JP4221881B2 - 電鉄用直流電源設備 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電鉄用直流電源設備に係り、特に電圧降下対策、ピークカット対策、回生電力対策等の目的で設置されるエネルギー蓄積装置の絶縁機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電鉄用電源設備は、主な負荷が電気車になるため、他の一般の配電系統負荷とは電力供給能力として特異なものが要求される。
【０００３】
（１）急激な負荷変動に追従可能であること。すなわち、電気鉄道の負荷である電気車は、複数台がランダムに加速・定速・減速・停止等の運転状態変化をしており、それらの総和が急激に変動する負荷になり、この急変負荷に対して応答性よく電力を供給できる設備が要求される。
【０００４】
（２）長時間にわたって安定した電力供給が可能であること。すなわち、電気車には、特急電車など長距離をノンストップ運転するものが含まれ、その運転時間にわたって安定した電力供給能力が要求される。
【０００５】
（３）負荷の平準化が望まれる。すなわち、急激な負荷変動は変電所からみて負荷の急変を伴う。また、電気車の運転台数は朝夕のラッシュ時に運転本数が多く、昼間の閑散時間帯では運転本数が少なくなる。これら負荷の変化に対して変電所側からみて負荷の平準化が電力変換効率の向上等から要求される。
【０００６】
以上の各要求事項に対応できるものとして、エネルギー蓄積装置を設ける方法が提案されている。（例えば、特開平１１−９１４１５号公報）。
【０００７】
このエネルギー蓄積装置は、図３に示す構成にされる。整流器（または順変換器）１からき電線に直流配電、さらに開閉器２を介してトロリー線から電気車３に電力を供給するにおいて、整流器１の直流側に電流制御回路（昇降圧チョッパ）４と直流電力蓄積装置（二次電池や電気二重層キャパシタ）５からなるエネルギー蓄積装置を設備し、電気車が回生状態にある場合は電流制御回路４を通して直流電力蓄積装置５を充電し、電気車が力行状態にある場合や負荷が大きくなった場合は直流電力蓄積装置５から電流制御回路４を通して放電させる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記のように、直流電鉄システムでは、エネルギー蓄積装置の設置によって電圧降下、ピークカット、回生電力の対策として有効となる。
【０００９】
エネルギー蓄積装置は、単位ユニット構造のものを多段接続する構成にして盤筺体に格納される。例えば、電力蓄積手段になる蓄電池や電気二重層キャパシタは、単セル当たりの電圧が２Ｖ程度であり、直流電鉄回路のＤＣ１５００Ｖに適用するためには７５０セル〜８００セルを直列に多段接続し、さらには電流容量に応じて直列接続セルを並列接続する構成にされる。
【００１０】
単位ユニットは、具体的には、蓄電池や電気二重層キャパシタを５０個直列接続したＤＣ１００Ｖ構成にされ、これらを多段接続してＤＣ１５００Ｖのエネルギー蓄積装置とするには、１５ユニットを直列接続する構成にされる。
【００１１】
ここで、エネルギー蓄積装置５の対地絶縁電圧は、他の整流器１等と同様に、き電電圧に対する耐圧を基にして決定され、各ユニットがき電電圧以上の耐圧をもつ構造にされる。対地絶縁電圧をき電線の定格電圧で決定した場合、ＤＣ１５００Ｖのき電系統ではエネルギー蓄積装置の各ユニットの対地絶縁もそれぞれ１５００Ｖになる。
【００１２】
したがって、エネルギー蓄積装置は、セル電圧が２Ｖで、単位ユニットが１００Ｖであるが、その絶縁構造には１５００Ｖ程度のものを必要とし、セル当たりの外形寸法およびコストが対地絶縁電圧によって大きく左右される。
【００１３】
本発明の目的は、エネルギー蓄積装置の対地絶縁性能を確保しながらその小型化およびコストダウンを図ることができる電鉄用直流電源設備を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するため、ユニットの多段接続構成になるエネルギー蓄積装置における各ユニットの対地絶縁性能を、大地に近いユニットほど低い耐圧にした碍子で支持するもので、以下の構成を特徴とする。
【００１５】
き電線に直流電力を供給する整流器または順変換器に並列に設けられ、負荷の変化に応じてき電線からの充電で直流電力蓄積装置に蓄積および該直流電力蓄積装置からき電線への直流電力の放電を行うエネルギー蓄積装置を設けた電鉄用直流電源設備において、
前記直流電力蓄積装置は、
二次電池または電気二重層キャパシタをセルとし、多数のセルを直列接続したユニットを複数ユニット直列接続し、
前記各ユニットの対地絶縁性能を、大地に近いユニットほど低い耐圧にした碍子で支持する絶縁機構としたことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態を示すエネルギー蓄積装置の構成図である。直流電力蓄積装置５は、単位ユニットとしてセルを多数直列接続したユニット５Ａ〜５Ｄを５段直列接続した構成にし、各ユニット５Ａ〜５Ｄの直列接続によってき電系統の定格電圧（１５００Ｖ）の直流電圧程度を確保する場合を示す。
【００１７】
なお、き電系統は、レール側が負極にされ、き電線側が正極にされ、レールは対地電圧に近い値（ＤＣ１５００Ｖのき電系統では対地に対して２００Ｖ程度）になる。
【００１８】
各ユニット５Ａ〜５Ｄの対地絶縁性能は、大地側になるほど低くした絶縁機構にする。すなわち、レール側になる最下段のユニット５Ａの対地絶縁性能を最も低くし、き電線側になる最上段のユニット５Ｅの対地絶縁性能を最も高くする絶縁機構にする。
【００１９】
例えば、ユニット５Ａは４００Ｖ、ユニット５Ｂは６００Ｖ、ユニット５Ｃは８００Ｖ、ユニット５Ｄは１２００Ｖ、ユニット５Ｅは１５００Ｖ耐圧をもつ絶縁機構で支持される。なお、これら各ユニットの絶縁耐圧は、ユニットがもつ定格電圧（接続セル数で決まる電圧）とそれよりも下段のユニットの定格電圧の総和によって決められる。
【００２０】
以上のように、各ユニットは、他のユニットとの直列接続位置等から決まる絶縁機構を持たせることにより、下段のユニットになるほどその耐圧を低くすることができ、各ユニットにそれぞれき電系統の電圧程度の絶縁機構を設ける従来方式に比べて、絶縁機構の小型化およびコストダウンを図ることができる。
【００２１】
図２は、図１の直流電力蓄積装置５を実現するための盤構造を示す。盤筺体１１は、任意の位置で大地に接地され、内部には電池支持アングル１１Ａ，１１Ｂを有して３段の棚構造を形成しておく。盤筺体１１の底位置には図１のユニット５Ａ〜５Ｃが並列配置され、ユニット５Ａが最も低い絶縁機構で、ユニット５Ｃが最も高い絶縁機構で支持される。同様に、アングル１１Ａにはユニット５Ｄが絶縁支持され、アングル１１Ｂにはユニット５Ｅが絶縁支持される。これらユニット５Ｄ，５Ｅはより高い耐圧をもつ絶縁機構で支持される。
【００２２】
例えば、ユニット５Ａは４００Ｖ用碍子で支持され、ユニット５Ｂは６００Ｖ用碍子で、ユニット５Ｃは４００Ｖ用碍子の２段接続で支持され、ユニット５Ｄは６００Ｖ用碍子の２段接続で支持され、ユニット５Ｅは３号用碍子で支持される。
【００２３】
したがって、ユニット５Ｄ，５Ｅは比較的高い耐圧をもつ絶縁機構で支持するが、ユニット５Ａ〜５Ｃは比較的低い耐圧をもつ絶縁機構で支持することができる。
【００２４】
これにより、ユニットの絶縁機構がトータル的に小型で低コストになるし、盤筺体１１の小型化および設置スペースの縮小が可能となる。
【００２５】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、ユニットの多段接続構成になるエネルギー蓄積装置における各ユニットの対地絶縁性能を、大地に近いユニットほど低い耐圧にした碍子で支持するようにしたため、エネルギー蓄積装置の対地絶縁性能を確保しながらその小型化およびコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す直流電力蓄積装置のユニット構成図。
【図２】実施形態における直流電力蓄積装置の盤構成図。
【図３】電鉄用直流電源システムの構成例。
【符号の説明】
１…整流器
４…電流制御回路
５…直流電力蓄積装置
５Ａ〜５Ｅ…ユニット
１１…盤筺体
１１Ａ，１１Ｂ…電池支持アングル

Claims (1)

  1. き電線に直流電力を供給する整流器または順変換器に並列に設けられ、負荷の変化に応じてき電線からの充電で直流電力蓄積装置に蓄積および該直流電力蓄積装置からき電線への直流電力の放電を行うエネルギー蓄積装置を設けた電鉄用直流電源設備において、
    前記直流電力蓄積装置は、
    二次電池または電気二重層キャパシタをセルとし、多数のセルを直列接続したユニットを複数ユニット直列接続し、
    前記各ユニットの対地絶縁性能を、大地に近いユニットほど低い耐圧にした碍子で支持する絶縁機構としたことを特徴とする電鉄用直流電源設備。
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