JPS62227828A - 直流電車き電方式 - 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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、変電所から直流き電線を介してき電すると共
に、電車線から直流電車に電力を供給する直流電車き電
力式に関する。

〔従来技術とその問題点〕

第４図は従来の直流電車にき電するき電力式を示す図で
ある。同図で従来方式を説明する。１゜２はき重用変電
所であり、電力系統から高圧又は特別高圧線１３．２３
で変電所に電力を引込む。変電所では変圧器１１．２１
で直流電車に適した電圧まで降圧する。降圧された交流
は半導体変換器１２．２２で直流に変換され、き電線３
で直流電車６１．６２に直流電力を供給する。直流電車
６１．６２はき電線３に接続した電車線４とレール５か
ら集電する。同図では６１はカ行運転している電車、６
２は回生制動運転している電車の場合で示している。

半導体変換器としては一般にダイオード整流器が多く用
いられているが、直流電車が回生制動材の場合で直流回
生電力が電力系統に戻される場合には半導体変換器とし
てサイリスタ変換器が使用される。

第４図でカ行運転車両がある場合に、回生制動運転が行
われると電車６２の回生電力は電車６１のカ行電力とな
る。変電所の変換器がダイオード整流器の場合には、常
に回生電力はカ行電力以下となる。逆変換可能な変換器
の場合で、回生電力が力行電力を越えると、その越えた
電力分は変電所から交流系統に回生される。

第４図においてＬ５は変電所１．２の間隔長を示す。変
電所間隔長り、は直流電圧の電圧がカ行運転の場合では
規定値以下に下がらないように、又回生運転では規定値
以上に上がらないように決められる。直流き電圧として
は１５００　Ｖが多く採用されている。１５００Ｖき電
々圧の場合多くは電車電圧がｌ１００Ｖ以下に下がらな
いように変電所間隔Ｌ５を決めている。この場合、変電
所間隔は電車の集電々力、き電線路、電車の運転ダイヤ
グラム等によって大きく異なるが、一般に３　ｋａ＋〜
５　ｋｍとなっている。

第５図は変電所０〜０間に電車が１編成ある場合の電車
の電圧と電車の位置との関係を、カ行運転の場合は実線
で、回生運転の場合は破線で示した図である。カ行電車
の位置が変電所■または■に至近の場合には、電車電圧
は変電所の送り出し電圧■ｄｏとなる。電車電圧は、電
車が変電所から離れるに従って、き電線と電車線の電圧
降下分だけＶｄ０より下がる。変電所間隔り、の中間点
で最も下がって、最小値Ｖｄ１□となる。この最小値Ｖ
ｄ、ｉ、、が規定値以上（例えばｌ１００Ｖ以上）にな
るように変電所間隔り、が決められる。第５図でり、は
次のようになる。

ここで、 Ｐ＝電車の消費電力［ｋＷ］ ｒ＝き電線、レールおよび電車線を含めたき電回路のｌ
　ｋｍあたりの抵抗〔Ω／　ｋｍ　）である。

（１）式で、１５００　Ｖ直流電車の例で示すと次のよ
うになる。

Ｖｄ、　＝１６５０Ｖ Ｖ　ｄ　Ｉ、１．．１＝１１００Ｖ 中間点付近を１０両編成の電車２編成が同時に走行して
いるとして、 Ｐ　＝　１０，０００　［ｋ　Ｗ） 又き電回路の抵抗を０．０４Ω／　ｋｍとすると、Ｌ、
＝３ｋｍ となる。

電車が回生制動運転で電力を変電所の変換器を介して回
生ずる場合（カ行運転車がない場合）は同図破線のよう
に電車線電圧は変電所送り出し電圧より高くなる。

次に、直流変電所の建設費用について考察してのる。

電力系統から特高受電する（一般に別々の電力系統から
２回線受電としている）ため特高引込線の建設費が高い
。また特高受電などのため変電所の建設面積も広く必要
で変電所建設費も高い。

以上のことから変電所の数はできるだけ少ないこと、す
なわち変電所間隔長はできるだけ長いことが望まれる。

このためには、（１）式から電車々圧を高めることが有
効であるが、電車電圧は例えば１５００　Ｖと固定され
ており、高められない。また間代から抵抗を減らすため
には、き電線の並列数を増すなど考えられるが、電柱な
どの支持強度から制約があるため、抵抗低減にも限度が
ある。

以上の理由から従来のき電力式では変電所間隔長は３〜
５　ｋｍとなり、変電所建設費が高くなる。

又変電所間隔が短いため、−変電所区間に入っている電
車数が少なく、且つ電車が通過する時間が短い。このた
め変電所設備にかかる電力負荷が間欠的になり、設備の
利用率が低いなどの問題点があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記に鑑み、き電々圧を高めて、変電
所間隔を長くしすることにより、き電システムの設備費
を低減し・ながらも、電車電圧を所要範囲に維持するこ
とを目的とする。

〔発明の要点〕

本発明の基本は、変電所からのき電線の電圧は電車電圧
より大幅に高めて電力を給電し、このき電線に順・逆両
方向に変換可能な半扉化直流−直流変換器を接続しこの
変換器によりき電々圧を電車電圧に降圧して電車線に給
電して、変電所間隔を大幅に長くすることにある。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の一実施例である。第４回と同一記号は
同一のものを示す。

７は主き電線で、電車電圧よりも高い電圧とする。当然
１１．１２および２１．２２はこの電圧にあったものと
なる。３は補助き電線で、従来のき電線と同じものであ
り、電車線４を介して電車６１〜６３に電力を供給する
。主き電ｖＡ７と補助き電線との間に、例えば従来のき
電線の変電所間隔相当毎に順・通雨方向に変換可能なチ
ョッパの如き半導体直流−直流変換器８１〜８３を設置
し、この変換器で主き電線の電圧を電車電圧に降圧する
。Ｐ、は高電圧の主き電線に接続される端子、Ｐ２は低
電圧の補助き電線に接続される端子で、Ｎはレールに接
続される端子である。

半導体直流−直流変換器８１〜８３は、電車がカ行時に
は順方向に変換動作をして電力を主き電線７から補助き
電線３に供給する降圧チョッパとして働き、電車が回生
制動時には逆方向に変換動作をして、電車電力を補助き
電線から主き電線に戻す昇圧チョッパとして働（。半導
体直流−直流変換器８１〜８３として使用する降・昇圧
チョッパの一例を第２図に示す。

第２図において、８１１．８１２はりアクドルとコンデ
ンサで構成される入出力フィルタであり、８１３が降圧
チョッパ用半導体スイッチ、８１４が昇圧チョッパ相半
ｍ体スイッチで、それらの半導体スイッチとしてＧ　Ｔ
　Ｏサイリスタを使用することができる。

第１図で８１〜８３のＮ端子はレールに接続しているが
、別に設けた負き電線に接続して適当な間隔でレールと
負き電線とを接続してもよい。

第３図は、本発明の実施例の動作をカ行運転の場合で説
明する図であり、■、■に変電所があって、変電所■と
変電所■との間の６ケ所（ａｌ、　（ｂｌ。

（ｃＬ　（ｄｉ、　（ｅ）、　（ｆ）に直流−直流変換
器を設置し、各直流−直流変換器間に電車がある場合に
おける電車電圧と主き電線の電圧を示した図である。同
図で曲線Ａが電車電圧の推移を示し、これは第５図と同
じような表し方である。曲線Ｂは主き電線電圧の推移を
表し、各変電所■、■での送り出し電圧はａ・Ｖｄ０と
している。

各地点（ａｌ、　（ｂｌ、　（ｃｌ、　（ｄ）、　ｔｅ
ｌ、　（ｆ）に設置された直流−直流変換器は、それぞ
れの設置点での主き電線電圧を所望の電車電圧Ｖｄ０に
降圧して補助き電線にき電する。

したがって、（ａ）　〜（ｂｌ、　（ｂ）　〜（ｃｌ、
　（ｃ）　〜（ｄｉ、　（ｄ）　〜（ｅ）。

（ｅ）〜（ｆ）間の間隔長をそれぞれ第５図の０〜０間
と同じ＜Ｌ、とすると、この間に電車がある場合にこれ
らの各区間の電車電圧の推移は第５図における推移と同
様となる。

主き電線電圧は変電所から遠ざかるに従って下がり（Ｃ
）もしくは（ｄ）点のあ・たりて最低となる。このＩｄ
低電圧となる地点で変換器の入力電圧、すなわち主き電
線の電圧がＶｄ、以下にならなければよい。

変電所と変電所との間に適当な間隔で設置する直流−直
流変換器としては高電圧大容量のものが必要である。近
年ＧＴＯサイリスクのような高電圧大容量の自己消弧形
素子が実用化されて来ており、このような素子を用いて
数ｋＶの直流−直流変換器も実現可能となって来たので
、木高電圧大容計直流−直流変換器は変電所よりは温か
に機器数も少なく、設置スペースも狭くて良く、建設費
は変電所より大幅に低減される。

〔発明の効果〕

本発明は変電所送り出し電圧を電車電圧より大幅に高め
てき電し、適当な間隔に設置した半導体直流−直流変換
器で電車電圧まで降圧するき電力式であるので次の効果
がある。

（１）　　変電所間隔を長（とれるので変電所の数が少
なくできる。

（２）半導体直流−直流変換器が新たに必要になるが、
（１１項の効果により、総合的には安価なき電システム
にできる。

（３）変電所機器の稼動率が高まるので、設備の使用効
率が向上し、このためき電システム全体の設備費を安く
できる。これは変電所間隔が長くなり、変電所区間に入
る電車数が増し、且つ変電所区間を通過する時間が長く
なるためである。

【図面の簡単な説明】

変ｔ！ｌ！！器の一実施例を示す図、第３図は第１図に
よる本発明の実施例の動作説明図、第４図は従来の直流
電車き電力式の実施例を示す概略図、第５図は第４図に
よる従来の実施例の動作説明図である。 １．２−変電所、３−き電線（第２のき電線）、４−電
車線、５−　レール、６１〜６３−直流電車、７−主き
電線（第１のき電線）、８１〜８４・−半ｍ体直流−直
流変換器。 壬２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 変電所から直流き電線を介してき電すると共に、電車線
   から直流電車に電力を供給する直流電車き電力式におい
   て、変電所より主き電線に電車電圧より高い電圧でき電
   し、変電所間に適当な間隔で１個又は複数個の順・逆両
   方向に変換可能な半導体直流−直流変換器を設置し、各
   設置点で、前記主き電線と、電車線に電力を供給する補
   助き電線とを当該半導体直流−直流変換器を介して接続
   し、両き電線間の電力授受を行うようにしたことを特徴
   とする直流電車き電力式。