(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変電所のき電用変圧器によるき電電圧を電車線電圧より高くし、線路に沿って所定間隔で設備されている単巻変圧器（ＡＴ）により、必要な電車線電圧に降圧して電気車に電力を供給するＡＴき電システムであって、
前記単巻変圧器（ＡＴ）は、トロリ線とレールとの間及びレールとき電線との間に設けられるとともに、１：ｎの巻数比を有し、
前記き電用変圧器は、ルーフ−レブラン結線よりなる変圧器であり、前記電車線電圧の（１＋ｎ）倍となるき電電圧を発生させるものである
ことを特徴とするＡＴき電システム。
【請求項２】
前記ルーフ−レブラン結線よりなる変圧器は、直接接地が可能な一次側中性点端子を有する一次側のＹ結線と、二次側のルーフ結線、レブラン結線及びΔ形安定結線との組合わせで構成され三相−二相変換をなすとともに、前記ルーフ結線と前記レブラン結線との間が電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項１に記載のＡＴき電システム。
【請求項３】
前記Ｙ結線は、線路端子間の線間電圧が１．０である場合、各相が１／√３となる巻数比とされ、
前記ルーフ結線は、線路端子間の線間電圧が１．０である場合、各相が１／√３となる巻数比とされ、
前記レブラン結線は、線路端子間の線間電圧が１．０である場合、傾斜部が１／３で直線部が２／３となる巻数比とされている
ことを特徴とする請求項２に記載のＡＴき電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変電所のき電用変圧器によるき電電圧を電車線電圧より高くし、線路に沿って所定間隔で設備されている単巻変圧器（ＡＴ）により、必要な電車線電圧に降圧して電気車に電力を供給するＡＴき電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＡＴき電システムは、たとえば新幹線において使用されるものであり、たとえば図１１に示すように、変電所のき電用変圧器１０によるき電電圧を電車線電圧より高くし、レール２２に沿って約１０Ｋｍの間隔で設備されている単巻変圧器（ＡＴ）２０により、必要な電車線電圧に降圧して電気車３０に電力を供給するものである。
【０００３】
変電所は、電力会社から供給される超高圧受電箇所に設置されるものであり、変電所のき電用変圧器１０としては変形ウッドブリッジ結線変圧器が用いられている。この変形ウッドブリッジ結線変圧器は、一般的な一次側のＹ結線１１と二次側のΔ結線１２との組合わせで構成される三相−二相変換の変圧器となっている。ここで、一次側のＹ結線１１のＵ，Ｖ，Ｗの各相の第３高調波である零相電流は、二次側のΔ結線１２により吸収されるため、近傍の通信線への障害が抑制されるようになっている。
【０００４】
単巻変圧器（ＡＴ）２０は、トロリ線２１、レール２２、き電線２３間の二つの巻線２４，２５が相互に共通部分を有する変圧器である。単巻変圧器（ＡＴ）２０のそれぞれの巻線２４，２５の巻数比は１：１である。この場合、巻線２４，２５による電圧は、たとえば３０（ｋＶ）となっている。また、変電所のき電用変圧器１０によるき電電圧は、電車線電圧の２倍となっている。
【０００５】
このようなＡＴき電システムでは、負荷容量を一定とすると、電流は１／２となるので、電圧降下は電車線電圧換算で１／４となることから、変電所の間隔を大きくとることができ、大電力の供給に適したものとなっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のＡＴき電システムでは、単巻変圧器（ＡＴ）２０のそれぞれの巻線２４，２５の巻数比を１：１とすると、かなりの容量の単巻変圧器（ＡＴ）２０を約１０Ｋｍの間隔で配置する必要があり、システム構成が複雑となるという問題がある。
【０００７】
この場合、たとえば図１２に示すように、単巻変圧器（ＡＴ）２０のそれぞれの巻線２４，２５の巻数比を１：ｎとし、変電所のき電用変圧器１０によるき電電圧を電車線電圧の（１＋ｎ）倍とすると、電圧降下の点から各単巻変圧器（ＡＴ）２０の間隔をさらに大きくとれるので、システム構成の簡素化を図る上で有利であると考えられる。
【０００８】
ところが、このように、単巻変圧器（ＡＴ）２０のそれぞれの巻線２４，２５の巻数比を１：ｎとし、変電所のき電用変圧器１０によるき電電圧を電車線電圧の（１＋ｎ）倍とすると、たとえば図１３に示すように、Ａ座及びＢ座それぞれの巻線の電気的中性点が異なるため、それぞれの単巻変圧器（ＡＴ）２０のＡ座側及びＢ座側の中性点間に差電圧を生じてしまう。
【０００９】
このように、それぞれの中性点間に差電圧を生じると、各Ａ座及びＢ座の中性点が同一のレール２２に接続されているため、上述した変形ウッドブリッジ結線変圧器では、その差電圧によりＡ座及びＢ座間に循環電流が流れ、一次側のＹ結線１１の中性点に電流が流れてしまうおそれがある。
【００１０】
またこのように、一次側のＹ結線１１の中性点に電流が流れてしまうと、一次側の保護継電器の動作が不確実になるばかりか、大地に流れた電流により、通信線に誘導障害を与えるおそれがある。
【００１１】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、システム構成の簡素化を図ることができるＡＴき電システムを提供することができるようにするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のＡＴき電システムは、変電所のき電用変圧器によるき電電圧を電車線電圧より高くし、線路に沿って所定間隔で設備されている単巻変圧器（ＡＴ）により、必要な電車線電圧に降圧して電気車に電力を供給するＡＴき電システムであって、単巻変圧器（ＡＴ）は、トロリ線とレールとの間及びレールとき電線との間に設けられるとともに、１：ｎの巻数比を有し、き電用変圧器は、ルーフ−レブラン結線よりなる変圧器であり、電車線電圧の（１＋ｎ）倍となるき電電圧を発生させるものであることを特徴とする。
また、ルーフ−レブラン結線よりなる変圧器は、直接接地が可能な一次側中性点端子を有する一次側のＹ結線と、二次側のルーフ結線、レブラン結線及びΔ形安定結線との組合わせで構成され三相−二相変換をなすとともに、ルーフ結線とレブラン結線との間が電気的に絶縁されているようにすることができる。
また、Ｙ結線は、線路端子間の線間電圧が１．０である場合、各相が１／√３となる巻数比とされ、ルーフ結線は、線路端子間の線間電圧が１．０である場合、各相が１／√３となる巻数比とされ、レブラン結線は、線路端子間の線間電圧が１．０である場合、傾斜部が１／３で直線部が２／３となる巻数比とされているようにすることができる。
本発明に係るＡＴき電システムにおいては、線路に沿って所定間隔で設備されている単巻変圧器（ＡＴ）のトロリ線とレールとの間及びレールとき電線との間に設けられる二つの巻線の巻数比を１：ｎとし、変電所のき電用変圧器を電車線電圧の（１＋ｎ）倍となるき電電圧を発生させるものであるようにする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明のＡＴき電システムの第１の実施の形態を示す図、図２〜図４は、図１のＡＴき電システムのき電用変圧器の詳細を説明するための図である。なお、以下に説明する図において、図１１と共通する部分には同一符号を付すものとする。
【００１５】
図１に示すＡＴき電システムは、次の５点について特に考慮するとともに、変電所のき電用変圧器１０によるき電電圧を電車線電圧より高くし、レール２２に沿って所定の間隔で設備されている単巻変圧器（ＡＴ）２０により、必要な電車線電圧に降圧して電気車３０に電力を供給する構成をとるものである。
▲１▼三相→二相変換の機能を有すること。
▲２▼一次側の巻線はＹ結線とし、直接接地が可能な一次側中性点端子を有するこ  と。
▲３▼零相電流を吸収するため、Δ結線の巻線を有すること。
▲４▼Ａ座用の巻線の中性点とＢ座用の単巻の中性点とを介して両座間に循環電流が流れないように、Ａ座及びＢ座の巻線は電気的に絶縁されていること。
▲５▼可能な限り、簡易な結線方式であること。
【００１６】
変電所は、電力会社から供給される超高圧受電箇所に設置されるものであり、変電所のき電用変圧器１０としてはルーフ−Δ結線の変圧器が用いられている。このルーフ−Δ結線のき電用変圧器１０は、一般的な一次側のＹ結線１１と二次側のルーフ結線１３及びΔ結線１２との組合わせで構成される三相−二相変換の変圧器となっている。また、ルーフ結線１３とΔ結線１２との間は、電気的に絶縁されている。
【００１７】
ここで、一次側のＹ結線１１のＵ，Ｖ，Ｗの各相の第３高調波である零相電流は、二次側のΔ結線１２により吸収されるため、近傍の通信線への障害が抑制されるようになっている。また、一次側のＹ結線１１には、直接接地が可能な一次側中性点端子が設けられている。
【００１８】
単巻変圧器（ＡＴ）２０は、トロリ線２１とレール２２との間及びレール２２とき電線２３との間に設けられるとともに、相互に共通部分を有する二つの巻線２４，２５を備えた変圧器である。それぞれの単巻変圧器（ＡＴ）２０の巻線２４，２５の巻数比は１：ｎとなっている。この場合、巻線２４による電圧を、たとえばａ（ｋＶ）とすると、巻線２５による電圧はａｎ（ｋＶ）となる。また、変電所のき電用変圧器１０によるき電電圧は、電車線電圧の（１＋ｎ）倍となっている。
【００１９】
このようなＡＴき電システムでは、各単巻変圧器（ＡＴ）２０の巻線２５による電圧を高くすることで、線路インピーダンスが小さくされるようになっている。
【００２０】
次に、き電用変圧器１０の詳細について説明する。まず、それぞれの結線の巻数比について説明する。図２に示すように、Ｙ結線１１においては、線路端子間の線間電圧をたとえば１．０とすると、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相が１／√３となる巻数比とされている。
【００２１】
二次側のＡ座側のルーフ結線１３においては、線路端子間の線間電圧をたとえば１．０とすると、各相が１／√３となる巻数比とされている。二次側のＢ座側のΔ結線１２においては、線路端子間の線間電圧をたとえば１．０とすると、各相が１．０となる巻数比とされている。
【００２２】
インピーダンス整合においては、負荷電流により一次側中性点に零相電流が流れないような条件が必要となる。この場合、Ａ座については、Ｕ相、Ｗ相の一次及び二次巻線間のインピーダンスが等しくなるようにする。Ｂ座については、一次及び三次巻線間のインピーダンスが等しくなるようにする。
【００２３】
また、インピーダンス整合時において、Ａ座負荷時における各巻線の電流分布は、たとえば図３に示すようになる。すなわち、一次側のＵ相及びＷ相の巻線に流れる電流をそれぞれＩUA，ＩWAとし、二次側のＡ座のルーフ結線１３の巻線に流れる電流をＩA としたとき、ＩUA＝ＩWA＝ＩA となる。
【００２４】
また、インピーダンス整合時において、Ｂ座負荷時における各巻線の電流分布は、たとえば図４に示すようになる。すなわち、一次側のＵ相、Ｖ相及びＷ相の巻線に流れる電流をそれぞれＩUB，ＩVB，ＩWBとし、二次側のＢ座のΔ結線１２の巻線に流れる電流を１／３・ＩB ，２／３・ＩB とし、線路端子を流れる電流をＩB としたとき、ＩVB＝ＩUB＋ＩWB＝２／√３・ＩB 、ＩUB＝ＩWB＝１／√３・ＩB となる。
【００２５】
このように、第１の実施の形態では、線路に沿って所定間隔で設備されている単巻変圧器（ＡＴ）２０のトロリ線２１とレール２２との間及びレール２２とき電線２３との間に設けられる二つの巻線２４，２５の巻数比を１：ｎとし、変電所のき電用変圧器１０を、直接接地が可能な一次側中性点端子を有する一次側のＹ結線１１と、二次側のルーフ結線１３及びΔ結線１２との組合わせで構成され三相−二相変換をなし、ルーフ結線１３とΔ結線との間が電気的に絶縁されているルーフ−Δ結線より構成するとともに、電車線電圧の（１＋ｎ）倍となるき電電圧を発生させるものとしている。
【００２６】
これにより、変電所のき電用変圧器１０によるき電電圧が電車線電圧の（１＋ｎ）倍とされ、電圧降下の点から各単巻変圧器（ＡＴ）２０の間隔をさらに大きくとれるので、システム構成の簡素化を図る上で有利となる。
【００２７】
また、トロリ線２１とレール２２との間及びレール２２とき電線２３との間に設けられる二つの巻線２４，２５の巻数比を１：ｎとすることで、レール２２とき電線２３との間の巻線２５による電圧の上昇に伴い、レール２２とき電線２３との間を流れる電流を少なくすることができるので、電圧降下を小さくすることができる。
【００２８】
また、き電用変圧器１０の二次側のルーフ結線１３とΔ結線１２との間が電気的に絶縁されているため、Ａ座及びＢ座の中性点のずれによる差電圧によっての循環電流が流れ得ないので、一次側のＹ結線１１の中性点に電流が流れてしまうおそれがなくなり、一次側の保護継電器の動作を確実なものとすることができるばかりか、系統の絶縁レベルを下げる上で有利となり、き電用変圧器１０の重量、寸法、価格の低減を図ることも可能となる。
【００２９】
（第２の実施の形態）
図５は、図１のＡＴき電システムにおけるき電用変圧器の構成を変えた場合の第２の実施の形態を示す図、図６及び図７は、図５のき電用変圧器の詳細を説明する図である。
【００３０】
図５に示すき電用変圧器１０は、ルーフ−レブラン結線により構成されている。このルーフ−レブラン結線による変圧器は、一般的な一次側のＹ結線１１と二次側のルーフ結線１３、レブラン結線１４及びΔ形安定結線１５との組合わせで構成される三相−二相変換の変圧器となっている。また、ルーフ結線１３とレブラン結線１４との間は、電気的に絶縁されている。
【００３１】
ここで、一次側のＹ結線１１のＵ，Ｖ，Ｗの各相の第３高調波である零相電流は、二次側のΔ形安定結線１５により吸収されるため、近傍の通信線への障害が抑制されるようになっている。
【００３２】
また、それぞれの結線の巻数比については、次の通りである。まず、Ｙ結線１１においては、上記同様に、線路端子間の線間電圧をたとえば１．０とすると、各相が１／√３となる巻数比とされている。
【００３３】
二次側のＡ座側のルーフ結線１３においても、上記同様に、線路端子間の線間電圧をたとえば１．０とすると、各相が１／√３となる巻数比とされている。二次側のＢ座側のレブラン結線１４においては、線路端子間の線間電圧をたとえば１．０とすると、傾斜部が１／３となる巻数比とされ、直線部が２／３となる巻数比とされている。
【００３４】
インピーダンス整合においては、負荷電流により一次側中性点に零相電流が流れないような条件が必要となる。この場合、上記同様に、Ａ座については、Ｕ相、Ｗ相の一次及び二次巻線間のインピーダンスが等しくなるようにする。Ｂ座についても、上記同様に、一次及び三次巻線間のインピーダンスが等しくなるようにする。
【００３５】
また、インピーダンス整合時において、Ａ座負荷時における各巻線の電流分布は、たとえば図６に示すようになる。すなわち、上記同様に、一次側のＵ相及びＷ相の巻線に流れる電流をそれぞれＩUA，ＩWAとし、二次側のＡ座のルーフ結線１３の巻線に流れる電流をＩA としたとき、ＩUA＝ＩWA＝ＩA となる。
【００３６】
また、インピーダンス整合時において、Ｂ座負荷時における各巻線の電流分布は、たとえば図７に示すようになる。すなわち、上記同様に、一次側のＵ相、Ｖ相及びＷ相の巻線に流れる電流をそれぞれＩUB，ＩVB，ＩWBとし、二次側のＢ座のレブラン結線１４の巻線に流れる電流を１／３・ＩB ，２／３・ＩB とし、線路端子を流れる電流をＩB としたとき、ＩVB＝ＩUB＋ＩWB＝２／３・ＩB 、ＩUB＝ＩWB＝１／３・ＩB となる。
【００３７】
このように、第２の実施の形態では、線路に沿って所定間隔で設備されている単巻変圧器（ＡＴ）２０のトロリ線２１とレール２２との間及びレール２２とき電線２３との間に設けられる二つの巻線２４，２５の巻数比を１：ｎとし、変電所のき電用変圧器１０を、直接接地が可能な一次側中性点端子を有する一次側のＹ結線１１と、二次側のルーフ結線１３、レブラン結線１４及びΔ形安定結線１５との組合わせで構成され三相−二相変換をなし、ルーフ結線１３とレブラン結線１４との間が電気的に絶縁されているルーフ−レブラン結線より構成するとともに、電車線電圧の（１＋ｎ）倍となるき電電圧を発生させるものとしている。
【００３８】
これにより、上記同様に、電圧降下を小さくすることができ、システム構成の簡素化を図る上で有利となる。
【００３９】
ここで、第１及び第２の実施の形態を示す図１及び図５のき電用変圧器１０と従来の図１１のき電用変圧器１０との構造比較を、図８に示す。
【００４０】
図８において、ａ結線は図１のルーフ−Δ結線であり、ｂ結線は図５のルーフ−レブラン結線であり、ｃ結線は図１１の変形ウッドブリッジ結線をそれぞれ示している。また、図８における各項目の比較では、ｃ結線を１００％としている。
【００４１】
ｃ結線では、昇圧Ｔｒ（トランス）を同一タンクに収納するため、ラジエター台数が多くなるに伴い、据付面積もａ結線及びｂ結線より大きくなる。ブッシング本数は、ｂ結線には上述したΔ形安定結線１５が存在するため、中性点ブッシングが１本必要となる。以上のようなことから、ａ結線が全ての点において、最も簡易であることが分る。
【００４２】
また、これらａ〜ｃ結線における容量比較を、図９に示す。図９における比較では、上記同様に、ｃ結線を１００％としている。図９より、ａ結線の実質等価容量が最小であり、構造的な簡易性の点からもａ結線の場合が経済的に最も有利であることが分る。
【００４３】
また、これらａ〜ｃ結線における総合比較を図１０に示す。図１０では、等価容量、巻線数、据付面積、総重量、油量、ラジエータ、発生損失について示している。図１０より、全ての点について、ａ結線の場合がパーセンテージが少ないため、設計、製作、経済性で最も有利であることが分る。
【００４４】
【発明の効果】
以上の如く本発明に係るＡＴき電システムによれば、線路に沿って所定間隔で設備されている単巻変圧器（ＡＴ）のトロリ線とレールとの間及びレールとき電線との間に設けられる二つの巻線の巻数比を１：ｎとし、変電所のき電用変圧器を電車線電圧の（１＋ｎ）倍となるき電電圧を発生させるものであるようにしたので、システム構成の簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＡＴき電システムの第１の実施の形態を示す図である。
【図２】図１のＡＴき電システムのき電用変圧器の詳細を説明するための図である。
【図３】図１のＡＴき電システムのき電用変圧器の詳細を説明するための図である。
【図４】図１のＡＴき電システムのき電用変圧器の詳細を説明するための図である。
【図５】図１のＡＴき電システムにおけるき電用変圧器の構成を変えた場合の第２の実施の形態を示す図である。
【図６】図５のき電用変圧器の詳細を説明する図である。
【図７】図５のき電用変圧器の詳細を説明する図である。
【図８】第１及び第２の実施の形態を示す図１及び図５のき電用変圧器と従来の図１１のき電用変圧器との構造比較を示す図である。
【図９】第１及び第２の実施の形態を示す図１及び図５のき電用変圧器と従来の図１１のき電用変圧器との容量比較を示す図である。
【図１０】第１及び第２の実施の形態を示す図１及び図５のき電用変圧器と従来の図１１のき電用変圧器との総合比較を示す図である。
【図１１】従来のＡＴき電システムを示す図である。
【図１２】図１１のＡＴき電システムにおける問題点の解消について説明するための図である。
【図１３】図１２のＡＴき電システムにおける問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１０  き電用変圧器
１１  Ｙ結線
１２  Δ結線
１３  ルーフ結線
１４  レブラン結線
１５  Δ形安定結線
２０  単巻変圧器（ＡＴ）
２１  トロリ線
２２  レール
２３  き電線
２４，２５  巻線
【図１】
0003825661.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0003825661.tif 000013
【図１３】
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