JPS62114401A - 電気鉄道車両の接地回路 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は電気鉄道車両の接地回路、特に電力用半導体
のスイッチングにより生ずる交流電圧ノイズが、車両中
の電気回路と各電気機器の収納箱との間、および電気回
路と車体との間の漂遊キャパシタンスによりノイズ電流
を誘起し、このノイズ電流が電気回路の接地をしている
車軸と、車体および収納箱の接地をしている車軸とを介
してレールに流れ、レールに接続されている信号機器等
に影響を及ぼす事を防止するようにした接地回路に関す
るものである。

〔従来の技術〕

従来の電気鉄道車両の接地回路を第２図に示九図におい
て、（１）は車体、（２）および（２ａ）は車軸（車輪
）、（３）および（３ａ）はそれぞれ車軸（２）および
（２ａ）に取付けられた接地用の第１のアースブラシお
よび第２のアースブラシ、（４）はレール、（５）は主
電動機、（６）は車両に搭載された電気機器であるチョ
ッパ制御装置等の収納箱、（７）はフィルタリアクトル
、（８）ハフィルタコンデンサ、（９）はチョッパ制御
装置のＧＴＯ（Ｇａｔｅ　Ｔｕｒｎ−ｏｆｆ　Ｔｈｙｒ
ｌｓｔｏｒ　）等の電力用半導体である電力スイッチン
グ素子、（１０）はフリーホイーリング・ダイオード、
そして（１１）はパンタグラフを示す。従来の接地回路
においては、電流工が流れる電気回路の帰線回路のため
の第１のアースブラシ（３）と、車体（１）および収納
箱（６）を接地するための第２のアースブラシ（３ａ）
とは独立させて、それぞれ別の車軸（２）、　（２ａ）
に取付けて、これに結線を行っていた。これは電流工が
流れる第１のアースブラシ（３）と車軸（２）の間には
電流通電による電圧降下ΔＶが生ずるため、車体（１）
の接地点を帰線回路の接地点と共通にすることが好まし
くないためである。すなわち、車体（１）および収納箱
（６）の接地は車軸（２ａ）および第２のアースブラシ
（３ａ）を介してレール（４）と同じ電位に接続される
ことで安定したものとなり、帰線回路の電流工により生
ずる第１のアースブラシ（３）における電圧降下ΔＶの
影響を受けない形としていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の電気鉄道車両の接地回路は以上のような構成にな
っていたので、車両内部の電気回路で発生する高周波の
ノイズ電流が、この電気回路と車体および収納箱との間
の漂遊キャパシタンスを介して、車体および収納箱の接
地のための第２のアースブラシへ流れ、さらにレールを
介して電気回路の帰線回路のための第１のアースブラシ
を通って環流することに対しては、何らの配慮もなされ
ていないという問題点があった。特に最近のＧＴＯ（Ｇ
ａｔｅ　Ｔｕｒｎ−ｏｆｆ　Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）、お
よびＦＩＴ　（電界効果形トランジスタ）を用いた電力
制御装置すなわちチョッパ制御装置では、スイッチング
速度がきわめて早いため、１００ＫＨ２〜１Ｍ１１ｚ帯
の高い周波数のノイズが発生し、わずかな漂遊キャパシ
タンスでも大きなスパイク状のノイズ電流が流れること
となり、信号機器等の地上設備に与える影響が大きくな
り、問題が顕在化してきている。

従来の接地回路における問題点をもう少し詳しく説明す
る。第３図には第２図に示した接地回路に流れるノイズ
電流が示されている。第３図において（１）〜（１１）
は第１図のものと全く同じである。

破線で示された（１２）は電気回路と収納箱（６）との
間の漂遊キャパシタンス、同じ（（１３ａ）および（１
３１））は電気回路と車体（１）の間の漂遊キャパシタ
ンスである。また、矢印崩は漂遊キャパシタンス（１２
）を介して流れるノイズ電流、ｉｗｚは漂遊キャパシタ
ンス（１３ａ）および（１３１１）を介して流れるノイ
ズ電流を示す。第３図において、例えばＡ点の電位はス
テップ状に上下する。このためＡ点の電位にある電気回
路の電気導体や電線からは、収納箱（６）との間の漂遊
キャパシタンス（１２）、および車体（１）との間の漂
遊キャパシタンス（１３ａ）および（１５に＋）を介し
てパルス状のノイズ電流ｉｎ＋、ｉｍｔが収納箱（６）
および車体（１）へ流れる。このような高周波のノイズ
電流崩。

ｉｗｚは車載のフィルタコンデンサ（８）より流れ出二
接地回路を介してフィルタコンデンサ（８）に戻ること
になる。すなわち、この径路としては、ノイズ電流ｉｙ
＋にて示すように漂遊キャパシタンス（１２）を介し収
納箱（６）から車体（１）へ、そして第２のアースブラ
シ（３ａ）、車軸（２ａ）、レール（４）、車軸（２）
、第１のアースブラシ（３）を通ってフィルタコンデン
サ（８）のアース側端子へと環流するものと、ノイズ電
流ｉｍｔにて示すように継部電線から漂遊キャパシタン
ス（１３ａ）および（１５１１）を介して車体（１）へ
、そしてあとはノイズ電流ｉｍｔにて示したのと同じ径
路にてフィルタコンデンサ（８）へと環流するものとが
ある。

第４図はこのようにしてレール（４）に流れるノイズ電
流を実際の車両と等価な条件のもとで測定した実測例を
示すものであるが、電力用半導体である電力スイッチン
グ素子（９）のスイッチングと同期してスパイク状のパ
ルス波高値１００Ａ〜２００Ａにも及ぶノイズ電流が観
測されている。また、第５図は第６図中のレール（４）
上のＢ点および０点の間にノイズ電流により発生したス
パイク電圧の実測例であるが、時間軸を拡大してノイズ
のパルス巾を示している。これ−ζよると急峻な高いス
パイク電圧は約ＩＭＨ２，それにつづく振動電圧は約１
００ＫＨ２といった高い周波数のオーダーとなっている
。

このようにして、車軸（２ａ）および（２）を経由して
レール（４）にノイズ電流ｉＮ＋　、　ｉＭｚが流れる
と、レール（４）に接続されている信号機器（図示せず
）およびレール（４）に信号電流を流している地上シス
テム（図示せず）に誤動作や動作不能といった悪影響を
与え、ひいては電気鉄道車両自体の運行も阻害するとい
う重大な事態をも招きかねない。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、レールに接続されたり、もしくは近接してい
る地上側の信号機器等に悪影響を及ぼすことを防止した
電気鉄道車両の接地回路を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明にかかる電気鉄道車両の接地回路では、電気回
路の帰線回路を接地している車軸と、車両中の電気機器
の収納箱および車体を接地している別の車軸とを介して
レールにノイズ電流が流れているという事実を調査、実
験等により確認したのに鑑み、電気回路の帰線回路のた
めの接地回路と収納箱および車体を接地するための接地
回路の間に、ノイズ電流をバイパスするためのバイパス
コンデンサを接続した。

〔作用〕

この発明においては、電気回路の帰線回路のための接地
回路のフィルタコンデンサのアース側端子と、収納箱お
よび車体を接地するための接地回路の収納箱および車体
とのそれぞれの間にバイパスコンデンサを接続したこと
により、高周波のノイズ電流に対してレールのインピー
ダンスよりもはるかに低いインピーダンスの回路がレー
ルに並列に接続されたことになり、ノイズ電流がほとん
どレールに流れなくなる。

〔実施例〕

第１図１こほこの発明による電気鉄道車両の接地回路の
一実施例を示す回路図を示す。第２図および第６図の従
来の接地回路と異なるところは、フィルタコンデンサ（
１１）のアース側端子と収納箱（６）および車体（１）
との間に、バイパスコンデンサ（１４）。

（１５）がそれぞれ接続されていることである。なお、
発明をより分り易くするために、フィルタコンデンサ（
８）のアース側端子を（８ａ）、このアース側端子（１
）と第１のアースブラシ（３）を接続する導線を（Ｌｌ
）とし、これらのフィルタコンデンサ（８）のアース側
端子（８ａ）、導線（Ｌｌ）および第１のアースブラシ
（６）からなる回路を、電気回路の帰線回路を接地する
ための第１の接地回路（Ｅｌ）とした。また、収納箱（
６）と車体（１）とを接続する導線を（Ｌ２）、車体（
１）と第２のアースブラシ（６ａ）とを接続する導線を
（Ｌ３）とし、これらの導線（Ｌ２）、（Ｌ３）および
第２のアースブラシ（３ａ）からなる回路を、収納箱（
６）および車体（１）を接地するための第２の接地回路
（Ｅ２）とした。さらに、電力スイッチング素子（９）
のスイッチングにより生ずるノイズ電流ｉｙ＋　、　ｉ
ｍｚは高い周波数帯域のものであるので、バイパスコン
デンサ（１４）および（１５）は高周波特性のものがよ
い。

第１図において、電気回路から漂遊キャパシタンス（１
２）を介して収納箱（６）へ流れるノイズ電流ｉｉｕは
、バイパスコンデンサ（１４）を通ってフィルタコンデ
ンサ（８）へ環流する。また、電気回路の議装配線と車
体（１）との間の漂遊キャパシタンス（１５ａ）および
（１３ｂ）を介して車体（１）へと流れるノイズ電流ｉ
ｎｚは、バイパスコンデンサ（１５）を通ってフィルタ
コンデンサ（８）へ環流する。ノイズ電流ｉｎ＋　、　
ｉＮｚの環流回路として従来の回路の場合に示した、収
納箱（６）および車体（１）→導線（Ｌ２）、（Ｌ３）
→第２のアースブラシ（３ａ）→車軸（２ａ）→レール
（４）→車軸（２）→第１のアースブラシ（３）→導線
（Ｌｌ）→フィルタコンデンサ（８）のアース側端子（
８ａ）を通る径路も依然として存在するが、鉄のレール
（４）の高周波インピーダンスが、バイパスコンデンサ
（１４）、（１５）に比べてはるかに高いこと、またレ
ール（４）を介するノイズ電流径路の距離長が車上のバ
イパスコンデンサ（１４）、（１５）の配線距離長より
長いために、高周波電流に対するインピーダンスも距離
長の大きい分だけさらに高くなるので、はとんどのノイ
ズ電流ｉｍ＋　、ｉＮｚがバイパスコンデンサ（１４）
、（１５）を介してバイパスされ、レール（４）に流れ
るノイズ電流ｉｎ＋　、ｉＭｚは非常に小さくなり、実
用上支障のないレベルとなる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば車両に搭載されている
電気回路の帰線回路のための第１の接地回路と、収納箱
および車体を接地するための第２の接地回路との間に、
電圧・電流および容量定格の小さいバイパスコンデンサ
を接続することにより、ノイズ電流をバイパスさせ、レ
ールに大きなノイズ電流が流れることを防止することが
でき、安価にして高いノイズ対策効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の電気鉄道車両の接地回路の一実施例
を示す回路図、第２図は従来の電気鉄道車両の接地回路
を示す回路図、第３図は第２図の接地回路の動作を説明
するためのノイズ電流径路の説明図、第４図は第２図中
のレールに流れるスパイク状ノイズ電流の実測例である
波形図、第５図は第２図のレール両端間に発生するノイ
ズ電圧の実測例である波形図である。 図において、（１）は車体、（２）は車軸（車輪）、（
３）は第１のアースブラシ、（５ａ）は第２のアースブ
ラシ、（４）はレール、（５）は主電動機、（６）は収
納箱、（７）はフィルタリアクトル、（８）はフィルタ
コンデンサ、（８ａ）はアース側端子、（９）は電力ス
イッチング素子、（１０）はフリーホイーリング・ダイ
オード、（１１）はパンタグラフ、（１２）と（Ｕａ）
と（１５１））は漂遊キャパシタンス、（１４）と（１
５）はバイパスコンデンサ、（Ｅｌ）は第１の接地回路
、（Ｅ２）は１１ｇ２の接地回路、（Ｌｌ）と（Ｌｌ）
と（Ｌ６）は導線である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 為１図 ２．２ａ　：　ＩＮ　（ｌｉｌＫ）　　　　　　　　　
　　　１０　　７リーホイー・ルク°・夕”イオード３
　才１の７−スつ°フレ　　　　　　　１１　　ｌしタ
フ°う７３０　　第２／１７−スコ゛うν　　　１２．
１３ａ、１３ｂ　　　凛ｉ＋ｖｔｉ−タース４　Ｌ−ル
　　　　　　　　　　＋４．＋５：Ｉでイハ０λフ′−
〒−１５：　　ＥＶ！力＠　　　　　　　　　　　　Ｅ
＋　　：　　７１　ｎ　椿ｑｉＷ６　　収、’ｆｆｉ繕
　　　　　　　　　　　Ｅ２　才２／ｌ待境回■号７　
　フィルタリックトノＬ　　　　　　Ｌｌ、Ｌｌ、口　
、１？漿８　　フィルタフ−チー／グ 笥３図 藻４図 縦軸：ｔ：た。１００７ンマア／巨盛 ＃ｌ雫１１１：時間１２ミリｔｒｉ目盛Ｎ−）５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電力用半導体を用いてスイッチング動作を行わせ
   る電気機器を含む電気回路を搭載した電気鉄道車両の接
   地回路であって、 上記電気回路中のフィルタコンデンサのアース側端子を
   車軸に取付けられた第１のアースブラシに接続する、上
   記電気回路の帰線回路を接地するための第１の接地回路
   と、 上記電気機器の収納箱および車体を上記第１のアースブ
   ラシとは別の車軸に取付けられた第２のアースブラシに
   接続する、上記電気機器の収納箱および車体をアース電
   位に接地するための第２の接地回路と、 上記第１の接地回路と第２の接地回路の間である、上記
   電気回路中のフィルタコンデンサのアース側端子と上記
   電気機器の収納箱との間、およびフィルタコンデンサの
   アース側端子と上記車体との間にそれぞれ接続されたバ
   イパスコンデンサと、を備えた電気鉄道車両の接地回路
   。