sparfransformators ist zwischen der Oberleitung und einem Hilfsspeiseleitung angeschlossen, wobei die Schienen an eine Zwischenanzapfung verbunden sind. Der Zug be zieht Strom von zwei benachbarten Spartransformatoren, der totale Speisestrom ist dabei der halbe Zugstrom. Schienenströme fliessen durch die Spartransformatorwicklungsteile, so dass das Ampèrewindungsgleichgewicht im Kern aufrechterhalten wird. Im Gegensatz zur Strombalanz des Saugtransformators arbeitet das Spartransformatorsystem mit Spannungsbalanz. Ein Nachteil der Spartransformatoren sind ihre hohen Kosten. Ein weiterer Nachteil ist, dass die Minderung des Erdstroms weniger wirksam wird, wenn der Abstand zwischen zwei benachbarten Spartransformatoren grösser als der doppelte Abstand zwischen zwei Saugtransformatoren in einem herkömmlichen Saugtransformatorsystem wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung stellt ein Elektrizitätsversorgungssystem für Bahnbetrieb dar, beinhaltend einen Versorgungsleiter, einen Rückleiter, einen positiven Speiseleiter und einen negativen Speiseleiter, wobei alle vier erwähnten Leiter mit einer Wicklung eines jeden von einer Mehrzahl in Abständen entlang der erwähnten Leiter angeordneten Spartransformatoren verbunden sind, einen Saugtransformator, eine Wicklung in den positiven Speiseleiter und eine andere Wicklung in den negativen Speiseleiter verbunden habend und in dem Zwischenraum oder den Zwischenräumen zwischen den Spartransformatoren angeordnet seiend und wenigsten einen weiteren Saugtransformator, eine Wicklung in den Versorgungsleiter und eine andere Wicklung in den Rückleiter verbunden habend, in dem Zwischenraum oder den Zwischenräumen zwischen den Spartransformatoren.
Vorzugsweise befinden sich mehrere der erwähnten weiteren Saugtransformatoren in dem oder jedem Zwischenraum.
Der positive Speiseleiter kann an die selbe Anzapfung der Spartransformatorwicklung angeschlossen sein wie der Versorgungs leiter, der üblicherweise eine Oberleitung ist. Alternativ kan der positive Speiseleiter an eine andere Anzapfung des Spartransformators angeschlossen sein und an einer höheren Spannung liegen als der Versorgungsleiter. Viele Spannungskombinationen sind denkar. Als besonderes Beispiel, die Benutzung schon zugänglicher Standardbauteile ermöglichend, ist eine Nennspannung von 16.5 kV, wobei positiver und negativer Speiseleiter zur Erde symmetrisch sind, mit den Nennspannungen +/-27.5 kV. Dies ergibt effektive Spannungen von etwa 15 kV und etwa +/- 25 kV für den Versorgungsleiter, beziehungsweise die beiden Speiseleiter. Die Frequenz ist vorzugsweise 16.7 Hz. Solch ein System hat wegen der niedrigen Frequenz eine sehr hohe Übertragungsfähigkeit.
Nur ein Saugtransformator für Hochspannung, der positiven und negativen Speiseleiter verknüpft, wird per Zwischenraum benötigt. Da die Oberleitung nur ein örtlicher Leiter zwischen den Spartransformatoren ist, kann sie unterbrochen werden, zum Beispiel nach einer Beschädigung, ohne die Fähigkeit zur Leistungsübertragung über positiven und negativem Speiseleiter zu benachbarten Abschnitten mit intakter Oberleitung zu beeinträchtigen. Da zwischen positivem und negativem Speiseleiter Strombalanz herrscht, können sie auf von der Oberleitung getrennte Masten angeordnet sein und brauchen zwischen den Spartransformatoren nicht der Eisenbahnstrecke folgen.
Der Rückleiter kann von den Schienen, an denen entlang die Fahrzeuge fahren, ausgemacht werden oder er kan getrennt vorgesehen sein, mit den Schienen parallelgeschaltet.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird jetzt mehr im Einzelnen beschrieben, nur beispielhaft, mit Hilfe der beigefügten Zeichnungen, bei welchen:
Fig. 1 ein Stromkreis eines Stromversorgungssystems in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist; und
Fig. 2 und 3 Systeme in Übereinstimmung mit einer zweiten, beziehungsweise dritten, Ausführungsform zeigen.

EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER VORGEZOGENEN AUS- FÜHRUNGSFORMEN

Fig. 1 zeigt ein Bahnstromversorgungssystem, das eine Oberleitung C und Schienen R, die als Rückleiter dienen, enthält. Ein positiver Speiseleiter (P) und ein negativer Speiseleiter (N) sind parallel zur Oberleitung vorgesehen.
Die Wicklung eines jeden einer Anzahl von Spartransformatoren 1 ist mit dem einen Ende an Oberleitung C und positive Speiseleitung P angeschlossen, mit der Mittenanzapfung an die Schienen R angeschlossen und mit seinem anderen Ende an die negative Speiseleitung N angeschlossen
Ein Saugtransformator 2 ist mit einer Wicklung in den positiven Speiseleiter P verbunden und mit seiner anderen in den negativen Speiseleiter N verbunden. Nur ein Saugtansformator 2 wird für jeden Abschnitt zwischen den Spartransformatoren 1 benötigt, da es keine Stromableitung von negativem und positivem Speiseleiter in die Erde gibt.
Eine Anzahl Saugtransformatoren 3a, 3b sind vorgesehen, wobei jeder mit einer Wicklung in die Oberleitung C und mit seiner anderen Wicklung in die Schienen R verbunden ist. Wie bei 3a gezeigt, kan die Saugtransformatorwicklung über einen einzigen Isolierstoss in den Schienen angeschlossen sein. Vorzugsweise sind jedoch zwei Isolierstösse in den Schienen angeordnet, wobei die Mittenanzapfung der Wicklung des Saugtransformators 3b an die Schienen zwischen den Isolierstössen ange schlössen ist, um gefährliche Spannungen zwischen den Schienenabschnitten zu verringern.
Der Saugtransformator 2 stellt sicher, dass positiver und negativer Speiseleiter P, N einen balanzierten Strom 11 von einem Unterwerk zu entfernten Verbauchern tragen. Die Saugtransformatoren 3a, 3b stellen sicher, dass die Oberleitung C und der Rückleiter R einen balanzierten örtlichen Speisestrom 12 tragen.
Die Oberleitung C kan mit Trennschaltern D einfach von den Spartransformatoren 1 abgetrennt werden, ohne die Leistungsübertragung an benachbarte Abschnitte über positive und negative Speiseleitung P, N zu beeinträchtigen.
Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei welcher ein Rückleiter R' parallel zu den Schienen vorgesehen ist und mit diesen in Abstanden verbunden ist. Die Saugtransformatoren, die den Rückstrom dem Oberleitungsstrom angleichen, sind mit 3 bezeichnet.
Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der positive Speiseleiter P eine höhere Spannung als die Oberleitung C hat, wobei jeder Sipartransformator 1' "verlängert" wird und die Oberleitung nicht mehr an das Ende einer Spartransformatorwicklung angeschlossen ist.
Während viele Spannungskombinationen denkbar sind, wird ein vorteilhaftes Beispiel in der folgenden Tabelle gegeben: Leiter Maximale Spannung
In diesem Beispiel ist die Frequenz 16.7 Hz.
Die Nennspannung 50 kV zwischen positivem und negativem Speiseleiter ist die gleiche wie in herkömmlichen +/-25 kV, 50 oder 60 Hz Systemen und Ausrüstung, die es für solche Systeme schon gibt, kann für die Erfindung genutzt werden. Ausserdem ermöglicht die niedrigere Frequenz eine sehr hohe Übertragungsfähigkeit.
Es wird hervorgehalten, dass in Übereinstimmung mit der Erfindung existierende Saugtransformatorsysteme durch Ausrüstung mit Spartransformatoren, positiven und negativem Speiseleiter angepasst werden können. Der Abstand zwischen benachbarten Spartransformatoren wird viel grösser als für herkömmliche Spartransformatorsysteme, so dass weniger teure Spartransformatoren benötigt werden.

Claims

1. Ein Elektrizitätsversorgungssystem für Bahnbetrieb, beinhaltend einen Versorgungsleiter (C), einen Rückleiter (R), einen positiven Speiseleiter (P) und einen negativen Speiseleiter (N), wobei alle vier erwähnten Leiter mit einer Wicklung eines jeden von einer Mehrzahl in Abständen entlang der erwähnten Leiter angeordneten Spartransformatoren verbunden sind, einen Saugtransformator (2), eine Wicklung in den positiven Speiseleiter (P) und eine andere Wicklung in den negativen Speiseleiter (N) verbunden habend und in dem Zwischenraum oder den Zwischenräumen zwischen den Spartransformatoren angeordnet seiend und wenigsten einen weiteren Saugtransformator (3a, 3b), eine Wicklung in den Versorgungsleiter (C) und eine andere Wicklung in den Rückleiter (R) verbunden habend, in dem Zwischenraum oder den Zwischenräumen zwischen den Spartransformatoren (1).

2. Ein System nach Anspruch 1, einen Mehrzahl der erwähnten weiteren Saugtransformatoren (3a, 3b) in dem oder jedem Zwischenraum beinhaltend.

3. Ein System nach Anspruch 1 oder 2, wobei der positive Speiseleiter (P) and den selben Punkt an der Wicklung des Spartransformators wie der Versorgungsleiter (C) angeschlossen ist.

4. Ein System nach Anspruch 1 oder 2, wobei der positive Speiseleiter (P) an einem Punkt der Wicklung des Spartransformators angeschlossen ist, der verschieden ist vom Punkt an dem der Versorgungsleiter (C) angeschlossen ist und der positive Speiseleiter eine höhere Spannung hat als der Versorgungsleiter.

5. Ein System nach Anspruch 4, wobei der Versorgungsleiter

(C) eine Nennspannung von etwa 15 kV hat, positiver und negativer Speiseleiter (P, N) gegen Erde symmetrisch sind und Nennspannungen von etwa +/-25 kV haben.

6. Ein System nach einem der vorgenannten Ansprüche mit einer Frequenz von etwa 16.7 Hz.

7. Ein System nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der Rückleiter (R) aus Schienen besteht, an denen entlang die Fahrzeuge geführt sind.

8. Ein System nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der Rückleiter (R) zu den Schienen, an denen entlang die Fahrzeuge geführt sind, parallel geschaltet ist.