JP2014177241A

JP2014177241A - 交流電気鉄道の中セクション電源切替システム

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Publication number: JP2014177241A
Application number: JP2013053810A
Authority: JP
Inventors: Hideo Watanabe; 秀夫渡邉; Kiyohito Katsumata; 清仁勝又; Masayuki Sakaki; 正幸榊
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2014-09-25
Anticipated expiration: 2033-03-15
Also published as: JP6111759B2

Abstract

【課題】交流電気鉄道の中セクション電源切替システムの制御機構を単純化する。
【解決手段】２つの変電所の互いに異なる相の交流電源が接続されているき電線間に設けられる中セクションの切替動作を行う開閉器５ａ，５ｂの遮断・投入制御を行う開閉制御装置７を有する交流電気鉄道の中セクション電源切替システムである。開閉制御装置７は、回転軸８ａに軸支された切替部材８を有する。切替部材８の一端に開閉器５ａの可動電極軸１１ａを接続し、他端に開閉器５ｂの可動電極軸１１ｂを接続する。切替部材８の回転軸８ａと開閉器５ａの可動電極軸１１ａの接続部との間に駆動力伝達部材１０を設ける。駆動力伝達部材１０の端部にローラ１３を設け、ローラ１３と当接した状態で回転する略三角形状のカム９を回動自在に設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、交流電気鉄道の異相電源突合せ区間に設けられた中セクションの電源切替システムに関する。

交流電気鉄道において、隣接する２つの変電所から送られるき電電力を切り替える区間（異相電源突合せ区間）には、切替セクションが設けられる（例えば、特許文献１−４）。

例えば、日本の新幹線（登録商標）システムでは、図４に示すような切替セクションが使用されている。このシステムでは、隣接する２つの変電所の互いに異なる相の交流電源２ａ，２ｂが各々き電線１ａ，１ｂに接続されている。

き電線１ａ，１ｂ間には絶縁をとるためのエアセクション３ａ，３ｂを介して中セクション４が設けられる。き電線１ａと中セクション４を結ぶ電路には開閉器５ａが介挿され、き電線１ｂと中セクション４を結ぶ電路には開閉器５ｂが介挿される。

列車６は、図示省略のレール（軌道）上を走行する。レールには、列車６の位置を検知する軌道回路（図示省略）が設けられる。軌道回路の列車位置検知信号は図示省略の電源切替システムの制御部に送信され、制御部は列車位置検知信号に基づいて開閉器５ａ，５ｂの投入・遮断を制御する。

この構成により、全列車６が中セクション４範囲内に到達するまでは、開閉器５ａを投入状態、開閉器５ｂを遮断状態としておくことで、開閉器５ａ側の電源から電力を供給する。そして、全列車６が中セクション４に入りきったことを検出したときに、開閉器５ａを遮断状態、開閉器５ｂを投入状態と切替え、開閉器５ｂ側の電源から電力の供給を開始する。さらに、全列車６が中セクション４から完全に出たことを検出したときに開閉器５ａ，５ｂを元の状態に戻す。この動作を繰り返すことにより、開閉器５ａ，５ｂの切替時に瞬時停電（２００〜３００ｍｓ）は発生するが、き電線への電力供給の切替えを可能にし、運転者は、異相電源突合せ区間の通過を意識することなく、力行したまま走行運転することができる。

実際の新幹線システムでは、き電電力の切替えを行う切替セクションと予備の切替セクションとの２組の切替セクションが、列車６の上り方向と下り方向にそれぞれ設けられる。そして、これらの切替セクションに設けられる１対の開閉器にそれぞれ、開閉制御を行う開閉制御機構が設けられる。

特開２００９−１３２３６３号公報特開２００３−２０５７７２号公報特開２００７−１５６０号公報特開２００９−１９０６４１号公報

従来技術に係る切替セクションでは、それぞれの開閉器５ａ，５ｂに、図５に示すような開閉制御機構を設けている。その結果、開閉器５ａ，５ｂを収納するために大きなスペースを要することとなる。また、開閉器５ａ，５ｂの開閉頻度が多いことから、開閉制御機構や開閉器５ａ，５ｂにおいて不具合が発生するおそれがある。

また、開閉器５ａ，５ｂは、開閉器５ａが遮断完了後、２５０ｍｓ〜３５０ｍｓ以内に開閉器５ｂの投入を行う必要がある。その結果、開閉器５ａ，５ｂ本体の不具合の他に、開閉器５ａ，５ｂの開閉時間を管理して制御する配電盤での不具合を生じるおそれもあり、その不具合に対処する手段を設けるためにシステムが複雑化している。

上記事情に鑑み、本発明は、交流電気鉄道の中セクション電源切替システムにおいて、開閉器の制御機構を単純化することに貢献する技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の交流電気鉄道の中セクション電源切替システムは、隣接する異相交流電源に各々接続された第１、第２のき電線と、前記第１及び第２のき電線間に設けられ、前記第１、第２のき電線とは第１、第２のエアセクションにより各々絶縁された中セクションと、前記第１のき電線と前記中セクションを結ぶ電路に介挿された第１の真空バルブと、前記第２のき電線と前記中セクションを結ぶ電路に介挿された第２の真空バルブとを有する電源設備の前記第１の真空バルブと前記第２の真空バルブを切り替える交流電気鉄道の中セクション電源切替システムであって、一端に前記第１の真空バルブの遮断及び投入を行う可動電極軸が接続され、他端に前記第２の真空バルブの遮断及び投入を行う可動電極軸が接続された切替部材を回動自在に軸支し、前記切替部材の傾きに応じて、前記第１の真空バルブ及び第２の真空バルブの遮断及び投入動作を行うことを特徴としている。

本発明によれば、交流電気鉄道の中セクション電源切替システムにおいて、開閉器の制御機構を単純化することに貢献することができる。

本発明の実施形態に係る中セクション電源切替システムにおける開閉器の開閉制御装置の要部概略図である。本発明の実施形態に係る中セクション電源切替システムにおけるカムの回転運動と開閉器の開閉状態を説明する説明図である。本発明の実施形態に係る中セクション電源切替システムを制御する切替遮断器盤の概要を説明する説明図である。交流電気鉄道の中セクション電源切替システムの概要を説明する説明図である。従来技術に係る開閉器の開閉制御機構を示す図である。

本発明の実施形態に係る交流電気鉄道の中セクション電源切替システムについて図面を参照して詳細に説明する。本発明は、図４に示す交流電気鉄道の中セクションの電源切替において、開閉器５ａ，５ｂの開閉制御を行う開閉制御装置に特徴を有するものである。よって、本発明の実施形態に係る交流電気鉄道の中セクションの電源切替システムの概略構成は、図４に示した従来技術に係る交流電気鉄道の中セクションの電源切替システムの概要と同じであるので詳細な説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る交流電気鉄道の中セクション電源切替システムの開閉制御装置７の概略を示す図である。開閉制御装置７は、開閉器５ａ，５ｂの遮断・投入動作を制御する。

図１に示すように、開閉制御装置７は、開閉器（真空バルブ）５ａ，５ｂの遮断・投入を切り換える切替部材８と、切替部材８の動作を制御するカム９と、カム９の動力を切替部材８に伝達する駆動力伝達部材１０とを備える。

切替部材８の中央部には回転軸８ａが設けられ、この回転軸８ａにより切替部材８が回動自在に軸支される。切替部材８の一端には、金具１６、絶縁棒１７を介して開閉器５ａ（真空バルブ）の可動電極軸１１ａが接続され、切替部材８の他端には、金具１６、絶縁棒１７を介して開閉器５ｂ（真空バルブ）の可動電極軸１１ｂが接続される。金具１６は、有底筒状の枠部材１６ａに摺動軸１６ｂが摺動自在に設けられたものであり、摺動軸１６ｂに設けられたワイプばね１５により枠部材１６ａが開閉器５ａ（または開閉器５ｂ）方向に押圧される。このように、可動電極軸１１ａ，１１ｂを絶縁棒１７，１７を介して切替部材８に接続することで、開閉器５ａ，５ｂの充電部である可動電極軸１１ａ，１１ｂが、操作系統である切替部材８と絶縁された状態で接続される。なお、切替部材８の回転軸８ａと開閉器５ａの可動電極軸１１ａの接続部との間には、駆動力伝達部材１０が設けられる。また、切替部材８の回転軸８ａと開閉器５ｂの可動電極軸１１ｂの接続部との間には、駆動力伝達部材１０をカム９方向に押圧するためのばね１２が設けられる。

駆動力伝達部材１０の一端は、切替部材８の回転軸８ａと開閉器５ａの可動電極軸１１ａの接続部との間に設けられ、駆動力伝達部材１０の他端には、カム９と当接するローラ１３が回動自在に設けられる。さらに、駆動力伝達部材１０の側面にはガイド１４が設けられ、カム９の回転動作にしたがって駆動力伝達部材１０がガイド１４に沿って移動することとなる。ガイド１４は、例えば、横断面コ字状の部材であり、ガイド１４に形成された溝部に沿って駆動力伝達部材１０が移動する。

カム９は、略三角形状の板部材であり、その側面がローラ１３と当接した状態で回動自在に設けられる。つまり、ローラ１３は切替部材８に設けられたばね１２によりカム９方向に押圧されているので、カム９の回転運動に応じてローラ１３がカム９の外周面を追従する。カム９の形状は、例えば、三角形の頂点とカム９の回転軸９ａとの距離＞三角形の斜辺とカム９の回転軸９ａとの距離＞三角形の底辺とカム９の回転軸９ａとの距離、となる略２等辺三角形状に形成される。このようにカム９を形成することで、カム９の回転軸９ａとカム９のローラ１３当接部との距離が、カム９の回転に応じて変化することとなる。その結果、カム９の回転軸９ａとカム９のローラ１３当接部との距離に応じて、切替部材８の傾きが変化することとなる。

図２を参照して、カム９の回転角度と、開閉器５ａ，５ｂのストローク幅との関係について詳細に説明する。

カム９が待機状態のとき（０°の状態）、ローラ１３は、カム９の頂点と当接している。この状態のとき、カム９の回転軸９ａとカム９のローラ１３当接部との距離は最も長くなり、図１に示すように、切替部材８が開閉器５ａの可動電極軸１１ａを開閉器５ａに押し込んだ状態となる。一方、開閉器５ｂの可動電極軸１１ｂは、開閉器５ｂから最も遠い位置となっている。つまり、開閉器５ａは投入状態（図２中斜線で示す）となり、開閉器５ｂは遮断状態となる。

カム９の回転動作が始まると、開閉器５ａ，５ｂのストローク幅は、ほとんど変化しない。これは、開閉器５ａ側の金具１６の摺動軸１６ｂに設けられたワイプばね１５の作用により、切替部材８の傾きが変化しても開閉器５ａ，５ｂのストローク幅が変化せず開閉器５ａの投入状態が維持されるためである。ワイプばね１５は、開閉器５ａ，５ｂの可動電極軸１１ａ，１１ｂに接続された金具１６の摺動軸１６ｂにそれぞれ設けられ、開閉器５ａ，５ｂの投入時に、開閉器５ａ，５ｂの固定電極と可動電極との間に接触圧を与える。

カム９がさらに回転すると（９０°の状態）、ローラ１３はカム９の斜辺部分（図２中のカム９の回転軸９ａからＲ１離れたカム９の斜辺部分）と当接するようになる。その結果、図２に示すように、切替部材８が、開閉器５ａ，５ｂのどちらの可動電極軸１１ａ，１１ｂも押し込まない状態となる。つまり、開閉器５ａ，５ｂのどちらも遮断状態となる。

カム９がさらに回転すると（１８０°の状態）、ローラ１３はカム９の底辺部分と当接するようになる。カム９の底辺部分の形状は、カム９の回転軸９ａとカム９のローラ１３当接部との距離がＲ１よりもさらに短くなるように形成されている。その結果、切替部材８が開閉器５ｂの可動電極軸１１ｂを開閉器５ｂに押し込んだ状態となる。一方、開閉器５ａの可動電極軸１１ａは、開閉器５ａから最も遠い位置となる。つまり、開閉器５ｂは投入状態（図２中斜線で示す）となり、開閉器５ａは遮断状態となる。

カム９がさらに回転すると（２７０°の状態）、再び、ローラ１３はカム９の斜辺部分（図２中のカム９の回転軸９ａからＲ１離れたカム９の斜辺部分）と当接するようになり、開閉器５ａ，５ｂのどちらも遮断状態となる。

カム９がさらに回転すると（３６０°の状態）、開閉器５ａが投入状態、開閉器５ｂが遮断状態で待機状態となる。

以上のように、カム９の回転動作により、開閉器５ａ，５ｂの投入、遮断の制御を行うことができる。つまり、本発明の実施形態に係る開閉制御装置７は、「進入側の開閉器５ａを投入」「進出側の開閉器５ｂを遮断」、「進入側の開閉器５ａを遮断」「進出側の開閉器５ｂを投入」、ニュートラル（「進入側の開閉器５ａを遮断」「進出側の開閉器５ｂを遮断」）の三種類の状態モードを持ち、カム９の回転速度をサーボモータ等で制御することにより列車６通過時の開閉器５ａ，５ｂの開閉制御動作を行うことができる。

図４を参照して、本発明の実施形態に係る交流電気鉄道の中セクション電源切替システムについて、さらに詳細に説明する。

従来技術と同様に、実施形態に係る交流電気鉄道の中セクション電源切替システムは、隣接する２つの変電所の互いに異なる相の交流電源２ａ，２ｂが各々き電線１ａ，１ｂに接続されている。

き電線１ａ，１ｂ間には、絶縁をとるためのエアセクション３ａ，３ｂを介して中セクション４が設けられる。き電線１ａと中セクション４を結ぶ電路には開閉器５ａが介挿され、き電線１ｂと中セクション４を結ぶ電路には開閉器５ｂが介挿される。開閉器５ａ，５ｂとして、例えば、真空バルブ（ＶＩ）が用いられる。

列車６は、図示省略のレール（軌道）上を走行する。レールには、列車６の位置を検知する軌道回路（図示省略）が設けられる。軌道回路の列車位置検知信号は図示省略の電源切替システムの制御部に送信される。

列車６がき電線１ａの位置にいる場合（図中列車位置が１の場合）、カム９は、図２に示す０°の状態で待機している。つまり、開閉器５ａが投入状態となり、開閉器５ｂが遮断状態となっている。このため、列車６には交流電源２ａから電源が供給され、中セクション４はき電線１ａと同じ相の交流電源２ａが供給された状態で待機状態となる。

次に、列車６が中セクション４下に進入しその存在位置が検知されると（図中列車位置が２の場合）、制御部は、カム９の回転動作を開始させる信号を送信する。この信号によりカム９が予め定められた回転速度で回転する。なお、カム９の回転軸９ａとカム９のローラ１３当接部との距離がカム９の回転動作にともなって急激に短くなるようにカム９を形成することで、カム９の回転とともに速やかに開閉器５ａを遮断状態とすることができる。このように、カム９が回転することで、開閉器５ａが遮断された状態となり、開閉器５ｂは遮断状態を維持する。

なお、カム９の斜辺部分において、開閉器５ａ，５ｂが遮断状態となるようなカム９の回転軸９ａとカム９のローラ１３当接部との距離（例えば、その距離を代表してＲ１と表す）部分を多くとること（若しくは、距離がＲ１となる部分の長さを制御することで）、開閉器５ａ，５ｂがともに遮断状態となる時間を制御することができる。つまり、カム９の斜辺部分におけるカム９の回転軸９ａとカム９のローラ１３当接部との距離がＲ１である部分の長さを調節することで、カム９の回転速度に応じて、開閉器５ａが遮断されてから開閉器５ｂが投入されるまでの時間を、２５０ｍｓ〜３５０ｍｓ以内となるように制御することができる。

カム９がさらに回転すると、ローラ１３がカム９の底辺と当接するようになる（例えば、図２の１８０°の状態）。その結果、開閉器５ａが遮断状態のままで、開閉器５ｂが投入された状態となり、中セクション４下の列車６には交流電源２ｂから開閉器５ｂを介して電源が供給される。ここで、カム９の底辺の長さは、開閉器５ｂが投入されている時間を決定する要因となる。よって、好ましくは、全列車６が中セクション４を通過した後に、開閉器５ｂが遮断状態となるように、なるべく長く形成するとよい。若しくは、カム９を図２の１８０°の状態で一時的に停止させ、全列車６が中セクション４を通過した後に、カム９の回転動作を再開するようにしてもよい。

次に、列車６がき電線１ｂに進入し、列車６が中セクション４を通過した後に、カム９はさらに回転し（図２の２７０°の状態）、開閉器５ａ，５ｂが遮断状態となる。そして、カム９が３６０°回転すると、再び、開閉器５ａが投入状態となり、開閉器５ｂが遮断状態となる。この状態で、カム９は、次の列車６が中セクション４に侵入するまで待機状態となる。

このように、カム９の回転動作により、開閉器５ａ，５ｂの開閉動作が行われ、列車６が異相電源突合せ区間（中セクション４）を力行したままで通過することができることなる。

なお、列車６が前記とは逆方向に走行する場合は、開閉器５ａ，５ｂは前記とは逆に制御される。

以上、本発明の交流電気鉄道の中セクション電源切替システムでは、中セクションの電源切替を行う２つの開閉器と、この２つの開閉器の投入・遮断制御を行う開閉制御装置と、を有することにより、従来のシステムよりも、中セクション電源切替システムを単純化することができる。

例えば、本発明の開閉制御装置は、カムの回転速度と、カムの形状により２台の開閉器の遮断、投入の制御を行うことができる。その結果、従来制御盤で調整していた遮断→投入の２５０ｍｓ〜３５０ｍｓの切替時間も遮断器本体の機械的な機構により制御することができ、配電盤側の構成を単純化することができる。また、カムの形状により、２つの開閉器が遮断状態となる時間（タイミング及び期間）を制御することができるので、進入側の開閉器と、進出側の開閉器が同時に投入状態となることを防止するインターロックなどの制御回路が不要となり、システム全体を単純化することができる。また、本発明の開閉制御装置は、列車「あり」「なし」信号を直接入力することで、開閉器の切替制御を行うことができるので、従来配電盤室の制御盤で行っていた列車の位置情報を送信する回路等が不要となり、システム全体を単純化することができる。

このように、中セクション電源切替システムが単純化されることで、装置の故障項目が少なくなりＭＴＢＦ（平均故障間隔）が格段に向上する。また、開閉制御装置の制御機構をカムの回転動作で行うため、開閉制御装置の動作機構が単純となり、ＭＴＢＦが格段に向上する。さらに、電源切替システムを単純化することにより、大幅なコスト削減効果を得ることができる。

また、本発明の開閉制御装置は、カムの回転運動と切替部材の揺動により、一つの操作機構で２つの開閉器の切替制御動作を個別に高速で行うことができる。開閉器にそれぞれ開閉制御装置を設けていた場合と比較して、開閉制御装置の設置スペースを１／４程度まで縮小することが可能となる。さらに、１回線分の開閉器と制御盤とを一体型としたキュービクル一面で開閉制御機構を構成することができる。

そして、図３に示すように、切替遮断器盤を、断路器（ＤＳ）等の開閉器以外の主回路部分をドライエアを充填した密封タンク内に収納し、開閉制御部分を断路器に差し込む、いわゆる差し込み式ＡＩＳ（空気絶縁開閉器：Air Insulated Switch）構成とすることができる。この構成とすることにより、安全性と信頼性を向上させるとともに、頻繁に開閉器を交換するときの作業性が向上し、また切替開閉器本体の更新作業が容易となる。

なお、本発明の交流電気鉄道の中セクション電源切替システムは、上記実施形態に限定されるものではなく、その作用・効果を損なわない範囲で適宜設計変形が可能であり、そのように変更された形態も本発明の交流電気鉄道の中セクション電源切替システムの技術的範囲に属する。

例えば、実施形態において、開閉器とカムの位置関係は、切替部材の傾きを変更できる場所であれば実施形態の位置に限定されるものではなく、例えば、切替部材の開閉器が設けられる側にカムを設ける形態であってもよい。

１ａ，１ｂ…き電線
２ａ，２ｂ…交流電源
３ａ，３ｂ…エアセクション
４…中セクション
５ａ，５ｂ…開閉器（真空バルブ）
６…列車
７…開閉制御装置
８…切替部材
８ａ…回転軸
９…カム（回転部材）
９ａ…回転軸
１０…駆動力伝達部材
１１ａ，１１ｂ…可動電極軸
１２…ばね
１３…ローラ
１４…ガイド
１５…ワイプばね
１６…金具
１６ａ…枠部材
１６ｂ…摺動軸
１７…絶縁棒

Claims

隣接する異相交流電源に各々接続された第１、第２のき電線と、
前記第１及び第２のき電線間に設けられ、前記第１、第２のき電線とは第１、第２のエアセクションにより各々絶縁された中セクションと、
前記第１のき電線と前記中セクションを結ぶ電路に介挿された第１の真空バルブと、
前記第２のき電線と前記中セクションを結ぶ電路に介挿された第２の真空バルブとを有する電源設備の前記第１の真空バルブと前記第２の真空バルブとを切り替える交流電気鉄道の中セクション電源切替システムであって、
一端に前記第１の真空バルブの遮断及び投入を行う可動電極軸が接続され、他端に前記第２の真空バルブの遮断及び投入を行う可動電極軸が接続された切替部材を回動自在に軸支し、
前記切替部材の傾きに応じて、前記第１の真空バルブ及び第２の真空バルブの遮断及び投入動作を行う
ことを特徴とする交流電気鉄道の中セクション電源切替システム。
前記切替部材の回動軸と、前記第１の真空バルブの可動電極軸または前記第２の真空バルブの可動電極軸の接続部と、の間に設けられる駆動力伝達部材と、
前記駆動力伝達部材の前記切替部材の接続部と反対側の端面に当接した状態で回動自在に設けられる回転径の異なる回転部材と、を備えた
ことを特徴とする請求項１に記載の交流電気鉄道の中セクション電源切替システム。
前記駆動力伝達部材を、前記切替部材の回転軸と、前記第１の真空バルブの可動電極軸の接続部と、の間に設け、
前記回転部材の回転軸と、前記回転部材の前記駆動力伝達部材が当接する当接部との距離を、前記回転部材が待機状態では、前記第１の真空バルブが投入状態となるようにその可動電極軸が接続された端部を押し上げる長さに形成し、前記回転部材の回転にともなって、前記距離が短くなるように形成し、待機状態から１８０度回転した状態で、前記距離を前記第２の真空バルブが投入状態となる長さに形成する
ことを特徴とする請求項２に記載の交流電気鉄道の中セクション電源切替システム。