JP4599214B2 - 電気車制御装置 - Google Patents
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Description
本発明は、交流特高架線に接続される主変圧器の特高側から電気的に絶縁された低圧側や高圧側に電力を供給して電気車を制御する電気車制御装置に関する。
一般に、電気車への電力の供給は、パンタグラフを介して交流特高架線から電力が供給される。交流特高架線の電圧は主変圧器で降圧され、低圧側および高圧側に電力が供給される。低圧側には補助電源装置やブロア等の負荷が接続され、高圧側には電気車を駆動するモータに電力を供給する主回路モータ駆動用電力変換装置が接続される。
交流特高架線より主変圧器を介して、例えば低圧側に接続された補助電源装置やブロア等は低圧回路設計である。そのため、対地への低圧回路の電圧より耐圧仕様が決められている。例えば、低圧回路が交流の４４０Ｖであれば、JIS規定より、（１）式で示される耐圧を有するように設計される。（１）式のＥは回路定格電圧である。
２×Ｅ＋２０００＝４４０Ｖ×２＋１０００≒１９００Ｖ …（１）
ここで、電気車用の電力変換装置に使用される電力用半導体素子の耐圧は外来サージによって決められるので、電力変換装置の入力側にアレスタを設置し電力変換装置を外来サージから保護するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−２３３４５４号公報
ここで、電気車用の電力変換装置に使用される電力用半導体素子の耐圧は外来サージによって決められるので、電力変換装置の入力側にアレスタを設置し電力変換装置を外来サージから保護するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
しかし、例えば、主変圧器の特高側と低圧側とが接触する事故が発生した場合、低圧側に特高電圧が印加されることになり、低圧回路の耐圧を超過してしまうことがある。低圧回路に印加される電圧については、主変圧器の巻線比より決まるが、通常は高電圧が印加される。この結果、低圧回路の耐圧を超過し、低圧回路の絶縁破壊となり低圧回路の焼損事故に拡大してしまうことがある。
一方、このような事故が発生した場合には、接地継電器により地絡検知に至るが、事故を検知した後に遮断器を開放して低圧回路を保護することになるが、遮断器開放までには数１０ｍｓの時間がかかることから、回路的に焼損耐量を超えてしまい保護協調がとれないことがある。また、接地継電器を備えた接地検知回路は低圧の耐圧耐量なので、回路が絶縁破壊して接地検知ができなくなる懸念もある。
同様に、主変圧器の特高側と高圧側とが接触する事故が発生した場合においても、高圧側に特高電圧が印加されることになり、高圧回路の耐圧を超過してしまうことがある。
本発明の目的は、主変圧器の特高側と低圧側または高圧側とが接触する事故が発生した場合であっても低圧側または高圧側が焼損事故に至らない電気車制御装置を提供することである。
本発明の電気車制御装置は、交流特高架線に接続される主変圧器の特高側と電気的に絶縁された高圧側に主回路モータ駆動用電力変換装置が接続され、低圧側に補助電源装置や負荷が接続される電気車制御装置において、低圧側または高圧側の両交流端子の中性点を接地抵抗器およびアースブラシを介して接地して車体電位とし、低圧側の両交流端子と車体電位との間、低圧側の両交流端子とアースブラシ電位との間、高圧側の両交流端子と車体電位との間、高圧側の両交流端子とアースブラシ電位との間の少なくともいずれかに制限電圧が低圧側の低圧回路または高圧側の高圧回路の耐圧仕様以下であるサージアブソーバを接続したことを特徴とする。
本発明によれば、主変圧器の特高側と低圧側または高圧側とが接触するような事故が発生しても、サージアブソーバで高電圧を抑制するので、低圧側または高圧側が焼損事故に至ることがない。
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係わる電気車制御装置の構成図である。図１では電気車制御装置の電気車への電力供給部分を示している。パンタグラフ１１および遮断器１２を介して交流特高架線から主変圧器１３に電力が供給され、主変圧器１３の一次巻線はアースブラシ１４を介して接地される。また、主変圧器の特高側と電気的に絶縁された二次巻線には、高圧回路と低圧回路とが接続されるが、図１では低圧回路１５のみを示している。低圧回路１５には図示省略の補助電源装置やブロア等の負荷が接続され、接地用変圧器１６を介して接地継電器１７が接続されている。接地継電器１７は接地事故を検出したときに遮断器１２の開指令を出力するものである。また、低圧回路１５の両交流端子と車体電位Ｅ１との間にはサージアブソーバ１８ａ、１８ｂが接続され、車体電位Ｅ１は接地抵抗器１９およびアースブラシ１４を介して接地されている。
図１は本発明の第１の実施の形態に係わる電気車制御装置の構成図である。図１では電気車制御装置の電気車への電力供給部分を示している。パンタグラフ１１および遮断器１２を介して交流特高架線から主変圧器１３に電力が供給され、主変圧器１３の一次巻線はアースブラシ１４を介して接地される。また、主変圧器の特高側と電気的に絶縁された二次巻線には、高圧回路と低圧回路とが接続されるが、図１では低圧回路１５のみを示している。低圧回路１５には図示省略の補助電源装置やブロア等の負荷が接続され、接地用変圧器１６を介して接地継電器１７が接続されている。接地継電器１７は接地事故を検出したときに遮断器１２の開指令を出力するものである。また、低圧回路１５の両交流端子と車体電位Ｅ１との間にはサージアブソーバ１８ａ、１８ｂが接続され、車体電位Ｅ１は接地抵抗器１９およびアースブラシ１４を介して接地されている。
このように、交流特高架線より主変圧器１３を介して、低圧側の両交流端子と車体電位Ｅ１との間に、サージアブソーバ１８ａ、１８ｂを接続した構成としている。サージアブソーバ１８ａ、１８ｂの制限電圧Ｅｒは（１）式での低圧回路の耐圧仕様以下とする。
図２は、本発明の第１の実施の形態における主変圧器の特高側と低圧側にて接触事故が発生した場合の低圧回路での電圧電流の特性図である。低圧回路１５への入力電圧が大きい場合には、サージアブソーバ１８ａ、１８ｂに電流が流れ、低圧回路１５の車体電位Ｅｒに対する低圧回路対車体電圧は、サージアブソーバ１８ａ、１８ｂの制限電圧Ｅｒで制限される。
いま、主変圧器１３の特高側と低圧側にて接触事故Ｆが発生し低圧側が高電圧になったとする。そうすると、低圧回路１５から接地継電器１７を介して車体電位Ｅ１に電流が流れるが、サージアブソーバ１８ａ、１８ｂがあるので、サージアブソーバ１８ａ、１８ｂに電流が流れ、低圧回路１５の車体電位Ｅｒに対する低圧回路対車体電圧は、サージアブソーバ１８ａ、１８ｂの制限電圧Ｅｒで制限される。従って、低圧側交流端子と車体電位Ｅ１との電圧発生レベルがサージアブソーバ１８ａ、１８ｂの制限電圧Ｅｒ以上になることはなく、低圧回路の耐圧仕様も超過しないので絶縁破壊にはならない。また、低圧回路１５はサージアブソーバ１８ａ、１８ｂで保護されているため、接地継電器１７を構成する回路も仕様を超過しないで動作が可能であり、確実に接地検知し入力の遮断器１２を遮断させる。以上の説明では、主変圧器１３の二次側に形成される低圧回路について説明したが、主回路モータ駆動用電力変換装置が接続される高圧回路についても同様に適用できる。
第１の実施の形態によれば、主変圧器１３の特高側と低圧側または高圧側とが接触するような事故が発生しても、サージアブソーバ１８ａ、１８ｂで高電圧を抑制するので回路絶縁耐圧は超過することなく回路焼損を避けることができる。また、接地検知回路である接地継電器１７も耐圧仕様範囲で動作することが可能であり、確実に特高回路の遮断が可能になる。さらに、電気車で発生する遮断器１２の開閉サージノイズやパンタサージノイズは回路対車体電位でサージ電圧が発生するが、この発生電圧も吸収することができ回路の信頼性向上が可能となる。
（第２の実施の形態）
図３は本発明の第２の実施の形態に係わる電気車制御装置の構成図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、低圧側の両交流端子と車体電位Ｅ１との間にサージアブソーバ１８ａ、１８ｂを接続することに代えて、低圧側の両交流端子とアースブラシ電位Ｅｇとの間にサージアブソーバ１８ａ、１８ｂを接続したものである。図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
図３は本発明の第２の実施の形態に係わる電気車制御装置の構成図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、低圧側の両交流端子と車体電位Ｅ１との間にサージアブソーバ１８ａ、１８ｂを接続することに代えて、低圧側の両交流端子とアースブラシ電位Ｅｇとの間にサージアブソーバ１８ａ、１８ｂを接続したものである。図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
図３において、低圧回路１５の両交流端子とアースブラシ電位Ｅｇとの間にはサージアブソーバ１８ａ、１８ｂが接続され、アースブラシ電位Ｅｇはアースブラシ１４を介して接地されている。このように、交流特高架線より主変圧器１３を介して、低圧側の両交流端子とアースブラシ電位Ｅｇとの間に、サージアブソーバ１８ａ、１８ｂを接続した構成としている。サージアブソーバ１８ａ、１８ｂの制限電圧Ｅｒは（１）式での低圧回路の耐圧仕様以下とする。
いま、主変圧器１３の特高側と低圧側にて接触事故Ｆが発生し低圧側が高電圧になったとする。そうすると、低圧回路１５から接地継電器１７を介して車体電位Ｅ１に電流が流れるが、サージアブソーバ１８ａ、１８ｂがあるので、サージアブソーバ１８ａ、１８ｂに電流が流れ、低圧回路１５のアースブラシ電位Ｅｇに対する低圧回路対アースブラシ電位は、サージアブソーバ１８ａ、１８ｂの制限電圧Ｅｒで制限される。従って、低圧側交流端子とアースブラシ電位Ｅｇとの電圧発生レベルがサージアブソーバ１８ａ、１８ｂの制限電圧Ｅｒ以上になることはなく、低圧回路の耐圧仕様も超過しないので絶縁破壊にはならない。また、低圧回路１５はサージアブソーバ１８ａ、１８ｂで保護されているため、接地継電器１７を構成する回路も仕様を超過しないで動作が可能であり、確実に接地検知し入力の遮断器１２を遮断させる。
以上の説明では、主変圧器１３の二次側に形成される低圧回路について説明したが、主回路モータ駆動用電力変換装置が接続される高圧回路についても同様に適用できる。第２の実施の形態においても第１の実施の形態と同様に効果が得られる。
１１…パンタグラフ、１２…遮断器、１３…主変圧器、１４…アースブラシ、１５…低圧回路、１６…接地用変圧器、１７…接地継電器、１８…サージアブソーバ、１９…接地抵抗器
Claims (4)
- 交流特高架線に接続される主変圧器の特高側と電気的に絶縁された高圧側に主回路モータ駆動用電力変換装置が接続され、低圧側に補助電源装置や負荷が接続される電気車制御装置において、低圧側の両交流端子の中性点を接地抵抗器およびアースブラシを介して接地して車体電位とし、低圧側の両交流端子と車体電位との間に制限電圧が低圧側の低圧回路の耐圧仕様以下であるサージアブソーバを接続したことを特徴とする電気車制御装置。
- 交流特高架線に接続される主変圧器の特高側と電気的に絶縁された高圧側に主回路モータ駆動用電力変換装置が接続され、低圧側に補助電源装置や負荷が接続される電気車制御装置において、低圧側の両交流端子の中性点を接地抵抗器およびアースブラシを介して接地して車体電位とし、低圧側の両交流端子とアースブラシ電位との間に制限電圧が低圧側の低圧回路の耐圧仕様以下であるサージアブソーバを接続したことを特徴とする電気車制御装置。
- 交流特高架線に接続される主変圧器の特高側と電気的に絶縁された高圧側に主回路モータ駆動用電力変換装置が接続され、低圧側に補助電源装置や負荷が接続される電気車制御装置において、高圧側の両交流端子の中性点を接地抵抗器およびアースブラシを介して接地して車体電位とし、高圧側の両交流端子と車体電位との間に制限電圧が高圧側の高圧回路の耐圧仕様以下であるサージアブソーバを接続したことを特徴とする電気車制御装置。
- 交流特高架線に接続される主変圧器の特高側と電気的に絶縁された高圧側に主回路モータ駆動用電力変換装置が接続され、低圧側に補助電源装置や負荷が接続される電気車制御装置において、高圧側の両交流端子の中性点を接地抵抗器およびアースブラシを介して接地して車体電位とし、高圧側の両交流端子とアースブラシ電位との間に制限電圧が高圧側の高圧回路の耐圧仕様以下であるサージアブソーバを接続したことを特徴とする電気車制御装置。
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