JPH01160745A - 直流電車き電方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、変電所から直流き電線を介してき電すると共
に、電車線から直流電車に電力を供給する直流電車き電
力式に関する。

〔従来の技術〕

第５図は従来の直流電車にき電するき電力式を示す図で
ある。同図で従来方式を説明する。■、２はき重用変電
所であり、電力系統から高圧又は特別高圧線１３．２３
で変電所に電力を引込む。変電所では変圧器１１．２１
で直流電車に適した電圧まで降圧する。降圧された交流
は半導体変換器１２．２２で直流に変換され、き電線３
で直流電車６１．６２に直流電力を供給する。直流電車
６１．６２はき電線３に接続した電車線４とレール５か
ら集電する。同図では６１はカ行運転している電車、６
２は回生制動運転している電車の場合で示している。

半導体変換器としては一般にダイオード整流器が多く用
いられているが、直流電車が回生制動材の場合で直流回
生電力が電力系統に戻される場合には半導体変換器とし
てサイリスク変換器が使用される。１５．２５は直流し
ゃ断器で、き電線、電車線の事故、電車事故に対する保
護を行う。

第５図でカ行運転車両がある場合に、回生制動運転が行
われると電車６２の回生電力は電車６１のカ行電力とな
る。変電所の変換器がダイオード整流器の場合には、常
に回生電力はカ行電力以下となる。逆変換可能な変換器
の場合で、回生電力がカ行電力を越えると、その越えた
電力分は変電所から交流系統に回生される。

第５図においてり、は変電所１．２の間隔長を示す。変
電所間隔長Ｌ６は直流電圧の電圧がカ行運転の場合では
規定値以下に下がらないように、又回生運転では規定値
以上に上がらないように決められる。直流き電圧として
は１５００　Ｖが多く採用されている。１５００　Ｖき
電々圧の場合多くは電車電圧がｌ１００Ｖ以下に下がら
ないように変電所間隔り。

を決めている。この場合、変電所間隔は電車の集電々力
、き電線路、電車の運転ダイヤグラム等によって大きく
異なるが、一般に３ｋ１１〜５　ｋｍとなっている。

第６図は変電所０〜０間に電車が１編成ある場合の電車
の電圧と電車の位置との関係を、カ行運転の場合は実線
で、回生運転の場合は破線で示した図である。カ行電車
の位置が変電所■または■に至近の場合には、電車電圧
は変電所の送り出し電圧Ｖｄ、となる。電車電圧は、電
車が変電所から離れるに従って、き電線と電車線の電圧
降下分だけＶｄ、より下がる。変電所間隔り、の中間点
で最も下がって、最小値Ｖｄ、、、となる。この最小値
Ｖｄ＋ａ！ａが規定値以上（例えばｌ１００Ｖ以上）に
なるように変電所間隔り、が決められる。第７図でり、
は次のようになる。

ここで、 Ｐ＝電車の消費電力（ｋＷ） ｒ＝き電線、レールおよび電車線を含めたき電回路のｌ
　ｋ＋ａあたりの抵抗〔Ω／　ｋｍ　）である。

（１）式で、１５００Ｖ直流電車の例で示すと次のよう
になる。

Ｖｄｏ　　＝１６５０Ｖ Ｖ　ｄ　１Ｉｉｎ　　＝１１００Ｖ 中間点付近を１０両編成の電車２編成が同時に走行して
いるとして、 Ｐ　＝　１０，０００　（ｋ　Ｗ） 又き電回路の抵抗を０．０４Ω／　ｋｍとすると、Ｌ、
、＝３ｋｍ となる。

電車が回生制動運転で電力を変電所の変換器を介して回
生ずる場合（カ行運転車がない場合）は同図破線のよう
に電車線電圧は変電所送り出し電圧より高くなる。

次に、直流変電所の建設費用について考察してみる。

電力系統から特高受電する（一般に別々の電力系統から
２回線受電としている）ため特高引込線の建設費が高い
。また特高受電などのため変電所の建設面積も広く必要
で変電所建設費も高い。

以上のことから変電所の数はできるだけ少ないこと、す
なわち変電所間隔長はできるだけ長いことが望まれる。

このためには、＜１）弐から電車電圧を高めることが有
効であるが、電車電圧は例えば１５００Ｖと固定されて
おり、高められない。更に変電所の直流しゃ断器は、そ
の電圧に応じたものが必要となり高い電圧になる程直流
しゃ断器が大きく高価となり、実現が難しくなってくる
。また開式から抵抗を減らすためには、き電線の並列数
を増すなど考えられるが、電柱などの支持強度から制約
があるため、抵抗低減にも限度がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上の理由から従来のき電力式では変電所間隔長は３〜
５ｋｍとなり、変電所建設費が高くなる。

又変電所間隔が短いため、−変電所区間に入っている電
車数が少なく、且つ電車が通過する時間が短い。このた
め変電所設備にかかる電力負荷が間欠的になり、設備の
利用率が低いなどの問題点があった。

本発明の目的は、上記に鑑み、き電々圧を高めて、変電
所間隔を長くすることにより、き電システムの設備費を
低減しながらも、電車電圧を所要範囲に維持することを
目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の基本は、変電所からのき電線の電圧は電車電圧
より大幅に高めて電力を給電し、このき電線に順・逆両
方向に変換可能な半４体直流−直流変換器を接続しこの
変換器によりき電々圧を電車電圧に降圧して電車線に給
電して、変電所間隔を大幅に長くするとともに、この半
導体順・逆変換器を半導体スイッチとして変電所の直流
しゃ断器に適用し、保護協調の優れた安価な直流き電シ
ステムを提供しようとするものである。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の一実施例である。第５図と同一記号は
同一のものを示す。

７は主き電線で、電車電圧よりも高い電圧とする。当然
１１．１２および２１．２２はこの電圧にあったものと
なる。３は補助き電線で、従来のき電線と同じものであ
り、電車線４を介して電車６１〜６３に電力を供給する
。主き電線７と補助き電線との間に、例えば従来のき電
線の変電所間隔相当毎に順・逆両方向に変換可能なチョ
ッパの如き半導体直流−直流変換器８１〜８３を設置し
、この変換器で主き電線の電圧を電車電圧に降圧する。

Ｐｌは高電圧の主き電線に接続される端子、Ｐ２は低電
圧の補助き電線に接続される端子で、Ｎはレールに接続
される端子である。

半導体直流−直流変換器８１〜８３は、電車がカ行時に
は順方向に変換動作をして電力を主き電線７から補助き
電線３に供給する降圧チョッパとして働き、電車が回生
制動時には逆方向に変換動作をして、電車電力を補助き
電線から主き電線に戻す昇圧チョッパとして働く。

１６．２６は半導体スイッチによる直流しゃ断器である
。

半導体直流−直流変換器８１〜８３として使用する降・
昇圧チョッパの一例を第２図に示す。第２図はチｇ７パ
８１について示したものであるが、８２．８３の場合も
全く同様に構成することができる。

第２図において、８１１．８１２はりアクドルとコンデ
ンサで構成される入出力フィルタであり、８１３が降圧
チョッパ用半導体スイッチ、８１４が昇圧チョッパ用半
導体スイッチで、それらの半導体スイッチとしてＧＴＯ
サイリスタを使用することができる。

第１図で８１〜８３のＮ端子はレールに接続しているが
、別に設けた負き電線に接続して適当な間隔でレールと
負き電線とを接続してもよい。

第３図は１６．２６半導体スイッチの構成を示したもの
であり、１６の場合で示しである。１６１は８１３゜８
１４と同じ半導体スイッチである。１６２は１６１が電
流をしゃ断した時、き電線などの回路のインダクタンス
に変えられていたエネルギーを吸収するためのギャップ
レスアレスタである。１６２はしゃ断後電気的に完全に
切り離すための断路器である。

第４図は保護動作を説明する図である。１７は１６と同
じものであるが３．４とは別の補助き電線３１゜電車線
４１にき電するためのものである。本図では主き電線が
Ａ点で接地事故を起こし、更に電車６１が回生じている
場合を示している。事故電流（接地電流）は１２−１７
→Ａ点、電車６１の回生電流は８３→７→１６→１７→
Ａと流れる。しゃ断器１７には順方向の事故電流が流れ
るので、半導体スイッチのオフによりしゃ断し、１６．
７．８１，８２．３．４を事故点から切り離す、　１６
には回生電車からの事故電流が逆方向に流れるが、同電
流が１７に流れて、１７がしゃ断するので、１６は逆方
向電流しゃ断を行えなくてもよい。

また事故点のき電回路に図のように回生中の電車６２が
あると、６２の事故電流は８０を通って流れ続けるので
、この順・逆変換器（８０）はしゃ断器を動作させてし
ゃ断する。

変電所と変電所との間に適当な間隔で設置する直流−直
流変換器としては高電圧大容量のものが必要である。近
年ＧＴＯサイリスタのような高電圧大容量の自己消弧形
素子が実用化されて来ており、このような素子を用いて
数ｋＶの直流−直流変換器や半導体しゃ断器も実現可能
となって来た。

本高電圧大容量直流−直流変換器は変電所よりは塩かに
機器数も少なく、設置スペースも狭くて良く、建設費は
変電所より大幅に低減される。

また変電所内に接地する主き電線用半導体しゃ断器は直
流−直流変換器に用いている半導体スイッチ部を用いて
構成出来るので、半導体しゃ断器の容易に実現出来る 〔発明の効果〕 本発明は変電所送り出し電圧を電車電圧より大幅に高め
てき電し、適当な間隔に設置した半導体直流−直流変換
器で電車電圧まで降圧するき電力式であるので次の効果
がある。

（１）　　変電所間隔を長くとれるので変電所の数が少
なくできる。

（２）　　半導体直流−直流変換器が新たに必要になる
が、（１）項の効果により、総合的には安価なき電シス
テムにできる。

（３）　　変電所機器の稼動率が高まるので、設備の使
用効率が向上し、このためき電システム全体の設備費を
安くできる。これは変電所間隔が長くなり、変電所区間
に入る電車数が増し、且つ変電所区間を通過する時間が
長くなるためである。

（４）　　変電所内に接地する主き電線用半導体しゃ断
器は、半導体直流−直流変換器の半導体スイッチ部を用
いて構成出来るので、半導体しゃ断器は安価になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による直流電車き電力式の実施例を示す
概略図、第２図は半導体直流−直流変換器の実施例を示
す回路図、第３図は半導体しゃ断器の実施例を示す回路
図、第４図は本発明による直流電車き電力式の他の実施
例の要部を示す概略図、第５図は従来の直流電車き電力
式の実施例を示す概略図、第６図は第５図についての動
作説明図である。 １．２−変電所、３−・−補助き電線、４−電車線、５
−　レーノσ、７−・主き電線、６１〜６３−・車両、
８１〜８４・・・・半導体直流−直流変換器、１６．２
６−・−半導体しゃ断器。 オ　２図 々　３１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）変電所から直流き電線を介してき電すると共に、電
   車線から直流電車に電力を供給する直流電車き電力式で
   あって、変電所より主き電線に電車電圧より高い電圧で
   き電し、変電所間に適当な間隔で１個又は複数個の順・
   逆両方向に変換可能な半導体直流−直流変換器を設置し
   、各設置点で、前記主き電線と、電車線に電力を供給す
   る補助き電線とを当該半導体直流−直流変換器を介して
   接続し、両き電線間の電力授受を行うようにし、かつ主
   き電線用直流しゃ断器として半導体しゃ断器を設けたこ
   とを特徴とする直流電車き電力式。 ２）前期半導体しゃ断器を半導体直流−直流変換器の半
   導体スイッチを用いて構成したことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の直流電車き電力式。