JPS5846897Y2 - 直流式電気鉄道の給電装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は地下鉄等の如き直流式電気鉄道の給電装置に係
り、特に回生車両よりの回生電力或は隣接変電所よりの
廻り込み電力をしゃ断できる機器を設置した給電装置を
提供しようとするものである。

近時、直流式電気鉄道の給電装置に於ては、事故時に際
して事故回線のみの選択しゃ断を高速度を以って行なう
事ができ、さらに保守面での煩雑性を解消できる等の理
由によって、原電力変換装置としてのシリコン整流器が
サイリスタ整流器に、直流式高速度しゃ断器がサイリス
タしゃ断器にそれぞれ置換されつつある。

かかる給電装置で問題となる事は複数の回線毎に分割さ
れた各直流電路に挿入されるサイリスタしゃ断器群をし
ゃ断する場合、サイリスタしゃ断器群細々に転流コンデ
ンサー転流リアクトル−補助サイリスタよりなる強制消
弧回路を設けなければならず、給電装置そのものの回路
構成が複雑化する事である。

かかる問題を解決する方法として、本考案者等は第１図
に示すような給電装置を昭和５４年１１月１３日付を以
って既に提案している。

本考考を説明するに先立ち第１図に示す提案を説明する
。

同図で１は所要の交流電力が入力される商用周波電源母
線、２は交流しゃ断器、３は変圧器、４はサイリスタを
純ブリツジ接続してなり入力される交流電力を直流電力
に順変換して、この直流電力をカ行パワーとして後述す
るカ行車両に供給する原電力変換装置、５は直流正極母
線で、この直流正極母線下にサイリスタしゃ断器群６□
〜６４と断路群７□〜７４との各直流電路が接続される
。

なおサイリスタしゃ断器群には図示はしないがサージを
抑制する為のスナバ−回路が並列接続される事は申す１
でもない。

８、及び８□は所要のカ行パワーが給電されるき電線、
９１及び９２は軌条、１０は負極母線である。

１１は直流スイッチで、この直流スイッチは回生車両よ
りの回生電力さらには図示変電所に隣接する隣接変電所
よりの廻り込み電力をしゃ断する機能を有し、例えばサ
イリスタしゃ断器或は直流式高速度しゃ断器を適用する
事が一応者えられるが、無接点化の給電装置を図る意味
で前者のサイリスタしゃ断器を適用するのが最も望まし
い。

１２は回生電力或は隣接変電所よりの廻り込み電力を抑
制する為のりアクドルで、このリアクトルは除外しても
動作上は何ら支障ない。

１３１〜１３４は定常時は回生電力或は廻り込み電力の
入力を許容する為の回生用ダイオード群、１４は転流コ
ンデンサで、図示を省略した交流電源と整流回路とで構
成した充電回路を並設して図示極性で電荷を充電してお
く。

１５は転流リアクトルで、これら転流コンデンサー転流
リアクトル−補助サイリスタ群で各直流電路のサイリス
タしゃ断器群を強制消弧する強制消弧回路が構成される
。

１６１〜１６４は事故回線のサイリスタ遮断器を選択遮
断する為の補助サイリスタで、１７１〜１７４は転流コ
ンデンサ１４の図示極性の充電電荷を各サイリスタ遮断
器に導ひく為のストッパーダイオード群を示す。

なおこれらダイオード群は必ずしも設ける必要がなく省
略しても動作上は何ら支障はない。

なお・前記消弧回路は図示接続関係より明らかなように
直流スイッチ１１の強制消弧をも兼ねている。

さて以上のように構成される給電装置では各直流電路の
サイリスタしゃ断器群および直流スイッチをそれぞれ強
制消弧する回路を共用せしめた点と、強制消弧回路の転
流コンデンサと転流リアクトルとをサイリスタしゃ断器
群に共用せしめた点とにより、給電装置の回路構成が簡
素化され非常に経済的な装置を実現できる点で画期的な
ものではあるが、その反面、例えばき電線８１下に連な
るＤＩの車両がカ行運転時にあって、他方のき電線８□
下に連なるＤ２の車両が回生運転時にあるような場合、
回生車両よりの回生電力は、車両Ｄ２→き電線８２→断
路器７４→回生用ダイオード１３１→リアクトル１２→
直流スイッチ１１→直流正極母線５→サイリスタ遮断器
６３→断路器７３→き電線８□の経路を通して流れ、き
電線８１下のカ行車両Ｄ１にカ行パワーとして供給され
るものであるが、かかる定常時に図示Ａ点でき電線８、
を支持する碍子が何らかの原因でリークして地絡事故を
生じたような場合に問題となる。

即ち地絡事故を生じた場合は、その旨を図示しない検出
リレーで検出して、この検出信号で事故回線側の強制消
弧回路の補助サイリスタ１６ を点弧して、図示極性で
チャージしである転流コンデンサ１４の充電電荷を転流
コンデンサ１４→転流リアクトル１５→補助サイリスタ
１６２→ストツパーダイオード１７ →サイリスタしゃ
断器６→直流スイツチ１１→転流コンデンサ１４の経路
でデスチャージし、自由振動となった放電電流の値がサ
イリスタ遮断器６３を通して流れる事故電流のレベルを
上廻った時点で、サイリスタ遮断器６３と直流スイッチ
１１が強制的に消弧され、その後回生車両Ｄ２よりの回
生電流は、短時間の間車両Ｄ２→き電線８２→断路器７
４→回生用ダイオード１３１→リアクトル１２→転流コ
ンデンサ１４→転流リアクトル１５→補助サイリスタ１
６゜→ダイオード１７□→断路７□→き電線８□下の事
故点Ａの経路を通して流れ、転流コンデンサ１４の逆充
電は一層進んで行く。

しかして転流コンデンサ１４の逆充電電圧のレベルが所
定の値に達した時点で、１６２の補助サイリスタが自然
消弧して回生電流が完全に遮断されると共に、事故回線
の遮断器７ を通して流れる電流が略零になった時点で
当該断路器７ を開極して、事故直流電路のみを他の健
全な直流電路より切り離す。

なお、補助サイリスタ１６２が自然消弧した後の転流コ
ンデンサ１４の反転電荷（図示とは逆極性の電荷を示す
）は、一般の強制消弧回路でよく知られているように、
転流コンデンサ１４−転流リアクトル１５の回路に並設
される図示しない反転用サイリスタを点弧することによ
って、図示極性へと反転させ、転流過程で失なわれた充
電エネルギーを図示省略の充電回路で補充して、初期の
状態へと復帰させる。

かかる時数時の保護動作で問題となるのは、変電所の近
傍に回生車両があれば、強制消弧回路の転流コンデンサ
１４の充電電荷で事故回線のサイリスタ遮断器と直流ス
イッチとを同時に強制消弧するものであるから、想定さ
れる最大値の事故電流を充分に消弧できるエネルギーを
転流コンデンサ１４に充電しておく必要がある。

このような大パワーの消弧エネルギーは、必然的に転流
コンデンサを大容量のものとしなければならないことと
、さらに重要なことは、事故回線の選択遮断時に際して
、直流スイッチ１１が強制消弧するので回生電力も遮断
されてし１うことである。

この結果、この捷１ではき電線の直流電圧が異常に上昇
して他の機器に悪影響を与えかねない。

この問題を解決する為には、例えば回生車両側に制動抵
抗を設けて発電制動に切換えればよいが、回生エネルギ
ーを有効に利用できず、あ１り望ましいことではない。

本考案はこの点に鑑みて考案されたものであって、特に
本願は事故直流電路の選択しゃ断時に際して、健全直流
電路側の回生車両よりの回生電力と隣接変電所よりの廻
り込み電力とをそれぞれ当該事故変電所側へ回生する事
によって、エネルギーの有効利用を更に高め、健全直流
電路側の車両は側ら支障なく運転を継続できるようにし
た事を一人特徴とし、以下第２図に示す一実施例に基づ
き具体的に詳述する。

第２図の実施例で第１図と同一のものは同一符号を付し
てち・す、第１図の従来装置と最も異にする点は、強制
消弧回路の転流コンデンサ１４の一端を直流スイッチ１
１のカソード側と接続した点にあり以下本実施例の動作
を述べる。

先ず定常時は商用周波電源母線１→交流しゃ断器２→変
圧器３→順電力変換装置４→直流正極母線５→サイリス
タしゃ新群６□〜６４→断路器群７□〜７４→き電線８
１〜８゜→車両Ｄ１〜Ｄ２→軌条９１〜９２→負極母線
１０→順電力変換装置４の負極側母線の経路で、各車両
Ｄ１〜Ｄ２に所要のカ行パワーを供給する事によって所
定の運転を行なうものであるが、かかる定常時に車両Ｄ
２が回生車両であれば回生車両Ｄ２→き電線８８□→断
路器７４→回生用ダイオード１３１→直流リアクトル１
２→直流スイッチ１１→直流正極母線５→サイリスタし
ゃ断器６３→断路器７３→き電線８、→力行車両Ｄ１の
経路で、回生電力をカ行車両Ｄ１に所要のカ行エネルギ
ーとして供給すると共に、当該変電所に逆電力変換装置
としての回生用インバータが設置しである場合は、回生
車両Ｄ２よりの回生電力は、回生車両Ｄ２→き電線８□
→断路器７４→回生用ダイオード１３、→リアクトル１
２→直流スイッチ１１→直流正極母線５→図示しない回
生用インバータ→商用周波電源母線１の経路で商用周波
電源母線１側へ回生される。

さてかかる定常運転時に車両Ｄ１がカ行運転時に、他方
の車両Ｄ２が回生運転時にそれぞれあって、かつ図示■
点で地絡事故を生じたような場合第１図同様、地絡事故
である旨を何らかの方法で検出してこの検出信号を以っ
て事故回線側に連なる補助サイリスタ１６□に点弧信号
を与えて、事故電路のみを選択遮断する。

即ち、補助サイリスタ１６ が点弧すると転流コンデン
サ１４に図示極性でチャージしである電荷は、転流コン
デンサ１４→転流リアクトル１５→補助サイリスタ１６
２→サイリスタしゃ断器６３→転流コンデンサ１４の経
路でデスチャージし、このデスチャージ過程で放電電流
は転流コンデンサ１４と転流リアクトル１５との直列共
振回路によって自由放電となり、放電電流の値がサイリ
スタしゃ断器６３を通して流れる電流を上廻った時点で
サイリスタしゃ断器６３がオフし、その後放電電流は転
流コンデンサ１４→転流リアクトル１５→補助サイリス
タ１６２→回生用ダイオード１３２→リアクトル１２→
直流スイッチ１１→転流コンデンサ１４の経路を通して
流れ、転流コンデンサ１４は図示とは逆極性で再チャー
ジされて行く。

かかる再充電時に転流コンデンサ１４の逆充電電圧値が
所定値に達した時点で補助サイリスタ１６□ＡＮ１ｍ然
消弧し、事故回線のみを確実に選択しゃ断する事となる
。

なち−以上のような一連の動作過程で直流スイッチ１１
は、そのカソード側が転流コンデンサ１４の負極側電圧
に引っばられ依然としてオン状態を継続しているので、
健全回線側の回生車両Ｄ２よりの回生電力は、回生車両
Ｄ２→き電線８２→断路器７４→回生用ダイオード１３
１→リアクトル１２→直流スイッチ１１→直流正極母線
５→サイリスタしゃ断器６□或は６□→断路器７２或は
７１→き電線８１或は８２→図示しないカ行車両の経路
を通して流れ、カ行車両には回生電力がカ行パワーとし
て供給されて所定の運転を継続することができる。

な訃、原電力変換装置４と直流正極母線５とを接続する
接続点の近傍で何らかの原因で地絡事故を生じたような
場合、本願では次のような所定の保護動作を行なう。

即ち、直流正極母線で地絡事故を生ずると、事故点には
電源母線側より事故電流が流入すると共に事故変電所に
隣接する隣接変電所より廻り込み電力が流入する。

前者の事故電流は交流遮断器２をトリップし且つ原電力
変換装置４をゲートブロックすることによって即座に遮
断する。

後者の廻り込み電力はき電線のインダクタンスによって
立上りが抑制されることと、さらに事故変電所の給電が
停止したこととの２条件を基に、いずれか一つの補助サ
イリスタ、例えば１６□の補助サイリスタを選択し点弧
することによって、転流コンデンサ１４に図示極性でチ
ャージしである充電電荷により６４のサイリスタ遮断器
が強制消弧され、ついで自由振動となった放電電流で転
流コンデンサの充電電荷が反転し、この反転した充電電
圧が所定レベルに達した時点で補助サイリスタ１６１が
自然消弧し、又、直流スイッチ１１も消弧して廻り込み
電力が確実に遮断されることになる。

以上のように本考案に於ては、事故時に際して回生車両
よりの回生電力を当該事故変電所内で回生できるように
したものであるから以下に示すように種々の効果を奏す
るものである。

■ 事故時に回生電力を健全回線のカ行車両に所要のカ
行エネルギーとして供給できるので、健全回線側のカ行
車両は何ら支障なく運転を継続する事ができ給電系全体
の運用効率、信頼性を大幅に向上する事ができる。

■ 回生車両よりの回生電力をいかなる状況下であって
も電源側或は健全回線のカ行車両に供給できるので、エ
ネルギーの有効利用を極限１で図る事ができ省資源とい
う時流に沿った給電装置を提供できる。

■ サイリスタしゃ断器群に強制消弧回路の転流コンデ
ンサと転流リアクトルとを共用化せしめたので、非常に
経済的な給電装置を実現できる。

■ 直流スイッチは事故時であっても極力消弧しない装
置としであるので、消弧回路の転流コンデンサ容量を小
さくできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の給電装置を示す具体的な回路構成図、第
２図は本考案による一実施例を示す給電装置の具体的な
回路構成図。 １は商用周波電源母線、２は交流しゃ断器、３は変圧器
、４は原電力変換装置、５は直流正極母線、６１〜６４
はサイリスタしゃ断器、７、〜７４は断路器、８１〜８
□はき電線、１０は負極母線、１１は直流スイッチ、１
２は直流リアクトル、１３□〜１３４は回生用ダイオー
ド、１４は転流コンデンサ、１５は転流リアクトル、１
６１〜１６４は補助サイリスタ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 交流電力を原電力変換装置で直流電力に変換して直流正
   極母線側へ供給し、この直流電力をサイリスタ遮断器と
   断路器とを直列接続した複数の直流電路を介して複数の
   き電線側へ給電するようにしたものに於て、前記複数の
   直流電路の各サイリスタ遮断器と断路器との各接続線に
   アノード側が接続された回生用ダイオードと、これらダ
   イオードのカソード側を共通にし該共通接続線と前記直
   流正極母線間に、該正極母線側をカソードとして接続さ
   れた直流スイッチと、前記直流電路の各サイリスタ遮断
   器のカソードに別々にカソードが接続された補助サイリ
   スタと、これら補助サイリスタのアノード側を共通にし
   該共通接続線と前記直流スイッチのカソード間に、少な
   くとも転流リアクトルと転流コンデンサとを有する消弧
   回路とを備えたことを特徴とする直流式電気鉄道の給電
   装置。