JPS60176833A - 直流式電気鉄道の給電装置 - 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】 （発明の技術分野） 本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ものである。

（従来技術の問題点） 一般に直流式電気鉄道の給電装置は商用周波電源母線よ
り入力される交流電力を順電力変換装置によって直流電
力に変換し、その直流電力を電車線路を介して電気車に
供給して電気車をカ行運転させる一方、電気車が回生運
転時に発生する回生エネルギーは逆電力変換装置によっ
て交流電力に変換して前記商用周波電源母線側へ回生す
るシステムが採られている。

ここで従来の直流式電気鉄道の給電装置の一例を第１図
および第２図に示す。第１図において、１は商用周波電
源母線（図示省略）から送られる交流電力を直流電力に
変換する順電力変換装置であり、２は直流電力を交流電
力に変換する逆電力変換装置である。順″屯力変換装置
１の出力電力は直流母線３、カ行用サイリスタ遮断器４
ａ、４ｂ、４ｃ。

４ｄおよび電車線５ａ　ｒ　５ｂ　＊　５ｃ　、５ｄを
介して電車線下に存在するカ行車両（図示省略）に供給
される。

また図示しない電気車が回生運転を行なう場合、その′
電気車の回生電力は電車＠　５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、
ダイオード６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ　、回生用サイリス
タ遮断器７、直流母線３および逆電力変換装置２を介し
て図示しない商用周波電源母線側へ回生される。カ行用
サイリスタ遮断器、例えば４ａは電車線５ａで地絡事故
が発生したときに図示しない制御回路によってオフされ
るものであり、これによって順電力変換装置１から直流
゛母線３およびカ行用サイリスタ鴻断器４ａを介して事
故電流が事故点（図示省略）に流入するのを防止するも
のである。カ行用サイリスタ遮断器４ｂ　、　４ｃ　、
　４ｄも前記同様の機能を有する。また回生用サイリス
タ遮断器７は前記のような地絡事故発生時に図示しない
制御回路によってオフされるものであり、これによって
事故発生電車線以外の電車線、例えば電車線５ｄ下に存
在する回生電気車（図示省略）から電車線５ｄ　、ダイ
オード８ｄ１回生月サイリスタ遮断器７、直流母線３お
よびカ行用サイリスタ遮断器４ａを介して回生電力が前
記事故点に流入するのを防止するものである。

また、第２図において第１図と同一部分は同一符号を持
って示し、その説明は省略する。第２図の給電装置の特
徴は前記カ行用サイリスタ遮断器４ａ、４ｂ、４ｃ、４
ｄの両端に回生用サイリスタ遮断器７ｍ。

７ｂ、７ｃ、７ｄを各々図示極性の如く逆並列接続した
点にある。すなわち電車線５ａ　、　５ｂ　、　５ｃ　
、　５ｄ下に存在する回生電気車（図示省略）の回生電
力は回生用サイリスタ遮断器７ｍ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、
　直流母線３および逆電力変換装置２を介して商用周波
電源母線（図示省略）側へ回生されるものである。尚、
カ行電力を供給する場合の動作や事故電流遮断動作は第
１図の給電装置と同様になされる。

上記のように構成された装置において、第１図装置の場
合電車線側の事故発生時に健全電車線下の回生電気車、
或いは事故変電所に隣接する健全変電所から事故点に流
入する事故電流を遮断する為に回生用サイリスタ連断器
７を設ける必要がある。この為サイリスタ遮断器の個数
は増加してしまう。また、第２図装置の場合も、４組も
の回生用サイリスタ傳断器７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを設
けているので、　） ・−サイリヌタ遮 断器の個数は著しく増加してしまう。このように第１図
及び２ｇ２図の従来装置で共通していることは、回生用
サイリスタ遮断器の設置台数が多いので、事故時の保護
動作が非常に複雑化して信頼性が低下するばかりですく
、装置の設備面積が拡大し、さらに給電装置全体が非常
（二高価になる欠点があった。

（発明の目的） 本発明は上記の点に鑑みなされたもので、装置の構成を
簡単化して信頼性を向上するとともに装置価格を大幅に
低廉化することができ、且つ電気車の運転状態に応じて
確実に電力の供給又は電力の回生な行なうことができ、
しかもどの電車線で地絡事故が発生しても事故電流を確
実に遮断して安全を確保することができる直流式電気鉄
道の給電装置を提供することを目的としている。

（発明の概要） 本発明は順電力変換装置の出力側に設けた直流母線とセ
クションで区分された複数の電車線とを結ぶ複数の直流
電路に各々ダイオードで構成されるブリッジ回路を介挿
し、該ブリッジ回路の正負出力端間にスイッチング制御
素子（例えばサイリスタ遮断器）を接続するように構成
し、給電装置全体に必要とするスイッチング制御素子（
サイリスタ遮断器）の個数を大幅に減らし、これによっ
て装置構成の簡単化および装置価格の低廉化を計ったこ
とを特徴とする。

（本発明の一実施例の説明） 以下、図面を参照しながら本発明の一実施例を説明する
。第３図において第１図と同一部分は同一符号を持って
示し、その説明は省略する。ｌｌａはダイオード１２ａ
〜１２ｄをブリッジ接続して成る第１ブリッジ回路であ
る。この第１ブリッジ回路１１ａの入力側は直流母線３
に接続され、出力側は断路器１３ａを介して電車線５ａ
に接続されている。

ｆｉｂはダイオード１２ｅ〜１２ｈをブリッジ接続して
成る第２ブリッジ回路である。この第２ブリッジ回路１
１ｂの入力側は直流母線３に接続され、出力側は断路器
１３ｂを介して電車ｉ５ｂに接続されている。１１Ｃは
ダイオード１２１〜１２℃をブリッジ接続して成る第３
ブリッジ回路である。この第３ブリッジ回路１１ｃの入
力側は直流母線３に接続され、出力側は断路器１３ｃを
介して電車１１１５ｃに接続されている。ｌｌｄはダイ
オード１２ｍ〜１２ｐをブリッジ接続して成る第４ブリ
ッジ回路である。この第４ブリッジ回路ｌｉｄの入力側
は直流母線３に接続され、出力側は断路器１３ｄを介し
て電車線５ｄに接続されている。前記ダイオード１２ａ
、１２ｂ、１２ｅ、１２ｆ、１２１゜１２ｊ、１２ｍ、
１２ｎのカソードは一括してスイッチング制御素子、例
えばサイリスタ遮断器１４のアノードに接続されている
。前ｉ己ダイオード１２ｃ、１２ｄ、１２ｇ。

１２ｈ、１２に、１２ρ、　１２ｏ、　１２ｐのアノー
ドは一括して前記サイリスタ遮断器１４のカソードに接
続されている。

１５は電気車、１６ａ、１６ｂは電車線を区分する為の
デッドセクション、１７ｍ、１７ｂはレールを各々示す
。

尚、サイリスタ遮断器１４の転流回路およびブリッジ回
路１１ａ〜１１ｄの直流出力側と゛岨車線５８〜５ｄと
を結ぶ直流電路に各々挿入される選択遮断用の過電流継
電器等は図示省略している。さらに図示装置は１変電所
を示すものであり、各電車線５ａ〜５ｄｌ二は隣接する
変電所（図示省略）からも所定の直流電力が供給される
ものとする。

次に上記のように構成された装置の動作を述べる。いま
図示の如く電車＋ｉ５ｃ下に存在する電気車１５がカ行
運転中は、順電力変換装置１から直流母線３、第３ブリ
ッジ回路１１ｃのダイオード１２ｊ。

サイリスタ遮断器１４、ダイオード１２に１　断路器１
３ｃおよび電車線５Ｃを介して電気車１５に直流電力が
供給されるとともに、隣接する変電所（図示省略）から
も前記電気車１５へ所望の直流電力が供給される。また
電車ＩＪ５ａ（又は５ｂ又は５ｄ）下に存在するカ行車
両（図示省略）には前記同様に順電力変換装置１から直
流母線３、ダイオード１２ｂ（又は１２ｆ又は１２ｎ）
、サイリスタ遮断器１４、ダイオード１２Ｃ（又は１２
ｇ又は１２０）、断路器１３ａ（又は１３ｂ又は１３ｄ
）および電車線５ａ　（又は５ｂ又は５ｄ　）を介して
所望の直流電力が供給されるとともに、隣接する変電所
（図示省略）からも所望の直流電力が供給される。次に
電車線５Ｃ下に存在する電気車１５が回生運転を行なう
場合（：おいて、この電気車１５の回生エネルギーは断
路器１３Ｃ，ダイオード１２量、サイリスタ遮断器１４
、ダイオード１２１、直流母線３および逆電力変換装置
２を介して図示しない商用周波電源母線側・＼回生され
るとともに、断路器１３ｃ１ダイオード１２１．サイリ
スタ遮断器１４、ダイオード１２１．７に流上線３およ
び前述したカ行電力供給経路を介して電車１ｆＭ５ｇ（
又は５ｂ又は５ｄ　）下に連なる図示しないカ行車両に
も供給される。

かかる定常運転時に於て、例えば電車ｉ！ｌｌ＋１５ａ
の１点で短絡事故が発生したとする。この事故により順
電力変換装置１の出力側から直流母線３、ダイオード１
２ｂ１サイリスタ遮断器１４、ダイオード１２ｃおよび
断路器１３ａを介して事故点Ｆに事故電流が流入すると
ともに、この時回生運転中の電気車、例えば電気車１５
から断路器１３ｃ、ダイオード１２ｉ、サイリスタ遮断
器１４、ダイオード１２１゜直流量Ｈ３、ダイオード１
２ｂ、サイリスタ遮断器１４、ダイオード１２ｃおよび
断路器１３ａを介して事故点Ｆに回生電力が流れ込み、
さらにこのループを通して事故変電所に隣接する健全変
電所よりの廻り込み電流も流入する。このように上記経
路を介して事故点Ｆに事故電流が流れると、ブリッジ回
路１１ａの直流出力側と電車１１５ａを結ぶ直流電路に
挿入される過電流継電器（図示省略）で事故電流を検知
し、この検知信号を以って順電力変換装置１の制御端、
例えば該変換装置１がサイリスタ整流器で構成されてい
る場合はゲートを最小限の位置まで絞り込んで電源側よ
り流入する事故電流を限流させる。これとともに前記過
電流継電器（図示省略）の検知信号を以ってサイリスタ
遮断器１４を図示しｌい転流回路によってオフさせる。

このような事故時の保護動作により事故点Ｆに流れ込む
事故電流が遮断され、事故電流が零になった時点で断路
器１３ａを開極して事故電路のみを開放する。その後即
座にサイリスタ遮断器１４をオンさせ、順電力変換装置
１を再起動して給電を再開させれば他の健全電車紛下を
走行する電気車（図示省略）の運転は継続される。

上記のように電車線下の電気車に流れる力行電流および
電車線下の電気車から直流母線側に流れる回生電流がと
もに共通のサイリスタ遮断器を通流するように構成した
ので、給電装置全体に必要とするサイリスタ遮断器の個
数は１個で済み装置価格を大幅に低廉化することができ
る。

（本発明の他の実施例の説明） 次に本発明の他の実施例を説明する。第４図は本発明を
順変換器および逆変換器の両機能を持つよう制御される
サイリスタ変換器と、このサイリスタ変換器の直流側と
電車線の間に設けられた回生カ行切換装置とを備えた直
流式電気鉄道の給電装置に適用した場合の回路図である
。第４図において第３図と同一部分は同一符号を持って
示し、その説明は省略する。２１は交流電力を直流電力
に変換してカ行車両に供給したり、回生車両の直流回生
電力を交流に変換したりするサイリスタ変換器であり、
このサイリスタ変換器２１の交流側は変圧器２２ｍおよ
び交流遮断器（図示省略）を介して図示しない商用周波
電源母線に接続されている。

サイリスタ変換器２１の直流側の一端は図示極性のダイ
オード２４ａを介して前記直流母線３に接続されている
。前記サイリスタ変換器２１の直流側の他端は図示極性
のダイオード２４ｂおよび負極母線３１を介してレール
１７ａ、１７ｂに接続されている。ダイオード２４ａ、
２４ｂのカソードどうしを結ぶ電路には図示極性のサイ
リスタスイッチ２３ａおよび循環電流抑制用リアクトル
２５が介挿されており、ダイオード２４ａ、２４ｂのア
ノードどうしを結ぶ電路にはサイリスクスイッチ２３ｂ
が図示極性のように介挿されている。これらサイリスタ
スイッチ２３ｍ、２３ｂ　。

リアクトル２５および前記ダイオード２４ａ、２４ｂで
回生カ行切換装置３２を構成している。２Ｂは前記サイ
リスタ変換器２１に並設され、交流電力を直流電力に変
換する順電力変換器である。この順電力変換器２Ｂの交
流入力側は変圧器２２ｂおよび交流遮断器（図示省略）
を介して図示しない商用周波電源母線に接続されている
。順電力変換器２Ｂの正側出力端は前記直流母線３に共
通接続され、負側出力端は前記負極母線３１に共通接続
されている。

次に上記のように構成された装置の動作を述べる。いま
図示の如く電車線５ｃ下に存在する電気車１５がカ行運
転を行なう場合は、サイリスタ変換器２１を図示しない
制御回路によって順変換器として駆動させるとともに、
サイリスクスイッチ２３ａ。

２３ｂを図示しない制御回路によってオフさせれば、サ
イリスタ変換器２１の直流側の一端からダイオード２４
ａ、直流母線３、第３ブリッジ回路１１ｃのダイオード
１２ｊ、サイリスク遮断器１４、ダイオード１２に、断
路器１３ｃおよび電車線５Ｃを介して電気車１５に直流
電力が供給されるとともに、順電力変換器２６の正側出
力端からも同様にして直流電力が供給される。次に例え
ば電車ｉ１＄５ｃに存在する電気車１５が回生運転を行
なう場合は、サイリスタ変換器２１を・図示しない制御
回路によって逆変換器として駆動させるとともに前記サ
イリスクスイッチ２３ａ。

２３ｂを図示しない制御回路によってオンさせる。

すると電気車１５の回生エネルギーは断路器１３Ｃ。

ダイオード１２１、サイリスタ遮断器１４、ダイオード
１２１．直流量４１３、サイリスタスイッチ２３ａ。

リアクトル２５、サイリスタ変換器２１および変圧器２
２ａを介して図示しない商用周波電源母線側へ回生され
る。またこのとき電気車１５の回生エネルギーは前記第
３図の場合と同様に電車９５ｍ又は５ｂ又は５ｄ下に連
なる図示しないカ行車両にも供給される。

かかる定常運転時に於て、例えば電車線５ａのＦ点で地
絡事故が発生したとする。この事故により順電力変換器
２Ｂから直流母線３、ダイオード１２ｂ。

サイリスタ遮断器１４、ダイオード１２ｃおよび断路器
１３ａを介して事故点Ｆに事故電流が流入するとともに
、サイリスタ変換器２１からダイオード２４ａ。

直流母線３、ダイオード１２ｂ、サイリスタ遮断器１４
、ダイオード１２ｃおよび断路器１３ａを介して事故点
Ｆに事故電流が流入し、さらにこの時回生運転中の電気
車、例えば電気車１５から断路器１３ｃ。

ダイオード１２ｉ１サイリスタ遮断器１４、ダイオード
１２１．直流母線３、ダイオード１２ｂ、サイリスタ遮
断器１４、ダイオード１２ｃおよび断路器１３ａを介し
て事故点Ｆに回生電力が流入する。このように上記経路
を介して事故点Ｆに事故電流が流れると、ブリッジ回路
１１ａの直流出力側と電車１１３５ａを結ぶ直流電路に
挿入される過電流継電器（図示省略）で事故電流を検知
し、この検知信号を以ってサイリスタ遮断器１４を図示
しない転流回路によってオフさせる。このような事故時
の保護動作により事故点ＦＣＣ波流込む事故電流が連断
され、事故電流が零になった時点で断路器１３ｍを開極
して事故電路のみを開放する。その後即座にサイリスタ
遮断器１４をオンさせれば、他の健全電車線下を走行す
る電気車（図示省略）の運転は継続される。

上記のように電車線下のカ行車両に流れるカ行電流およ
び電車線下の回生車両から直流母線側に流れる回生電流
がともに共通のサイリスタ遮断器を通流するように構成
したので、給電装置全体に必要とするサイリスタ遮断器
の個数は１個で済み装置価格を大幅に低廉化することが
できる。さらに、カ行用、回生用のサイリスタ遮断器は
単に１台であるので、事故時の保護動作が非常に容易で
保護装置そのものも簡素化できる。

尚、前記スイッチング制御素子はサイリスタ遮断器に限
らず同様の機能を有する他のものを使用しても良い。

（本発明の効果） 以上のように本発明によれば商用周波電源母線より入力
される交流電力を直流電力に変換して電気車にカ行電力
を供給する順電力変換装置と、該順電力変換装置の出力
側に設けた直流母線とセクションで区分された複数の電
車線とを結ぶ複数の直流電路と、該複数の直流電路を介
して導かれる直流回生電力を交流に逆変換して前記商用
周波電源母線側へ回生する逆電力変換装置とを有する直
流式電気鉄道の給電装置において、ダイオードをブリッ
ジ接続して構成され、入力側が前記複数の直流電路に各
々介挿されるとともに正側出力端どうしが共通接続され
、且つ負側出力端どうしが共通接続されたブリッジ回路
と、該ブリッジ回路の正負出力端間に接続されたスイッ
チング制御素子とを備えたので、装置の構成が簡単化さ
れて信頼性が向上するとともにスイッチング制御素子の
個数が１個で済み装置価格が大幅に低廉化する。また、
電気車の運転状態に応じて確実に電力の供給又は電力の
回生を行なうことができるとともに、どの電車線で短絡
事故が発生しても事故電流を確実に遮断して安全を確保
することができる。さらに１電車線下に存在する回生電
気車の回生エネルギーは商用周波電源母線側へ回生され
るばかりで無く、他の電車線下に存在するカ行電気車に
も供給されるので、電力利用率が著しく向上する。さら
に、事故時の保護動作が非常に容易で保護装置そのもの
も簡素化できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はともに従来の直流式電気鉄道の給
電装置を示す回路図、第３図は本発明の一実施例を示す
回路図、第４図は本発明の他の実施例を示す回路図であ
る。 １．２６　・・・・・・・・・順電力変換装置２・・・
・・・・・・・・・・・・逆電力変換装置３　・・・・
・・・・・・・・・・・直流母線５ａ〜５ｄ・・・・・
・電車線 １１ａ〜ｌｌｄ　・・・ブリッジ回路 １２ａ〜１２ｐ　・・・ダイオード １４・・・・・・・・・・・・・・・サイリスタ遮断器
１５・・・・・・・・・・・・・・・電気車ｔｅａ、１
６ｂ・・・・・・セクション２１・・・・・・・・・・
・・・・・サイリスタ変換器２３ｍ、２３ｂ・川・・サ
イリスクスイッチ２４ａ、２４ｂ・・・・・・ダイオー
ド２５・・・・・・・・・・・・・・・循環電流抑制用
リアクトル３２・・・・・・・・・・・・・・・回生力
行切換装置代理人　志賀富士弥 瞭

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）商用周波電源母線より入力される交流電力を直流
   電力に変換して電気車にカ行電力を供給する順電力変換
   装置と、該順電力変換装置の出力側に設けた直流母勝と
   セクションで区分された複数の電車線とを結ぶ複数の直
   流電路と、該複数の直流電路を介して導かれる回生電力
   を交流に逆変換して前記商用周波電源母線側・＼回生す
   る逆電力変換装置とを有する直流式電気鉄道の給電装置
   において、ダイオードをブリッジ接続して構成され、入
   力側が前記複数の直流電路に各々介挿されるとともに正
   側出力端どうしが共通接続され、且つ負側出力端どうし
   が共通接続されたブリッジ回路と、該ブリッジ回路の正
   負出力端間に接続されたスイッチング制御素子とを備え
   たことを特徴とする直流式電気鉄道の給電装置。
2. （２）前記スイッチング制御素子はサイリスタ遮断器か
   ら成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   直流式電気鉄道の給電装置。