JPH07117531A - 交流電気鉄道の切替セクションにおける異電源の投入方法 - Google Patents
交流電気鉄道の切替セクションにおける異電源の投入方法Info
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- JPH07117531A JPH07117531A JP28598293A JP28598293A JPH07117531A JP H07117531 A JPH07117531 A JP H07117531A JP 28598293 A JP28598293 A JP 28598293A JP 28598293 A JP28598293 A JP 28598293A JP H07117531 A JPH07117531 A JP H07117531A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 交流電気鉄道の電気車が異電源の突き合わせ
箇所となる切替セクションを走行する際に、電気車の主
変圧器の無負荷励磁突入電流が最も小さくなるような異
電源の投入方法を提供することにある。 【構成】 投入側電源電圧の実効値と切替セクション電
圧の実効値と投入側電源電圧と切替セクション電圧の位
相差とから電気車の主変圧器に発生する無負荷励磁突入
電流が最小となる最適投入位相を求め、投入側電源電圧
の波形を監視しながら最適投入位相となった時点で電源
を投入する方法である。
箇所となる切替セクションを走行する際に、電気車の主
変圧器の無負荷励磁突入電流が最も小さくなるような異
電源の投入方法を提供することにある。 【構成】 投入側電源電圧の実効値と切替セクション電
圧の実効値と投入側電源電圧と切替セクション電圧の位
相差とから電気車の主変圧器に発生する無負荷励磁突入
電流が最小となる最適投入位相を求め、投入側電源電圧
の波形を監視しながら最適投入位相となった時点で電源
を投入する方法である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は交流電気鉄道の電気車が
異電源の突き合わせ箇所となる切替セクションを走行す
る際に異電源を投入する方法に関するものである。
異電源の突き合わせ箇所となる切替セクションを走行す
る際に異電源を投入する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図６は従来の交流電気鉄道の切替セクシ
ョンにおける異電源の投入方法の説明図であり、１はき
電用遮断器、２は単巻変圧器ＡＴ、３はトロリ線、４は
レール、５はき電線、６は開放側切替開閉器、７は投入
側切替開閉器、８は切替セクション、９は電気車であ
る。き電用遮断器１により電圧位相が９０°異なったＭ
座とＴ座の２組の単相交流をそれぞれ方面別にき電し、
これらの電力は単巻変圧器ＡＴ２により降圧されて、ト
ロリ線３とレール４により電気車９に電力を供給する。
電気車９に対する電源の切替は先ず開放側切替開閉器６
は投入の状態であり、投入側切替開閉器７は開放の状態
である。電気車９が異電源切替セクション８に進入する
と、開放側切替開閉器６を投入から開放とし、３００ｍ
ｓ後に投入側切替開閉器７を開放から投入とすることに
より行っている。
ョンにおける異電源の投入方法の説明図であり、１はき
電用遮断器、２は単巻変圧器ＡＴ、３はトロリ線、４は
レール、５はき電線、６は開放側切替開閉器、７は投入
側切替開閉器、８は切替セクション、９は電気車であ
る。き電用遮断器１により電圧位相が９０°異なったＭ
座とＴ座の２組の単相交流をそれぞれ方面別にき電し、
これらの電力は単巻変圧器ＡＴ２により降圧されて、ト
ロリ線３とレール４により電気車９に電力を供給する。
電気車９に対する電源の切替は先ず開放側切替開閉器６
は投入の状態であり、投入側切替開閉器７は開放の状態
である。電気車９が異電源切替セクション８に進入する
と、開放側切替開閉器６を投入から開放とし、３００ｍ
ｓ後に投入側切替開閉器７を開放から投入とすることに
より行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の切替セクション
における異電源の投入方法では、電気車が切替セクショ
ンに進入し、投入側切替開閉器を投入する時期は開放側
切替開閉器を開放してからの時間のみの管理により行っ
ている。この方法では投入側切替開閉器を投入するとき
の電源電圧の位相および切替セクションに在線する電気
車の主変圧器三次巻線に接続されている変圧器冷却ファ
ン等の回転機補機からの逆加圧の電圧位相の関係によっ
ては電気車の主変圧器の鉄心内部に過渡的な直流分磁束
が発生して鉄心が飽和することがあり、図７のように過
大な無負荷励磁突入電流がき電回路に流れるという問題
点があった。この場合、電力系統の過渡的な電圧変動や
き電回路保護継電器の不要動作等の発生の恐れがあり、
異電源の切替セクションにおいて電気車の主変圧器の無
負荷励磁突入電流が最も小さくなるような異電源の投入
方法が望まれる。本発明は前記のような問題点を解決す
るためになされたもので、交流電気鉄道の電気車が異電
源の突き合わせ箇所となる切替セクションを走行する際
に、電気車の主変圧器の無負荷励磁突入電流が最も小さ
くなるような異電源の投入方法を提供することにある。
における異電源の投入方法では、電気車が切替セクショ
ンに進入し、投入側切替開閉器を投入する時期は開放側
切替開閉器を開放してからの時間のみの管理により行っ
ている。この方法では投入側切替開閉器を投入するとき
の電源電圧の位相および切替セクションに在線する電気
車の主変圧器三次巻線に接続されている変圧器冷却ファ
ン等の回転機補機からの逆加圧の電圧位相の関係によっ
ては電気車の主変圧器の鉄心内部に過渡的な直流分磁束
が発生して鉄心が飽和することがあり、図７のように過
大な無負荷励磁突入電流がき電回路に流れるという問題
点があった。この場合、電力系統の過渡的な電圧変動や
き電回路保護継電器の不要動作等の発生の恐れがあり、
異電源の切替セクションにおいて電気車の主変圧器の無
負荷励磁突入電流が最も小さくなるような異電源の投入
方法が望まれる。本発明は前記のような問題点を解決す
るためになされたもので、交流電気鉄道の電気車が異電
源の突き合わせ箇所となる切替セクションを走行する際
に、電気車の主変圧器の無負荷励磁突入電流が最も小さ
くなるような異電源の投入方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】一般に無加圧の無負荷変
圧器は電圧位相９０°で投入すれば、過大な無負荷励磁
突入電流は流れないことが知られている。これに対し
て、本発明では電気車が切替セクションに進入して開放
側切替開閉器が開放となって切替セクションが無加圧と
なった際に、電気車の主変圧器三次巻線に接続されてい
る変圧器冷却ファン等の回転機補機の逆加圧がある場合
に逆加圧による電圧波形と投入側電源電圧の波形を監視
して、電気車の主変圧器の磁束に直流分が重畳しないよ
うな電圧位相を予測して投入すれば過大な無負荷励磁突
入電流の発生を防止することができる。本発明は投入側
電源電圧の実効値と切替セクション電圧の実効値と投入
側電源電圧と切替セクション電圧の位相差とから電気車
の主変圧器に発生する無負荷励磁突入電流が最小となる
最適投入位相を求め、投入側電源電圧の波形を監視しな
がら最適投入位相となった時点で電源を投入する方法で
ある。
圧器は電圧位相９０°で投入すれば、過大な無負荷励磁
突入電流は流れないことが知られている。これに対し
て、本発明では電気車が切替セクションに進入して開放
側切替開閉器が開放となって切替セクションが無加圧と
なった際に、電気車の主変圧器三次巻線に接続されてい
る変圧器冷却ファン等の回転機補機の逆加圧がある場合
に逆加圧による電圧波形と投入側電源電圧の波形を監視
して、電気車の主変圧器の磁束に直流分が重畳しないよ
うな電圧位相を予測して投入すれば過大な無負荷励磁突
入電流の発生を防止することができる。本発明は投入側
電源電圧の実効値と切替セクション電圧の実効値と投入
側電源電圧と切替セクション電圧の位相差とから電気車
の主変圧器に発生する無負荷励磁突入電流が最小となる
最適投入位相を求め、投入側電源電圧の波形を監視しな
がら最適投入位相となった時点で電源を投入する方法で
ある。
【０００５】
【作用】異電源の突き合わせ箇所となる切替セクション
において、電気車の主変圧器の過大な無負荷励磁突入電
流の発生を防止でき、安定した電力供給とき電回路保護
継電器の不要動作防止に貢献できる。
において、電気車の主変圧器の過大な無負荷励磁突入電
流の発生を防止でき、安定した電力供給とき電回路保護
継電器の不要動作防止に貢献できる。
【０００６】
【実施例】図１は本発明における１実施例の説明図であ
り、図２は電気車の主変圧器の回路図であり、図３は回
転機補機からの逆加圧により切替セクションに発生する
残留電圧の波形図である。ここで、３はトロリ線、４は
レール、６は開放側切替開閉器、７は投入側切替開閉
器、８は切替セクション、９は電気車、１０は主変圧
器、１１は切替セクション電圧検出のための計器用変圧
器、１２は投入側電源電圧検出のための計器用変圧器、
１３は主変圧器三次巻線、１４は回転機補機である。図
１に示したように切替セクション８に切替セクション電
圧検出のための計器用変圧器１１を接続し、切替セクシ
ョン電圧の波形を監視し、同時に投入側電源電圧の波形
を投入側電源電圧検出のための計器用変圧器１２により
監視する。投入側電源電圧の瞬時値ｖは投入側電源電圧
の実効値をＶ、投入側電源電圧の角周波数をω、時間を
ｔ、投入側電源電圧の投入位相角をαとすると数１で表
される。
り、図２は電気車の主変圧器の回路図であり、図３は回
転機補機からの逆加圧により切替セクションに発生する
残留電圧の波形図である。ここで、３はトロリ線、４は
レール、６は開放側切替開閉器、７は投入側切替開閉
器、８は切替セクション、９は電気車、１０は主変圧
器、１１は切替セクション電圧検出のための計器用変圧
器、１２は投入側電源電圧検出のための計器用変圧器、
１３は主変圧器三次巻線、１４は回転機補機である。図
１に示したように切替セクション８に切替セクション電
圧検出のための計器用変圧器１１を接続し、切替セクシ
ョン電圧の波形を監視し、同時に投入側電源電圧の波形
を投入側電源電圧検出のための計器用変圧器１２により
監視する。投入側電源電圧の瞬時値ｖは投入側電源電圧
の実効値をＶ、投入側電源電圧の角周波数をω、時間を
ｔ、投入側電源電圧の投入位相角をαとすると数１で表
される。
【０００７】
【数１】
【０００８】電気車９が切替セクション８に進入する
と、開放側切替開閉器６が開放となり切替セクション８
は電源から切り離されて無加圧状態となるが、このとき
図２に示した電気車９の主変圧器三次巻線１３に接続さ
れている回転機補機１４の誘導起電力により三次側から
逆加圧されるため切替セクション電圧は０にならず、図
３のような残留電圧が発生する。このとき、切替セクシ
ョン電圧の瞬時値ｖn は切替セクション電圧の実効値を
Ｖn 、切替セクション電圧の角周波数をωn 、時間を
ｔ、投入側電源電圧の投入位相角をα、投入側電源電圧
に対する切替セクション電圧の遅れの位相角をβとする
と数２で表される。
と、開放側切替開閉器６が開放となり切替セクション８
は電源から切り離されて無加圧状態となるが、このとき
図２に示した電気車９の主変圧器三次巻線１３に接続さ
れている回転機補機１４の誘導起電力により三次側から
逆加圧されるため切替セクション電圧は０にならず、図
３のような残留電圧が発生する。このとき、切替セクシ
ョン電圧の瞬時値ｖn は切替セクション電圧の実効値を
Ｖn 、切替セクション電圧の角周波数をωn 、時間を
ｔ、投入側電源電圧の投入位相角をα、投入側電源電圧
に対する切替セクション電圧の遅れの位相角をβとする
と数２で表される。
【０００９】
【数２】
【００１０】また、切替セクションに進入した電気車の
主変圧器の磁束の瞬時値φn は切替セクション電圧の瞬
時値に対して９０°の遅れ位相となり、切替セクション
電圧による電気車の主変圧器の磁束の実効値をφnm、切
替セクション電圧の角周波数をωn 、時間をｔ、投入側
電源電圧の投入位相角をα、投入側電源電圧に対する切
替セクション電圧の遅れの位相角をβとすると数３で表
される。
主変圧器の磁束の瞬時値φn は切替セクション電圧の瞬
時値に対して９０°の遅れ位相となり、切替セクション
電圧による電気車の主変圧器の磁束の実効値をφnm、切
替セクション電圧の角周波数をωn 、時間をｔ、投入側
電源電圧の投入位相角をα、投入側電源電圧に対する切
替セクション電圧の遅れの位相角をβとすると数３で表
される。
【００１１】
【数３】
【００１２】切替セクション８の電源切替は電気車９が
切替セクション８に進入し、開放側切替開閉器６が開放
となってから３００ｍｓ後に投入側切替開閉器７が投入
となる連動により行っている。投入側切替開閉器７の電
源投入時点をｔ＝０とすると、電源投入直前の切替セク
ション電圧による電気車の主変圧器の磁束の瞬時値は数
３においてｔ＝０を代入して数４となる。
切替セクション８に進入し、開放側切替開閉器６が開放
となってから３００ｍｓ後に投入側切替開閉器７が投入
となる連動により行っている。投入側切替開閉器７の電
源投入時点をｔ＝０とすると、電源投入直前の切替セク
ション電圧による電気車の主変圧器の磁束の瞬時値は数
３においてｔ＝０を代入して数４となる。
【００１３】
【数４】
【００１４】投入側切替開閉器７が投入されると電気車
９の主変圧器１０は投入側電源電圧により加圧される。
このとき、電気車９の主変圧器１０の磁束の瞬時値は数
１を積分した形となり数５で表される。ここで、φは主
変圧器の磁束の瞬時値、φmは主変圧器の磁束の実効
値、ωは投入側電源電圧の角周波数、ｔは時間、αは投
入側電源電圧の投入位相角、Ｃは積分定数である。
９の主変圧器１０は投入側電源電圧により加圧される。
このとき、電気車９の主変圧器１０の磁束の瞬時値は数
１を積分した形となり数５で表される。ここで、φは主
変圧器の磁束の瞬時値、φmは主変圧器の磁束の実効
値、ωは投入側電源電圧の角周波数、ｔは時間、αは投
入側電源電圧の投入位相角、Ｃは積分定数である。
【００１５】
【数５】
【００１６】投入側切替開閉器７の電源投入時点をｔ＝
０とすると、主変圧器１０の磁束の瞬時値は電源投入直
前と電源投入直後で等しくなるから、数４の左辺を数５
の右辺に代入し、数５においてｔ＝０を代入して積分定
数を求める。電源投入後の主変圧器１０の磁束の瞬時値
は求めた積分定数を数５に代入して数６となる。
０とすると、主変圧器１０の磁束の瞬時値は電源投入直
前と電源投入直後で等しくなるから、数４の左辺を数５
の右辺に代入し、数５においてｔ＝０を代入して積分定
数を求める。電源投入後の主変圧器１０の磁束の瞬時値
は求めた積分定数を数５に代入して数６となる。
【００１７】
【数６】
【００１８】積分定数にあたる数６の第２項と第３項の
和は時間に無関係であるから主変圧器１０の磁束の直流
分を表し、この直流分の磁束が大きいと図４のように主
変圧器１０の鉄心の磁束は飽和し、励磁インピーダンス
が激減して過大な無負荷励磁突入電流が流れる。したが
って数６において直流分の磁束が０となるような位相で
切替開閉器７を投入すれば図５に示すように主変圧器１
０の鉄心は飽和せず、過大な無負荷励磁突入電流も発生
しない。積分定数にあたる数６の第２項と第３項の和が
０になるような投入電源電圧の位相角を求めると数７と
なる。すなわちαは主変圧器１０の無負荷励磁突入電流
を起こさない最適投入位相である。
和は時間に無関係であるから主変圧器１０の磁束の直流
分を表し、この直流分の磁束が大きいと図４のように主
変圧器１０の鉄心の磁束は飽和し、励磁インピーダンス
が激減して過大な無負荷励磁突入電流が流れる。したが
って数６において直流分の磁束が０となるような位相で
切替開閉器７を投入すれば図５に示すように主変圧器１
０の鉄心は飽和せず、過大な無負荷励磁突入電流も発生
しない。積分定数にあたる数６の第２項と第３項の和が
０になるような投入電源電圧の位相角を求めると数７と
なる。すなわちαは主変圧器１０の無負荷励磁突入電流
を起こさない最適投入位相である。
【００１９】
【数７】
【００２０】変圧器の端子電圧と磁束は比例関係にある
から数７において磁束を電圧に置き換えることができる
ので最適投入位相は数８となる。
から数７において磁束を電圧に置き換えることができる
ので最適投入位相は数８となる。
【００２１】
【数８】
【００２２】以上のことから切替セクション電圧の瞬時
値と投入側電源電圧の瞬時値を監視し、投入側切替開閉
器７の電源投入時点の投入側電源電圧の実効値と切替セ
クション電圧の実効値と投入側電源電圧に対する切替セ
クション電圧の遅れ位相角から数８により電源電圧の最
適投入位相を求めて、投入側切替開閉器７を電源電圧の
位相が最適投入位相となった時点で異電源を投入すれば
電気車９の主変圧器１０の過大な無負荷励磁突入電流の
発生は防止できる。
値と投入側電源電圧の瞬時値を監視し、投入側切替開閉
器７の電源投入時点の投入側電源電圧の実効値と切替セ
クション電圧の実効値と投入側電源電圧に対する切替セ
クション電圧の遅れ位相角から数８により電源電圧の最
適投入位相を求めて、投入側切替開閉器７を電源電圧の
位相が最適投入位相となった時点で異電源を投入すれば
電気車９の主変圧器１０の過大な無負荷励磁突入電流の
発生は防止できる。
【００２３】ここで使われている開閉器は半導体による
開閉器と機械による開閉器が考えられる。半導体による
開閉器を用いた場合には電源投入指令と実際の電源投入
の遅れ時間がないので、投入直前まで切替セクション電
圧の瞬時値と投入側電源電圧の瞬時値を監視して、最適
投入位相となった時点で異電源を投入すればよい。機械
による開閉器を用いた場合には電源投入指令と実際の電
源投入にわずかな機械的遅れ時間があるので、開放側切
替開閉器６が開放となってからある一定時間まで切替セ
クション電圧の瞬時値と投入側電源電圧の瞬時値を監視
して、その値から投入側切替開閉器７の実際の電源投入
時点の投入側電源電圧の実効値と切替セクション電圧の
実効値と投入側電源電圧に対する切替セクション電圧の
遅れ位相角を予測して数８により電源電圧の最適投入位
相を求めて、電源投入の遅れ時間を考慮した時点で異電
源を投入すればよい。一方、電気車９が力行状態で切替
セクション８に進入する場合には、逆加圧による残留電
圧が力行電力に吸収されて減衰し、実際の電源投入時に
逆加圧電圧が発生しない場合がある。この場合は電気車
の主変圧器の無負荷励磁突入電流が発生しない投入側電
源電圧位相として、既に一般の変圧器理論で知られてい
る投入側電源電圧位相９０°（電圧最大）の時点で異電
源を投入すればよい。
開閉器と機械による開閉器が考えられる。半導体による
開閉器を用いた場合には電源投入指令と実際の電源投入
の遅れ時間がないので、投入直前まで切替セクション電
圧の瞬時値と投入側電源電圧の瞬時値を監視して、最適
投入位相となった時点で異電源を投入すればよい。機械
による開閉器を用いた場合には電源投入指令と実際の電
源投入にわずかな機械的遅れ時間があるので、開放側切
替開閉器６が開放となってからある一定時間まで切替セ
クション電圧の瞬時値と投入側電源電圧の瞬時値を監視
して、その値から投入側切替開閉器７の実際の電源投入
時点の投入側電源電圧の実効値と切替セクション電圧の
実効値と投入側電源電圧に対する切替セクション電圧の
遅れ位相角を予測して数８により電源電圧の最適投入位
相を求めて、電源投入の遅れ時間を考慮した時点で異電
源を投入すればよい。一方、電気車９が力行状態で切替
セクション８に進入する場合には、逆加圧による残留電
圧が力行電力に吸収されて減衰し、実際の電源投入時に
逆加圧電圧が発生しない場合がある。この場合は電気車
の主変圧器の無負荷励磁突入電流が発生しない投入側電
源電圧位相として、既に一般の変圧器理論で知られてい
る投入側電源電圧位相９０°（電圧最大）の時点で異電
源を投入すればよい。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、交
流電気鉄道の電気車が異電源の突き合わせ箇所となる切
替セクションを走行する際に、電気車の主変圧器の無負
荷励磁突入電流が発生しない最適投入位相で電源電圧を
投入することにより車両用主変圧器の値の大きな無負荷
励磁突入電流の発生を防止できる。また、電圧変動およ
び保護継電器の不要動作の恐れがなくなり、交流電気鉄
道の安定した電力供給ができるようになる。
流電気鉄道の電気車が異電源の突き合わせ箇所となる切
替セクションを走行する際に、電気車の主変圧器の無負
荷励磁突入電流が発生しない最適投入位相で電源電圧を
投入することにより車両用主変圧器の値の大きな無負荷
励磁突入電流の発生を防止できる。また、電圧変動およ
び保護継電器の不要動作の恐れがなくなり、交流電気鉄
道の安定した電力供給ができるようになる。
【図１】本発明における１実施例の説明図である。
【図２】電気車の主変圧器の回路図である。
【図３】回転機補機からの逆加圧により切替セクション
に発生する残留電圧の波形図である。
に発生する残留電圧の波形図である。
【図４】電気車の主変圧器の磁束に直流分が生じた場合
の投入側電源電圧の実効値，切替セクション電圧の実効
値，主変圧器の磁束の瞬時値，切替セクション電圧の磁
束の瞬時値，励磁突入電流の波形図である。
の投入側電源電圧の実効値，切替セクション電圧の実効
値，主変圧器の磁束の瞬時値，切替セクション電圧の磁
束の瞬時値，励磁突入電流の波形図である。
【図５】電気車の主変圧器の磁束に直流分が生じない場
合の投入側電源電圧の実効値，切替セクション電圧の実
効値，主変圧器の磁束の瞬時値，切替セクション電圧の
磁束の瞬時値の波形図である。
合の投入側電源電圧の実効値，切替セクション電圧の実
効値，主変圧器の磁束の瞬時値，切替セクション電圧の
磁束の瞬時値の波形図である。
【図６】従来の交流電気鉄道の切替セクションにおける
異電源の投入方法の説明図である。
異電源の投入方法の説明図である。
【図７】従来の交流電気鉄道の切替セクションにおける
異電源の投入方法による電気車の主変圧器に流れる無負
荷励磁突入電流の波形図である。
異電源の投入方法による電気車の主変圧器に流れる無負
荷励磁突入電流の波形図である。
１ き電用遮断器 ２ 単巻変圧器ＡＴ ３ トロリ線 ４ レール ５ き電線 ６ 開放側切替開閉器 ７ 投入側切替開閉器 ８ 切替セクション ９ 電気車 １０ 主変圧器 １１ 切替セクション電圧検出のための計器用変圧器 １２ 投入側電源電圧検出のための計器用変圧器 １３ 主変圧器三次巻線 １４ 回転機補機
Claims (1)
- 【請求項１】 交流電気鉄道の電気車が異電源の突き合
わせ箇所となる切替セクションを走行する際に異電源を
投入する方法において、投入側電源電圧の実効値と切替
セクション電圧の実効値と投入側電源電圧に対する切替
セクション電圧の位相差とから電気車の主変圧器に発生
する無負荷励磁突入電流が最小となる最適投入位相を求
め、投入側電源電圧の波形を監視しながら該最適投入位
相となった時点で電源を投入する交流電気鉄道の切替セ
クションにおける異電源の投入方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5285982A JP2753440B2 (ja) | 1993-10-20 | 1993-10-20 | 交流電気鉄道の切替セクションにおける異電源の投入方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5285982A JP2753440B2 (ja) | 1993-10-20 | 1993-10-20 | 交流電気鉄道の切替セクションにおける異電源の投入方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07117531A true JPH07117531A (ja) | 1995-05-09 |
| JP2753440B2 JP2753440B2 (ja) | 1998-05-20 |
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1993
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