JPH0688507B2 - 直流給電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 この発明は電気鉄道の給電装置に係り、特に交流電力を
直流電力に変換して電気車の駆動源として供給する直流
式電気鉄道の給電装置に関する。

B.発明の概要 この発明は直流式電気鉄道の給電装置において、力行時
の電流及び回生時の電流が同一の遮断器を流れるように
遮断器とダイオードブリツジ回路とを組み合わせるとと
もに該遮断器を通して回生電流を流すようにしたことに
より、 電車線側の事故や直流母線事故時に対するシステムの信
頼性を著しく向上させることができるとともに回生電流
も有効に活用できるようにしたものである。

C.従来の技術 従来、鉄道線路に沿って適当な間隔で設備された直流変
電所には１組ないし数組の変換装置が設けられて構成さ
れている。また、各変換装置の直流出力側は変換装置専
用の直流高速度遮断器に接続されるとともにその装置の
交流入力側は共通の母線導体に接続されている。すなわ
ち、順電力変換装置と直流高速度遮断器とを含めた給電
系は変電所間で並列に接続されて直流変電所の直流電源
を構成している。

一方、電車線路は一般に隣接変電所間および線路別に区
分され、その区分された電車線路は各回線専用の直流高
速度遮断器を介して各変電所で、それぞれの正極母線に
接続され、、レールは負極母線に接続される。

一般に前記区分された電車線路には隣接する変電所が並
列に電力を供給する給電回路として構成されている。

第４図は従来の給電装置の一例であり、１は交流電力を
直流電力に変換するサイリスタ制御素子からなる順電力
変換装置、２は直流電力を交流電力に変換するサイリス
タ制御素子からなる逆電力変換装置である。３は力行用
母線、4a,4bは力行用サイリスタ遮断器（以下力行用遮
断器と称す）、5a,5bは回生用ダイオードで、これらダ
イオード5a,5bのアノード側は力行用遮断器4a,4bのカソ
ードに接続されるとともにダイオード5a,5bのカソード
側は一括接続されて回生用サイリスタ遮断器６（以下回
生用遮断器と称す）のアノードに接続される。回生用遮
断器６のカソードは回生用母線７に接続される。回生用
母線７は逆電力変換装置２に接続される。

８は力行用母線３と回生用母線７間に図示極性のように
介挿されるストツパダイオード、9a,9bは直流断路器、1
0a,10bはデツドセクシヨン11で区分された第1,第２電車
線路である。

次に第４図に動作を述べる。まず、電気車の力行運転用
電力は変電所において図示しない商用周波電源母線より
交流遮断器（図示省略）を通して受電された３相交流電
圧を変圧器（図示省略）で適当な電圧に変換し、順電力
変換装置１により直流電力に変換して、区分された第1,
第２電車線路10a,10bにより電気車12に供給される。電
気車12は上記のように供給される直流電力で力行運転さ
れる。

次に電気車12が回生運転時にあるとき、回生電力は第２
電車線路10bから直流断路器9b,回生用ダイオード5b及び
回生用遮断器６を経て回生用母線７に供給される。この
母線７に供給された回生電力はストツパダイオード８を
通して力行電気車（図示省略）が運転されている第１電
車線路10aに回生されるか、逆電力変換装置２を介して
商用周波電源母線に回生される。

D.発明が解決しようとする問題点 （１） 第４図のように構成された従来装置において、
直流断路器9bを開放させる場合には、力行用遮断器4bを
開放してから行わなければならないが、第２電車線路10
bに回生ブレーキ中の電気車12があるときには回生用遮
断器６を開放させないと、直流断路器9bを開放すること
ができない問題点がある。

（２） 第４図の構成では第1,第２電車線路10a,10bへ
の直流電力を供給するには力行用遮断器4a,4bを各別に
介して給電しなければならず、力行用遮断器が２個必要
となる問題点がある。

（３） 力行用母線３と回生用母線７の事故の場合、順
電力変換装置１のサイリスタのゲートを絞ると同時に回
生用遮断器６を開放させる。このとき、第1,第２電車線
路10a,10bより流入され回生電流，延長給電電流の遮断
を回生用遮断器６に附与するとすれば、それの遮断器容
量は力行用遮断器4a,4bより大きくしなければならな
い。すなわち回生用遮断器６は力行用に比較して少なく
とも２倍（２直流電路分）の容量のものが必要となる。
特に、回生用遮断器６の遮断容量が小さいと、延長給電
電流を供給する隣接変電所も停止させる必要がある。こ
のため、饋電停止を必要とされない区間の電車線路も全
停電となつてしまう問題がある。

（４） 上記の他の力行用遮断器4a,4bと回生用遮断器
６は性質，目的が違うので、制御手段（保護シーケン
ス）が著しく複雑となる問題がある。

E.問題点を解決するための手段 この発明は、共通接続されたカソード側が力行用母線に
接続されるダイオードブリツジ回路と、 前記ダイオードブリツジ回路の共通接続されたアノード
側と前記力行用母線に接続されたカソード側間に接続さ
れる遮断器と、 前記ダイオードブリツジ回路の各辺を構成するダイオー
ドのカソードとアノードとが共通接続された接続点に各
別接続されるデツドセクシヨンで区分された第1,第２電
車線路とを備えるとともに、 共通接続されたカソード側が力行用母線に接続されると
ともに共通接続されたアノード側が回生用母線に接続さ
れるダイオードブリツジ回路と、 前記ダイオードブリツジ回路の共通接続されたアノード
側と前記力行用母線に接続されたカソード側間に接続さ
れる遮断器と、 前記ダイオードブリツジ回路の各辺を構成するダイオー
ドのカソードとアノードとが共通接続された接続点に各
別接続されるデツドセクシヨンで区分された第1,第２電
車線路とを備えたことを特徴としている。

F.作用 上記のように構成すると第1,第２電車線路へ直流電力を
供給する回路には遮断器が１組だけであり、しかも、１
組の遮断器で力行電流，回生電流等の遮断ができるとと
もに力行用母線や回生用母線等の事故時にも前記遮断器
を遮断することによりその対処が確実にできる。また、
１組の遮断器で力行，回生電流の制御ができるために、
装置が極めて安価に製作でき、経済的に有利となる。

G.実施例 第１図はこの発明の第１の実施例を示す回路図で、第４
図と同一部分は同一符号を付して説明する。

第１図において、21は図示極性のように配設された４個
のダイオード22a,22b,22c,22dから構成されるダイオー
ドブリツジ回路である。このダイオードブリツジ回路21
におけるダイオード22a,22cのカソード側は力行用母線
３に接続される。23はサイリスタ遮断器（直流高速度遮
断器でもよい）で、このサイリスタ遮断器23のアノード
は力行用母線３、すなわちダイオード22a,22cのカソー
ドを共通接続した点24に接続され、また、サイリスタ遮
断器23のカソードはダイオード22b,22dのアノードを共
通接続した点25に接続される。

前記ダイオードブリツジ回路21のダイオード22aと22bの
共通接続点26は直流断路器9aを介して第１電車線路10a
に接続され、また前記ブリツジ回路21のダイオード22c
と22dの共通接続点27は直流断路器9bを介して第２電車
線路10bに接続される。

次に上記実施例の動作を述べる。

サイリスタ遮断器23は通常閉成状態にしておくと、順電
力変換装置１の力行電流はサイリスタ遮断器23→ダイオ
ード22b→直流断路器9aを介して第１電車線路10aに供給
されるとともに、サイリスタ遮断器23→ダイオード22d
→直流断路器9bを介して第２電車線路10bに供給され
る。

また、第１電車線路10aに発生した回生電流は直流断路
器9a→ダイオード22a→サイリスタ遮断器23→ダイオー
ド22d→直流断路器9bを介して第２電車線路10bに供給さ
れる。なお、電気車12により第２電車線路10bに発生し
た回生電流は直流断路器9b→ダイオード22c→サイリス
タ遮断器23→ダイオード22b→直流断路器9aを介して第
１電車線路10aに供給される。

上記のように第1,第２電車線路10a,10bに力行電流を供
給するとき、１組のサイリスタ遮断器23とダイオードブ
リツジ回路21のダイオード22b,22dだけで制御できるた
めに、サイリスタ遮断器23を１組省略できる利点があ
る。これにより全体の給電装置を安価に製作できる。ま
た、第1,第２電車線路10a,10bに発生した回生電流を制
御するときも、サイリスタ遮断器23とダイオードブリツ
ジ回路21だけで制御できるために、上記と同様の利点が
ある。

さらに、力行電流及び回生電流ともサイリスタ遮断器23
を通ることになるからサイリスタ遮断器23を開放させれ
ば力行，回生の両電流の遮断が１つのサイリスタ遮断器
23で行うことができる。このように力行，回生の両電流
を遮断できる機能を有するサイリスタ遮断器を用いるこ
とにより、例えば第１図の電車線路10aのＦ点で地絡事
故が発生したとき、サイリスタ遮断器23を開放させれ
ば、力行電流は遮断される。その後、直流断路器9aを開
放させ、サイリスタ遮断器23を閉成すれば、第２電車線
路10b下を走行する力行電気車12の運転に支障は無い。

上記実施例において、力行用母線３の事故の場合にはサ
イリスタ遮断器23を遮断させれば、他の変電所まで停電
を波及させることは防止できる。また、サイリスタ遮断
器23は電車線路が２線路に対して１個で良いから、遮断
器制御装置やその取扱いも簡単となる利点がある。

次に本発明の第２の実施例を第２図とともに説明する。
第２図は本発明を複数の場合、すなわちデツドセクショ
ンで区分され第1,第２電車線路を複数備えた給電装置に
適用した実施例であり、第１図と同一部分は同一符号を
付して説明する。第２図において、21aは前記ダイオー
ドブリツジ回路21と同様に４個のダイオード22a,22b,22
c,22dで構成されたダイオードブリツジ回路である。ダ
イオード22a,22cのカソードどうしを結ぶ力行用母線3a
にはサイリスタ遮断器（直流高速度遮断器でもよい）23
aのアノードが接続され、該サイリスタ遮断器23aのカソ
ードはダイオード22b,22dのアノードどうしを結ぶ共通
接続点25に接続されている。ダイオード22aのアノード
とダイオード22bのカソードとの共通接続点26は直流断
路器9aを介して電車線路10aに接続されている。ダイオ
ード22cのアノードとダイオード22dのカソードとの共通
接続点27は直流断路器9bを介して電車線路10bに接続さ
れている。ダイオードブリツジ回路21aには、前記ダイ
オードブリツジ回路21と同様に４個のダイオード22e,22
f,22g,22hで構成されたダイオードブリツジ回路21bが並
設されている。ダイオード22e,22gのカソードどうしを
結ぶ力行用母線3bと前記ダイオードブリツジ回路21aの
力行用母線3aはともに順電力変換装置１の直流出力側に
接続されている。ダイオード22e,22gのカソードを共通
接続した点28にはサイリスタ遮断器（直流高速度遮断器
でもよい）23bのアノードが接続され、該サイリスタ遮
断器23bのカソードはダイオード22f,22bのアノードどう
しを結ぶ共通接続点29に接続されている。ダイオード22
eのアノードとダイオード22fのカソードとの共通接続点
30は直流断路器9cを介して電車線路10cに接続されてい
る。ダイオード22gのアノードとダイオード22hのカソー
ドとの共通接続点31は直流断路器9dを介して電車線路10
dに接続されている。前記電車線路10cと10dはデツドセ
クシヨン11bにより区分されている。

次に第２図回路の動作を述べる。

サイリスタ遮断器23a,23bは通常閉成状態にしておく
と、順電力変換装置１の力行電流はサイリスタ遮断器23
a→ダイオード22b→直流断路器9aを介して電車線路10a
に供給されるとともに、サイリスタ遮断器23a→ダイオ
ード22d→直流断路器9bを介して電車線路10bに供給さ
れ、且つサイリスタ遮断器23b→ダイオード22f→直流断
路器9cを介して電車線路10cに供給され、さらにサイリ
スタ遮断器23b→ダイオード22h→直流断路器9dを介して
電車線路10dに供給される。

また、１電車線路に発生した回生電流は他の３つの電車
線路に各々供給される。すなわち、例えば電車線10aに
発生した回生電流は直流断路器9a→ダイオード22a→サ
イリスタ遮断器23→ダイオード22d→直流断路器9bを介
して電車線路10bに供給されるとともに、直流断路器9a
→ダイオード22a→サイリスタ遮断器23b→ダイオード22
f→直流断路器9cを介して電車線路10cに供給され、且つ
直流断路器9a→ダイオード22a→サイリスタ遮断器23b→
ダイオード22h→直流断路器9dを介して電車線路10dに供
給される。

上記のように電車線路10a,10b,10c,10dに力行電流を供
給するとき、２組のサイリスタ遮断器23a,23bとダイオ
ード22b,22d,22f,22hだけで制御できるために、サイリ
スタ遮断器を２組省略できる利点がある。これにより全
体の給電装置を安価に製作できる。また、電車線路10a,
10b,10c,10dに発生した回生電流を制御するときも、サ
イリスタ遮断器23a,23bとダイオード22a〜22hだけで制
御できるために、上記と同様の利点がある。

さらに、力行電流及び回生電流ともサイリスタ遮断器23
a,23bを通ることになるからサイリスタ遮断器23a,23bを
開放させれば４電車線路分の力行，回生の両電流の遮断
が２つのサイリスタ遮断器で行うことができる。このよ
うに力行，回生の両電流を遮断できる機能を有するサイ
リスタ遮断器を用いることにより、例えば第２図の電車
線路10aのＦ点で地絡事故が発生したとき、サイリスタ
遮断器23aを開放させれば、力行電流は遮断される。そ
の後、直流断路器9aを開放させ、サイリスタ遮断器23a
を閉成すれば、他の電車線路10b,10c,10d下を走行する
電気車の運転に支障は無い。

上記実施例において、力行用母線3a,3bの事故の場合に
はサイリスタ遮断器23a,23bを遮断させれば、他の変電
所まで停電を波及させることは防止できる。また、サイ
リスタ遮断器は電車線路が４線路に対して２個で良いか
ら、遮断器制御装置やその取扱いも簡単となる利点があ
る。

次に本発明の第３の実施例を第３図とともに説明する。
第３図は本発明を順電力変換装置と逆電力変換装置を備
えた給電装置に適用した実施例であり、第１図と同一部
分は同一符号を付して説明する。第３図において第１図
と異なる点は、サイリスタ遮断器23のカソード側、すな
わちダイオードブリツジ回路21のダイオード22b,22dの
アノードを共通接続した点25が回生用母線７を介して逆
電力変換装置２に接続されていることである。他の部分
は第１図と同一に構成されているのでその説明は省略す
る。

次に第３図のように構成された装置の動作を述べる。

サイリスタ遮断器23は通常閉成状態にしておくと、順電
力変換装置１の力行電流はサイリスタ遮断器23→ダイオ
ード22b→直流断路器9aを介して第１電車線路10aに供給
されるとともにサイリスタ遮断器23→ダイオード22d→
直流断路器9bを介して第２電車線路10bに供給される。

また、第１電車線路10aに発生した回生電流は直流断路
器9a→ダイオード22a→サイリスタ遮断器23→ダイオー
ド22d→直流断路器9bを介して第２電車線路10bに供給さ
れるか、あるいは直流断路器9a→ダイオード22a→サイ
リスタ遮断器23を介して回生用母線７に供給される。な
お、電気車12により第２電車線路10bに発生した回生電
流は直流断路器9b→ダイオード22c→サイリスタ遮断器2
3→ダイオード22b→直流断路器9aを介して第１電車路10
aに供給されるか、あるいは直流断路器9b→ダイオード2
2c→サイリスタ遮断器23を介して回生用母線７に供給さ
れる。

上記のように第1,第２電車線路10a,10bに力行電流を供
給するとき、１組のサイリスタ遮断器23とダイオードブ
リツジ回路21のダイオード22b,22dだけで制御できるた
めに、サイリスタ遮断器23を１組省略できる利点があ
る。これにより全体の給電装置を安価に製作できる。ま
た、第1,第２電車線路10a,10bに発生した回生電流を制
御するときも、サイリスタ遮断器23とダイオードブリツ
ジ回路21だけで制御できるために、上記と同様の利点が
ある。

さらに、力行電流及び回生電流ともサイリスタ遮断器23
を通ることになるからサイリスタ遮断器23を開放させれ
ば力行，回生の両電流の遮断が１つのサイリスタ遮断器
23で行うことができる。このように力行，回生の両電流
を遮断できる機能を有するサイリスタ遮断器を用いるこ
とにより、例えば第３図の電車線路10aのＦ点で地絡事
故が発生したとき、サイリスタ遮断器23を開放させれ
ば、力行電流は遮断される。その後、直流断路器9aを開
放させ、サイリスタ遮断器23を閉成すれば第２電車線路
10bに回生電気車12が運転されていても回生電流は前述
のように回生用母線７に供給される。

上記実施例において、力行用及び回生用母線3,7の事故
の場合にはサイリスタ遮断器23を遮断させれば、他の変
電所まで停電を波及させることは防止できる。また、サ
イリスタ遮断器23は電車線路が２線路に対して１組で良
いから、遮断器制御装置やその取扱いも簡単となる利点
がある。

H.発明の効果 以上述べたように、この発明によれば、力行時の電流及
び回生時の電流が同一の遮断器を流れるように、その遮
断器とダイオードブリツジ回路とを組み合わせるととも
に２本の電車線路に対して１組の遮断器を介して力行及
び回生電流を流すようにしたので、高価な遮断器を１組
省略できるようになるとともに遮断器保護シーケンスの
取扱いも簡単となる等の利点がある。また、電車線側の
事故や直流母線（力行，回生用）事故等にも遮断器を開
放させれば事故の波及を防止することができるようにな
るため、システムの信頼性が著しく向上する利点があ
る。さらに、電車線路の一方で地絡事故が発生したとし
てもその線路に供給している直流断路器を遮断器の開放
後に開路し、その後遮断器を投入すれば他方の線路に回
生電気車があつたとしても回生電流の回生が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す回路図、第２図は
本発明の第２の実施例を示す回路図、第３図は本発明の
第３の実施例を示す回路図、第４図は従来例の回路図で
ある。 １……順電力変換装置、２……逆電力変換装置、3,3a,3
b……力行用母線、７……回生用母線、9a,9b,9c,9d……
直流断路器、10a,10b,10c,10d……電車線路、11,11a,11
b……デツドセクシヨン、21,21a,21b……ダイオードブ
リツジ回路、23,23a,23b……サイリスタ遮断器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電力を直流電力に変換する順電力変換
   器を備えた直流給電装置において、 共通接続されたカソード側が力行用母線に接続されるダ
   イオードブリツジ回路と、 前記ダイオードブリツジ回路の共通接続されたアノード
   側と前記力行用母線に接続されたカソード側間に接続さ
   れる遮断器と、 前記ダイオードブリツジ回路の各辺を構成するダイオー
   ドのカソードとアノードとが共通接続された接続点に各
   別接続されるデツドセクシヨンで区分された第1,第２電
   車線路とを備えたことを特徴とする直流給電装置。
2. 【請求項２】交流電力を直流電力に変換する順電力変換
   器と、直流電力を交流電力にあるいは交流電力を直流電
   力に変換する逆電力／順電力変換器とを備えた直流給電
   装置において、 共通接続されたカソード側が力行用母線に接続されると
   ともに、共通接続されたアノード側が回生用母線に接続
   されるダイオードブリツジ回路と、 前記ダイオードブリツジ回路の共通接続されたアノード
   側と前記力行用母線に接続されたカソード側間に接続さ
   れる遮断器と、 前記ダイオードブリツジ回路の各辺を構成するダイオー
   ドのカソードとアノードとが共通接続された接続点に各
   別接続されるデツドセクシヨンで区分された第1,第２電
   車線路とを備えたことを特徴とする直流給電装置。