JPH0299431A - 直流電流変化分検出継電器 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は直流式電気鉄道のき電線保護に用いる直流電流
変化分検出継電器に関する。

（従来の技術） 直流式電気鉄道のき電線保護としては、従来よりき電線
に流れる電流の変化分に応動する電流変化分検出継電器
が用いられている。

この趣の継電器の検出原理は既に公知であるため詳細な
説明は省略するが概要は次に述べる通りである。第６図
（ａ）は電流変化分検出方法の原理を説明する概念図で
あり、コンデンサＣと抵抗Ｒとによって、き電線電流Ｉ
の変化分Δ工を検出するものである。図に示されるよう
にこの回路はＣとＲの微分回路であり、 Δ工＝Ｓ′ｔｄ弓　　・・・・・・■ １＋Ｓ・　ｔｄ ｔｄ：時定数（工ＣＲ） なる関数により、変化分電流ΔＩが得られる。

なお、第６図（ａ）では電流変化分検出方法の原理を説
明するためにアナログ回路の例を示したが、マイクロコ
ンピュータによるディジタル演算によっても同一原理の
ものが実現できる。これにつぃては後で述べる。

第６図（ｂ）は第６図（ａ）の応動を説明する波形図で
、同図（イ）はき電線電流Ｉのタイムチャート、同しく
（ロ）は変化分電流ΔＩのタイムチャートである。図（
イ）に示されるように時刻ｔ１において短絡事故が発生
した場合を考えると、この時刻以後き電線電流工は増大
する。この電流変化に応じて図（ロ）に示されるように
変化分電流ΔＩが得られる。そして変化分電流Δ■が予
め定められた整定値に０を超えると、継電器は動作出力
を生じることになる７通常の電流変化の場合はΔＩはこ
の整定値ｋ。を超えることはないが、き電線に短絡事故
が発生した場合はき電線電流の変化分が極めて大となる
ので、それに応じてΔＩも大となり、整定値に、を超え
て継電器は動作する。このようにして、ΔＩの大きさを
判定することによりき電線に流れる電流が負荷電流であ
るのか、事故電流であるのかを選択できる。

また、一般に被保護き電線は上流側と仮右側の２つの区
間で構成される。これを第７図を用いて説明する。第７
図（ａ）は直流き電系統を説明する構成図で、１０１は
交流電気量を直流電気量に変換するための整流部、５は
上流側き電線、６は下流側き電線、１０２及び１０３は
しゃ断器である。また、上流側き電線５と下流側き電線
６はセクション７で結合される。上流側及び下流側き電
線５および６はそれぞれ直流電流変化分検出継電器１で
保護される。第７図（ａ）において整流部１０１で変換
された直流電気量は上流側き電線５と下流側き電線６に
供給され、各き電線をカ行している列車に供給される。

ここで、列車はカ行、惰行、制動の３つの状態を繰返す
が、カ行運転中が最も消費電力が多い状態である。詳細
は十分公知であり、本発明と直接関係ないので説明を省
く。

第７図（ａ）に示すように列車が上流側き電線５から下
流側き電線６に向かって走行した時、特に列車がカ行状
態で走行し、セクション７を通過すると、き電線を流れ
る負荷電流は上流側き電線５及び下流側き電線６がとも
に急激に変化する。その様子を第７図（ｂ）を用いて説
明する。第７図（ｂ）は上流側き電線５と下流側き電線
６に流れる直流電流を示すタイムチャートで、実線は負
荷電流、点線は負荷電流に応じた変化分電流Δ■である
。

列車がカ行状態でセクション７を通過すると上流側き電
線５の負荷電流は第７図（ｂ）の上流側タイムチャート
・に示すように急激に減少し、それに応じて負側にΔＩ
が生じる。また下流側き電線６の負荷電流は、同じく下
流側タイムチャートに示すように急激に増加し、それに
応じて正側にΔＩが生じる。前述したように直流電流変
化分検出継電器は、正側のΔ■が整定値を超えた場合に
動作するものであるため、第７図（ｂ）の下流側タイム
チャートに示すような現象の場合、誤動作に至る可能性
がある。これを防止するためにセクション補償と呼ばれ
る補償が行なわれているのが一般である。以下にその一
例を説明する。

カ行状態の列車がセクションを通過するとき、上流側き
電線５の負荷電流が減少した分が下流側き電線６の負荷
電流として増加することを利用して、上流側き電線５の
負荷電流が急激に減少した時、下流側き電線６の負荷電
流に応じて生じるΔＩを初期化する。すなわち５列車が
カ行状態でセクションを通過してもその時に生じる下流
側のΔ工がリセットされることで、リレーの誤動作を防
止することができる。

（発明が解決しようとする課題） 上記した従来の電流変化分検出継電器において第７図に
示すように１列車がカ行状態で、セクションを通過する
時に生じる下流側のき電線の負荷電流の増加で、それに
より生じる変化分電流ΔＩにより、誤動作に至らないよ
うにしたセクション補償は、上記した応動に対して確実
に誤動作防止ができるが、セクション補償中は、下流側
のΔＩが初期化状態となりき電線の補償ができない状態
となる。すなわち、カ行状態の列車がセクション通過中
に、下流側き電線１こ短絡事故が発生しても検出できな
い可能性がある。

従来は、列車の編成が短く、かつ運転本数も少ないため
セクション補償時間も無視できるほど短時間であったが
、最近は列車の編成が長く、かつ運転本数が多くなり、
セクション通過時間も無視できなくなっている。

以上のことは従来の電流変化分検出継電器の大きな欠点
であり、未だ解決策がないのが実情である。

本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり１列
車がカ行状態でセクションを通過している場合でも正し
く電流変化分を検出することの可能な直流電流変化分検
出継電器を提供することを目的としている。

〔発明の構成〕

（１１題を解決するための手段） 第１図を用いて説明すると５本発明では上流側電流変化
分検出手段２と下流側電流変化分検出手段３にて、それ
ぞれ入力される上流側電流と下流側電流を順次時系列的
に検出し、判定手段４にて上流側電流変化分Δ１１と下
流側電流変化分Δ工２及び前者、後者の電流変化分相Δ
Ｉ工＋Δ工２を検出し、これにより上流側・下流側のき
電線の短絡事故を検出するように構成した。

（作用） したがって１列車がカ行状態でセクションを通過した時
に下流側き電線に短絡事故が発生した場合、下流側電流
変化分Δ工□が増加し、かつ上流側と下流側の電流変化
分和へ１１＋Δ工、も増加するために、正しく短絡事故
を検出することができる。

また、短絡事故が発生しない場合は、下流側電流変化分
ΔＩ、が増加しても電流変化分利Δ１１＋ΔＴ３は変化
しないため確実にセクション通過時の誤動作を防止する
こともできる。

（実施例） 以下図面を参照して実施例を説明する。

第１図は本発明による直流電流変化分検出継電器（以下
継電器と称す）の一実施例の機能ブロック図である。第
１図において１は継電器であり、上流側電流変化分検出
手段２と下流側電流変化分検出手段３と判定手段４とか
らなる。上流側電流変化分検出手段２及び下流側電流変
化分検出手段３はそれぞれ上流側き電線及び下流側き電
線に流れる。直流電流を所定のタイミングにてサンプリ
ングし、これらの時系列データを格納する０判定手段４
では、前記サンプリングデータを用いて上流側電流の変
化分ΔＩ、と下流側電流の変化分Δ工２と電流変化分利
ΔＩよ＋Δ工２を検出し、Δ工、とΔ工、＋Δ工２が、
もしくはΔ■２とΔ１１＋Δ工２が同時に所定の値以上
になったと判定された場合、き電線に短絡事故発生とみ
なし、リレー動作を出力する。

第２図は継電器の具体的な構成側図である。

第２図において、５は電気鉄道の上流側き電線、６は下
流側き電線、７はセクション、８は上流側き電線に流れ
る電流を変換する直流変流器、９は下流側き電線に流れ
る電流を変換する直流変流器である。また、１は前記し
た継電器であり、以下に示す構成を有している。即ち、
継電器１は、系統側と検出器側とを電気的に絶縁する絶
縁回路１０と、絶縁回路１０から入力した電気量をアナ
ログ・ディジタル変換して演算可能な値に変換するアナ
ログ入力部１１と、マイクロコンピュータ等で構成した
ディジタル演算部（ＣＰＵ）１２と、入力したデータを
記憶しておくためのデータメモリ（ＲＡＭ）１３と、演
算プログラムを記憶しておくためのプログラムメモリ（
ＲＯＭ）１４と、検出判定に必要な整定値を設定するた
めの整定回路１５と、検出結果を出力するための出力部
１６とが設けられ、これらは内部バス１７を介して互い
に接続されている。

したがって、上流側き電線５及び下流側き電線６に流れ
る直流電流は、それぞれ直流変流器８及び９で変換され
て絶縁回路１０に入力される。この絶縁回路１０から出
力された電気量はアナログ入力部１１にてアナログ・デ
ィジタル変換され、ディジタル演算部１２で演算処理が
なされる。又、ディジタル演算部１２は演算処理した結
果と整定回路１５からの整定値とを比較し、前者が後者
と上回った時に出力部１６に出力する。この場合、ディ
ジタル演算部１２はアナログ入力部１１が電気量をサン
プリングする毎に同期して演算する。

第３図はディジタル処理部１２の演算処理のためのフロ
ーチャートである。第３図においてステップ５３１でき
電線電流を入力する８次にステップＳ３２で上流側き電
線の電流変化分Δ工、を算出し、処理を次に移しステッ
プＳ３３で下流側き電線の電流変化分ΔＩ、を算出して
処理を次に移す。ステップＳ３４では、ステップ５３２
で算出した上流側き電線の電流変化分ΔＩ、と、ステッ
プ３３３で算出した下流側き電線の電流変化分Δ１□と
から電流変化分利ΔＩ４＋Δ■、を算出する０次にステ
ップＳ３５で、ステップＳ３４で算出した電流変化分利
ΔＩよ＋Δ工２と。

所定の値ＩＫＯと比較し、前者が後者より大きい場合は
、ステップＳ３６へ処理を移し、小さい場合はステップ
＄３１へ処理を戻す、ステップＳ３６では、ステップＳ
３２で算出した上流側き電線の電流変化分ΔＩ、と所定
の値Ｉにと比較し、前者が後者より大きい場合は処理を
ステップＳ３７に移し、小さい場合は処理をステップ５
３ｇへ移す、ステップ３３７は、上流側のリレー動作を
出力する。同様にしてステップＳ３８はステップＳ３３
にて算出した下流側き電線の電流変化分Δ工、と所定の
値ＩＫと比較して前者が後者より大きい場合はステップ
８３９にて上流側のリレー動作を出力し、小さい場合は
処理をステップ８３１へ戻す。またステップ８３９を処
理した後１キステツプ８３＋へ処理を戻して前記処理を
繰返す。

以上が処理概要についての説明であるが、次に直流電流
変化分を検出するためのアルゴリズムを下記の■、■式
とし、第３図のフローチャートを用いて更に詳細に説明
する。

ΔＩｎ　”　（Ｉｎ　−Ｊｎ−４）（１−Δｔ／ｌｄ）
　　　−Ｑ）Ｊｎ：Ｊｎ−ｘ＋ΔＩｎΔｔ／ｌｄ　　　
　　　−・・　　■但し、 ΔＴｎ＝サンプリング時点ａにおける電流変化分Ｉｎ：
サンプリング時点ａにおける電流の瞬時値 Ｊｎ：サンプリング時点ａにおける重みずけされた電流
の瞬時値 Ｊ１＋１４サンプリング時点ｎ−１における重みずけさ
れた電流の瞬時値 Δｔ：サンプリング周期 ｔｄ：時定数 上記したω、■式は十分公知の技術であるため、ここで
は詳細な説明を省略するが、Ｊｎは第　図（ａ）に示す
コンデンサＣの充電電圧の瞬時値を意味し、Δ工。は抵
抗Ｒの両端の電圧、即ち、電流変化分に相当するものを
意味する。

先ず、ステップＳ４１では負荷電流Ｉｎを読込み、処理
をステップＳ４２に移す、ステップＳ４２では変化分電
流ΔＩｎを算出し、ステップＳ４３では電流の瞬時値Ｊ
ｎを算出する２次いでステップＳ４４では変化分電流Δ
Ｉｎと整定値に、とを比較し、リレー動作判定を行なう
。この結果、ΔＩｎ＞ｋ、であればステップＳ４５へ処
理を移し、動作出力を導出する。また八Ｉｎ＜Ｌであれ
ばステップＳ４１へ処理を戻し前記各処理を繰り返す。

以上説明したように、本発明により、列車がカ行状態で
セクションを通過した時に下流側き電線に短絡事故が発
生しても正しく事故判定をすることができる。また本実
流側１士列車がセクションを通過中でない時でも電線の
短絡事故を正しく検出することができ、かつ列車がセク
ションを短絡事故なしに通過した場合も確実に誤動作を
防止することができる。

第５図は他の実施例の処理内容を示すフローチャートで
ある０本実施例では、上流側き電線の負荷電流１１と下
流側き電線の負荷電流■２の和をとり、その和電流の変
化分Δ（Ｉ、＋Ｌ）を算出し、監視することを特徴とす
るものである。したがって、ステップＳ３４とステップ
５５５のかわりにステップＳ５４とステップ８５５を挿
入し、ステップＳ５４で上流側き電線と下流側き電線の
それぞれの負荷電流の和に対する電流変化分ΔＤｔ＋工
ｚ）を算出する。次にステップ８５５にてステップ８５
４で算出した和電流の変化分Δ（ｒｔ　＋　Ｉ、　）と
所定の値工０にとを比較判定する。これによって本実施
例でもこれまでに説明した実施例と同一の効果を導くこ
とができる。

以上はディジタル形の直流電流変化分検出継電器につい
て説明したが、ディジタル形に限らず、アナログ形でも
本発明を適用できることは明らかである。

〔発明の効果〕

以上説明した如く、本発明によれば、上流側と下流側の
各き電線に流れる直流電流の変化分利を監視できるよう
に構成したので、列車がカ行状態でセクションを通過し
ている場合でも下流側の短絡事故を確実に検出すること
が可能となり、継電器の誤不動作を防止することができ
る。更に１列車の運転本数が多く、かつ、長編酸の列車
が運転される直流主型系統に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による直流電流変化分検出継電器の一実
施例の機能ブロック図、第２図は継電器の具体的構成側
図、第３図はディジタル演算部の処理を示すフローチャ
ート、第４図は直流電流の変化分を検出する具体的な処
理内容を示すフローチャート、第５図は他の実施例の処
理内容を示すフローチャート、第６図は従来技術を説明
する原理図、第７図は従来技術の応動を示す図である。 １・・・直流電流変化分検出継電器 ２．３・・・電流変化分検出手段 ４・・・判定手段 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　第子丸　健 第 図 ＜ａ） 第 図 第 図 （久〕 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）上流側と下流側の２つの直流き電系統から前記上
   流側の直流電流と、前記下流側の直流電流をそれぞれ入
   力し、前記直流電流のそれぞれの変化分を検出するため
   の電流変化分検出機能を備えたディジタル形の直流電流
   変化分検出継電器において、前記上流側の直流電流に対
   する変化分と、前記下流側の直流電流に対する変化分と
   の和を監視し、前記変化分の和が所定の値以上になった
   時動作出力することを特徴とする直流電流変化分検出継
   電器。
2. （２）それぞれの直流電流の和に対する変化分を検出し
   監視することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   直流電流変化分検出継電器。