JPH07177603A - 電気車の電源保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 重要負荷に地絡事故が発生しない限り、負荷
への給電が継続できるようにする。 【構成】 この発明の電気車の電源保護装置は、電源装
置４からの給電線１４に機械的接点を有する特定ブレー
カ１０Ａともう１つのブレーカ１０Ｂを並列に接続し、
特定ブレーカに通常負荷８Ａを接続し、もう１つのブレ
ーカに重要負荷８Ｂを接続し、電源装置に設けられた高
速過電流保護回路６の限定回数の過電流保護動作によっ
て、同じく電源装置に設けられた強制トリップ回路１６
が特定ブレーカ１０Ａに対して強制トリップ指令を与え
るようにし、通常負荷８Ａに地絡事故が発生した場合に
はこの負荷だけを特定ブレーカによって電源装置４から
切り離し、過電流保護回路６が復帰した後電源装置を再
起動することによって重要負荷８Ｂ側には継続して給電
できるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、負荷に流れる過電流
を検出して電源保護動作を行なう電気車の電源保護装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、負荷に流れる過電流を検出して電
源保護動作を行なう電気車の電源保護装置として、図４
に示す構成のものが知られている。この従来の電気車の
電源保護装置は、架線１に対して複数の集電器２，３そ
れぞれを通して受電する電源装置４，５を備え、これら
の電源装置４，５それぞれに過電流を検出して高速で電
源遮断を行なう無接点高速過電流保護回路６，７それぞ
れが搭載されている。また各電源装置４，５から負荷
８，９それぞれに対する給電線１４，１５上にノーフュ
ーズブレーカのような機械的遮断動作を行なうブレーカ
１０，１１が設けられ、さらに電源装置４，５の給電線
１４，１５間に相互に電源の受給電を行なうために受給
電接触器１２を有する受給電線１３が接続されている。

【０００３】このような従来の電気車の電源保護装置で
は、図５のフローチャートに示すように、いま負荷の１
つ、例えば負荷８に地絡事故が発生して過電流が給電線
１４に流れるようになると（ステップＳ１）、まず高速
動作する電源装置４内の過電流保護回路６が過電流（Ｏ
Ｃ）を検出して電源遮断を行なう（ステップＳ２，Ｓ
３）。この後、過電流保護回路６は自動的に復帰するが
（ステップＳ４）、負荷８側の地絡事故が解消されてい
ないので再び過電流が流れ、これによって過電流保護回
路６は再度過電流検出して電源遮断動作し（ステップＳ
５）、電源装置４はあらかじめ設定されている限定回数
としての２回目の保護動作によってロックアウトされる
（ステップＳ６）。

【０００４】そして一方の電源装置４がロックアウトさ
れても、他方の電源装置５は生きているので、受給電接
触器１２、受給電線１３を通して電源装置５側から負荷
８に対して再度給電がなされるようになるが（ステップ
Ｓ７，Ｓ８）、負荷８側の地絡事故が解消されていない
ので同じように、電源装置５側の過電流保護回路７が２
度保護動作を行なってロックアウトし（ステップＳ９〜
Ｓ１３）、システム全体がダウンするようになっていた
（ステップＳ１４）。

【０００５】そしてこの過電流保護動作の際、給電線１
４上の機械的遮断動作を行なうブレーカ１０は過電流に
対する応答が数ミリ秒のオーダーであり、無接点高速過
電流保護回路６の応答がマイクロ秒のオーダーであるた
め、負荷８の地絡事故による過電流に対して過電流保護
回路６側が先に応答して電源遮断を行なってしまうた
め、ブレーカ１０は結局過電流に対して保護動作せずに
システムダウンが起こってしまうことになっていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
従来の電気車の電源保護装置では、負荷に地絡事故が発
生した場合、その事故発生箇所が特に重要でなく、その
事故発生部分だけをシステムから切り離すことができれ
ば、システムダウンさせないで他の負荷に対しては通常
通り給電しても差し支えないことが多いのに、どのよう
な負荷に地絡事故が発生しても常にシステムダウンが発
生してしまい、電気車の走行を直ちに中止して車庫入れ
検査を行なわなければならなくなる問題点があった。

【０００７】この発明はこのような従来の問題点に鑑み
てなされたもので、重要でない負荷に地絡事故が発生し
てもその負荷に対するブレーカの遮断動作を強制的に行
なわせ、重要な負荷であって正常なものに対しては給電
を継続することができる電気車の電源保護装置を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、架線
から集電器を通して受電する電源装置に自動復帰機能を
有する無接点高速過電流保護回路を搭載し、電源装置か
ら負荷に給電される給電線上に機械的接点を有するブレ
ーカを備えた電気車の電源保護装置において、電源装置
からの給電線に機械的接点を有する２つのブレーカを並
列に接続し、それぞれのブレーカの出力側に負荷を接続
し、電源装置に高速過電流保護回路の限定回数の過電流
保護動作によって２つのブレーカの特定の一方に対して
強制トリップ指令を与える強制トリップ回路を備えたも
のである。

【０００９】請求項２の発明は、架線から集電器を通し
て受電する複数の電源装置各々に自動復帰機能を有する
高速過電流保護回路を搭載し、電源装置各々から負荷に
給電される給電線上に機械的接点を有するブレーカを設
け、複数の電源装置の給電線間を受給電接触器を有する
受給電線によって相互に接続して成る電気車の電源保護
装置において、複数の電源装置各々の給電線に機械的接
点を有する２つのブレーカを並列に接続し、それぞれの
ブレーカの出力側に負荷を接続し、複数の電源装置各々
に、当該電源装置に搭載されている高速過電流保護回路
の限定回数の過電流保護動作によって２つのブレーカの
特定の一方に対して強制トリップ指令を与える強制トリ
ップ回路と、強制トリップ回路による特定のブレーカの
強制トリップ後の高速過電流保護回路の過電流保護動作
を検出して受給電接触器の受給電動作を禁止させる受給
電停止回路を設けたものである。

【００１０】

【作用】請求項１の発明の電気車の電源保護装置では、
電源装置からの給電線に並列に接続された２つのブレー
カそれぞれの出力側に重要負荷と通常負荷とを分けて接
続する。そしてこの通常負荷が接続される側のブレーカ
を特定ブレーカとし、過電流保護回路に限定回数の過電
流保護動作が発生すれば、電源装置に備えられた強制ト
リップ回路によってこの特定ブレーカに対して強制トリ
ップ指令を与えて特定ブレーカを強制的にトリップさせ
る。こうして特定ブレーカがトリップすれば、その後、
過電流保護回路が自動復帰した時に通常負荷側は電源装
置から切り離された状態になって給電されることがな
い。

【００１１】そこで、過電流の発生原因が通常負荷側に
あればこの通常負荷側は電源装置から切り離されている
ので、再度過電流保護回路が自動復帰した後は、重要負
荷側には通常通りに給電が再開されることになり、電源
装置のロックアウトが発生することがない。他方、重要
負荷側に地絡事故が発生していたのであれば、再度過電
流保護回路が自動復帰した後に再び過電流が流れて電源
遮断がなされ、電源装置がロックアウトされることにな
るが、重要負荷に地絡事故が発生すれば本来、直ちに車
庫入れして故障修理すべきであるので、それを確実に検
出して保護動作できることになり、過電流保護動作の信
頼性を維持することができることになる。

【００１２】請求項２の発明の電気車の電源保護装置で
は、各電源装置からの給電線に並列に接続された２つの
ブレーカそれぞれの出力側に重要負荷と通常負荷とを分
けて接続する。そしてこの通常負荷が接続される側のブ
レーカを特定ブレーカとし、過電流保護回路に限定回数
の過電流保護動作が発生すれば、電源装置に備えられた
強制トリップ回路によってこの特定ブレーカに対して強
制トリップ指令を与えて特定ブレーカを強制的にトリッ
プさせる。こうして特定ブレーカがトリップすれば、そ
の後、過電流保護回路が自動復帰した時に通常負荷側は
電源装置から切り離された状態になって給電されること
がない。

【００１３】そこで、過電流の発生原因が通常負荷側に
あればこの通常負荷側は電源装置から切り離されている
ので、再度過電流保護回路が自動復帰した後は、重要負
荷側には通常通りに給電が再開されることになり、電源
装置のロックアウトが発生することがない。

【００１４】他方、重要負荷側に地絡事故が発生してい
たのであれば、再度過電流保護回路が自動復帰した後に
再び過電流が流れて電源遮断がなされ、電源装置がロッ
クアウトされることになる。この後さらに過電流保護回
路から自動復帰してもすぐに過電流保護動作を行なう場
合、重要負荷側に地絡事故が発生しているのであるか
ら、他の電源装置から受給電接触器および受給電線を通
して電源を重要負荷に給電するようにすれば、この他の
電源装置もロックアウトし、システムダウンが発生して
しまうことになる。

【００１５】そこで、一方の電源装置において通常負荷
の接続されているブレーカが強制トリップされた後にも
過電流保護動作が発生した場合には、この電源装置に接
続されている重要負荷に地絡事故が発生しているものと
して受給電機能を停止し、他方の電源装置に影響が及ん
でシステムダウンしてしまうのを防止し、正常な負荷が
接続されている電源装置側だけでもその動作を継続でき
るようにし、地絡事故の影響を最小限に食い止め、シス
テムの信頼性の向上を図る。

【００１６】

【実施例】以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説
する。図１は請求項１および請求項２の発明の共通する
実施例の回路図である。この実施例の電気車の電源保護
装置では、架線１から集電器２，３それぞれを通して受
電する複数の電源装置４，５各々に自動復帰機能を有す
る無接点高速過電流保護回路６，７各々を搭載し、電源
装置４，５各々からの給電線１４，１５各々に機械的接
点を有するノーフューズブレーカ（ＮＦＢ）１０Ａ，１
０Ｂ、ノーフューズブレーカ（ＮＦＢ）１１Ａ，１１Ｂ
の２つずつが並列に接続され、各給電線１４，１５上の
一方のブレーカ１０Ａ，１１Ａ各々にはそれほど重要で
はないクーラーや換気、室内灯などの通常負荷８Ａ，９
Ａ各々が接続され、各給電線上の他方のブレーカ１０
Ｂ，１１Ｂ各々には列車無線や車上制御、保安装置など
の重要負荷８Ｂ，９Ｂ各々が接続されるようにしてあ
る。

【００１７】複数の電源装置４，５の給電線１４，１５
間には受給電線１３が接続され、この受給電線１３上に
受給電接触器１２が設けられている。

【００１８】また複数の電源装置４，５各々に、当該電
源装置に搭載されている無接点高速過電流保護回路６，
７各々の限定回数、この実施例では２回の過電流保護動
作によって２つずつのブレーカ１０Ａ，１０Ｂ；１１
Ａ，１１Ｂのうち、通常負荷８Ａ，９Ａが接続される側
の特定ブレーカ１０Ａ，１１Ａそれぞれに対して強制ト
リップ指令を与える強制トリップ回路１６，１７各々
と、これらの強制トリップ回路１６，１７各々によるブ
レーカ１０Ａ，１１Ａ各々の強制トリップ後の無接点高
速過電流保護回路６，７各々の過電流保護動作（この実
施例では３回目の保護動作）を検出して受給電接触器１
２の受給電動作を停止させる受給電停止回路１８，１９
各々が設けられている。

【００１９】次に、上記構成の電気車の電源保護装置の
動作について説明する。正常状態では受給電接触器１２
はオープンであり、各電源装置４，５が個別に動作して
給電線１４，１５それぞれを通して各２つの負荷８Ａ，
８Ｂ；９Ａ，９Ｂに対して等しく電源を供給する。

【００２０】そして電源装置４，５のいずれか一方が停
止したときには、外部からの指令を受けて受給電接触器
１２が投入され、停止した電源装置側に接続されている
負荷に対して動作中の電源装置から電源が継続して供給
される。例えば、いま電源装置４が停止した場合には、
この電源装置４に接続されている負荷８Ａ，８Ｂに対し
て電源装置５側から電源が受給電線１３Ａ，１３Ｂを通
して給電されることになるのである。

【００２１】次に、電源装置４側の通常負荷８Ａに地絡
事故が発生し、過電流が流れるようになった場合につい
て、図２のフローチャートに基づいて説明する。通常負
荷８Ａに地絡事故が発生して電源装置４に過電流が流れ
ると（ステップＳ２１）、過電流保護回路６が過電流検
出によって保護動作し、給電を停止する（ステップＳ２
２，Ｓ２３）。

【００２２】この後、過電流保護回路６が自動復帰して
電源装置４が再起動されると、通常負荷８Ａに対する特
定ブレーカ１０Ａはトリップしていないので再びこの通
常負荷８Ａに電流が流れ始め、過電流保護回路６が限定
回数として設定されている２回目の過電流保護動作を行
ない（ステップＳ２５）、電源装置４が停止すると共
に、強制トリップ回路１６によって通常負荷８Ａ側の特
定ブレーカ（ＮＦＢ）１０Ａを強制的にトリップさせ、
地絡事故が発生している通常負荷８Ａを切り離す（ステ
ップＳ２６，Ｓ２７）。

【００２３】この後、過電流保護回路６は再び自動復帰
するが（ステップＳ２８）、地絡事故が発生している通
常負荷８Ａが給電線１４から切り離されているのでこの
通常負荷８Ａには給電されず、したがって過電流が流れ
なくなり、重要負荷８Ｂに対して電源装置４から通常通
り、給電が再開されることになる（ステップＳ２９）。

【００２４】こうして、通常負荷８Ａを強制トリップ回
路１６によってトリップされる特定ブレーカ１０Ａ側に
接続し、重要負荷８Ｂをもう１つのブレーカ１０Ｂ側に
接続しておくことにより、通常負荷８Ａに地絡事故が発
生しても電源装置４がロックアウトすることがなく、引
き続く重要負荷８Ｂに対して電源を供給し続けることが
できるようになるのである。

【００２５】次に、重要負荷８Ｂに地絡事故が発生した
場合の動作について説明すると、この場合には、電源装
置４の再起動を停止し、また受給電機能も停止して重要
負荷８Ｂに過電流が継続的に給電されて焼損その他の重
大事故にならないように保護動作する必要があるが、こ
れと共に、地絡事故が発生していない電源装置５側では
それに直接接続されている負荷９Ａ，９Ｂに対して継続
して給電されることが望ましい。

【００２６】そこでこの実施例では、次のように保護動
作することになる。つまり、図３のフローチャートに示
すように、電源装置４側の重要負荷８Ｂに地絡事故が発
生して過電流が流れると（ステップＳ３１）、過電流保
護回路６が過電流を検出して保護動作し、電源装置４を
停止させる（ステップＳ３２，Ｓ３３）。

【００２７】この後、過電流保護回路６は自動復帰し、
電源装置４が再起動され（ステップＳ３４）、再び重要
負荷８Ｂに給電されることによって過電流が流れ始め、
過電流保護回路６が限定回数として設定されている２回
目の保護動作を行ない（ステップＳ３５）、電源装置４
を停止させると共に、強制トリップ回路１６によって通
常負荷８Ａ側の特定ブレーカ１０Ａを強制トリップさせ
る（ステップＳ３６，Ｓ３７）。

【００２８】しかしながら、この強制トリップは地絡事
故が発生していない通常負荷８Ａの接続されているブレ
ーカ１０Ａに対するものであるので、この後再度、過電
流保護回路６が自動復帰して電源が重要負荷８Ｂに給電
されるようになると、再々度過電流が流れて過電流保護
回路６が過電流保護動作し、電源装置４側がロックアウ
トする（ステップＳ４０）。そしてこのロックアウトと
共に、受給電停止回路１８も働き、受給電接触器１２に
対して受給電停止指令を出力し、他方の電源装置５側か
ら受給電線１３を通してこの重要負荷８Ｂ側に電源が給
電されるのを禁止する（ステップＳ４１）。この保護動
作の後は、正常な負荷９Ａ，９Ｂが接続されている側の
電源装置５だけが正常運転を継続することになる（ステ
ップＳ４２）。

【００２９】こうして、一方の電源装置４に接続されて
いる重要負荷８Ｂに地絡事故が発生して過電流が流れる
ようになった場合には、その重要負荷８Ｂが動作しなけ
ればこの電源装置４が通常負荷８Ａだけに給電を継続し
ても電気車全体としては意味のないことであり、このよ
うな場合には確実に電源装置４側をロックアウトすると
共に受給電回路を通じて他方の電源装置５から給電され
ることも禁止し、重要負荷８Ｂがそれ以上、重大な事故
に至らないように保護するのである。

【００３０】なお、上では電源装置４側の過電流検出時
の保護動作について説明したが、電源装置５側の過電流
検出時にも同じ動作が過電流保護回路７、強制トリップ
回路１７および受給電停止回路１９によって実行される
ことになる。

【００３１】また過電流検出時の保護動作以外の理由で
電源装置４あるいは電源装置５が停止した場合、正常な
側の電源装置５または電源装置４から受給電接触器およ
び受給電線１３を通じて通常負荷および重要負荷に対し
て給電が継続されることになる。

【００３２】なおさらに、上記実施例で過電流保護回
路、強制トリップ回路および受給電停止回路は半導体を
用いた電子回路として構成することができるが、電源装
置４，５の部分にマイクロコンピュータを組み込み、ソ
フトウェアによって実現することも可能であり、その実
現方法は特に限定されることはない。

【００３３】また請求項１の発明では、特に上記の回路
構成に限定されず、受給電線、受給電接触器を備えず、
各電源装置が単独で過電流保護動作し、通常負荷の地絡
事故に対してはその特定ブレーカだけを強制的にトリッ
プさせて切り離し、正常な重要負荷側には引き続き給電
が継続でき、逆に重要負荷に地絡事故が発生した場合に
はあらかじめ設定した何回目かの再起動、例えば３回目
の再起動によっても過電流が解消できないときにその電
源装置をロックアウトする簡単な構成とすることもでき
る。

【００３４】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明によれば、
電源装置からの給電線に並列に接続された２つのブレー
カそれぞれの出力側に重要負荷と通常負荷とを分けて接
続し、通常負荷が接続される側のブレーカを特定ブレー
カとし、過電流保護回路に限定回数の過電流保護動作が
発生すれば、電源装置に備えられた強制トリップ回路に
よって特定ブレーカを強制的にトリップさせて通常負荷
側を切り離すようにしているので、地絡事故が通常負荷
側に発生している場合には、再度過電流保護回路が自動
復帰した後は重要負荷側には通常通りに給電を再開する
ことができて電源装置のロックアウトが発生することが
なく、電気車を継続運転することができて地絡事故の影
響を最小限に食い止めることができ、他方、重要負荷側
に地絡事故が発生しているのであれば、再度過電流保護
回路が自動復帰した後に再び過電流が流れて電源遮断が
なされて電源装置がロックアウトされるが、重要負荷に
地絡事故が発生すれば本来、直ちに車庫入れして故障修
理すべきであるので、それを確実に検出して保護動作で
きることになり、過電流保護動作の信頼性を維持するこ
とができる。

【００３５】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
に加えてさらに、一方の電源装置において通常負荷の接
続されているブレーカが強制トリップされた後にも過電
流保護動作が発生した場合には、この電源装置に接続さ
れている重要負荷に地絡事故が発生しているものとして
他方の電源装置との間の受給電機能を停止するようにし
ているので、一方の電源装置において重要負荷に地絡事
故が発生した場合に他方の電源装置にその影響が及んで
両方の電源装置がロックアウトしてしまってシステムダ
ウンすることが防止でき、正常な負荷が接続されている
電源装置側だけでもその動作を継続し、地絡事故の影響
を最小限に食い止めることができてシステムの信頼性の
向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１および請求項２の発明の共通する実施
例の回路図。

【図２】上記実施例における通常負荷の地絡事故発生時
の動作を示すフローチャート。

【図３】上記実施例における重要負荷の地絡事故発生時
の動作を示すフローチャート。

【図４】従来例の回路図。

【図５】従来例の負荷の地絡事故発生時の動作を示すフ
ローチャート。

【符号の説明】

１ 架線 ２，３ 集電器 ４，５ 電源装置 ６，７ 過電流保護回路 ８Ａ，９Ａ 通常負荷 ８Ｂ，９Ｂ 重要負荷 １０Ａ，１１Ａ 特定ブレーカ １０Ｂ，１１Ｂ ブレーカ １２ 受給電接触器 １３ 受給電線 １４，１５ 給電線 １６，１７ 強制トリップ回路 １８，１９ 受給電停止回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 倫章 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 架線から集電器を通して受電する電源装
   置に自動復帰機能を有する無接点高速過電流保護回路を
   搭載し、前記電源装置から負荷に給電される給電線上に
   機械的接点を有するブレーカを備えた電気車の電源保護
   装置において、前記電源装置からの給電線に機械的接点
   を有する２つのブレーカを並列に接続し、それぞれのブ
   レーカの出力側に負荷を接続し、前記電源装置に前記高
   速過電流保護回路の限定回数の過電流保護動作によって
   前記２つのブレーカの特定の一方に対して強制トリップ
   指令を与える強制トリップ回路を備えて成る電気車の電
   源保護装置。
2. 【請求項２】 架線から集電器を通して受電する複数の
   電源装置各々に自動復帰機能を有する無接点高速過電流
   保護回路を搭載し、前記電源装置各々から負荷に給電さ
   れる給電線上に機械的接点を有するブレーカを設け、前
   記複数の電源装置の給電線間を受給電接触器を有する受
   給電線によって相互に接続して成る電気車の電源保護装
   置において、前記複数の電源装置各々の給電線に機械的
   接点を有する２つのブレーカを並列に接続し、それぞれ
   のブレーカの出力側に負荷を接続し、前記複数の電源装
   置各々に、当該電源装置に搭載されている高速過電流保
   護回路の限定回数の過電流保護動作によって前記２つの
   ブレーカの特定の一方に対して強制トリップ指令を与え
   る強制トリップ回路と、前記強制トリップ回路による前
   記特定のブレーカの強制トリップ後の前記高速過電流保
   護回路の過電流保護動作を検出して前記受給電接触器の
   受給電動作を禁止させる受給電停止回路とを設けて成る
   電気車の電源保護装置。