JP5525331B2 - 直流電源装置 - Google Patents

Description

本発明の実施例は、直流回路に接続された直流遮断器に注入されるエネルギーを低減し得る直流電源装置に関する。

従来、電気鉄道用き電回路のような直流回路においては、真空遮断器や気中遮断器などの直流遮断器が接続され、回路の保護が行われている。このような直流回路には、リアクトルが接続され、事故時の電流変化率を小さくし、遮断が容易になるようにしている（例えば、特許文献１参照）。

この種の直流回路は、図５に示すように、変圧器１の二次側に整流器２が接続され、直流電力の供給が行われている。整流器２の正極性側には、直流遮断器３が接続され、き電線４を介して電車５に直流電力が供給されている。帰線路となるレール６は、整流器２の負極性側に接続されている。

一方、電車５が回生ブレーキを使用したときに生じる電力は、インバータ７を介して交流電力に変換され、回収されている。インバータ７側の直流回路には、数ｍHのリアクトル８が直列接続され、また、直列接続されたコンデンサ９と抵抗１０とが並列接続され、事故電流の電流変化率の抑制や過電圧などからの保護が行われている。

特開２０１０−４５９２０号公報

上記の従来の直流回路においては、短絡などの事故が発生すると、電流変化率が約１MＡ／ｓ、波高値が数ｋＡ〜数１０ｋＡの事故電流が流れる。この事故電流は、直流遮断器３で遮断することになるが、リアクトル８に蓄えられたエネルギーも同時に遮断しなければならない。リアクトル８に蓄えられるエネルギーは、１／２ＬＩ^２で求められ、５ｍHのリアクトル８を用いると、数１００ｋＪとなる。

このように直流遮断器３には、事故電流とリアクトル８に蓄積されたエネルギーとが加算されたものが注入され、接点などの消耗量が大きくなる問題があった。また、エネルギーに比例して操作力も大きくしなければならなかった。このため、リアクトル８に蓄積されるエネルギーを低減する必要があった。

本発明の実施例は上記問題を解決するためになされたもので、直流回路に直列接続されたリアクトルに蓄積されるエネルギーを低減し得る直流電源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の実施例による直流電源装置は、直流回路に電力を
供給する整流器と、前記整流器に直列接続された回路を保護する直流遮断器と、前記直流
遮断器に直列接続された電流変化率を小さくするリアクトルと、前記直流回路で発生され
た電力を回収するインバータと、前記リアクトルに並列接続された事故電流を分流させる
電気部材とを具備し、前記電気部材は、前記直流遮断器の開極指令に同期して閉路するス
イッチと、前記スイッチに直列接続された抵抗であることを特徴とする。

本発明の実施例１に係る直流電源装置の回路構成を説明する図。 本発明の実施例２に係る直流電源装置の回路構成を説明する図。 本発明の実施例３に係る直流電源装置の回路構成を説明する図。 本発明の実施例３に係る直流電源装置に用いる非線形抵抗体の特性図。 従来の直流電源装置の回路構成を説明する図。

本発明の実施例は、直流回路に接続されたリアクトルに、エネルギーを低減させる電気部材を並列接続し、事故電流をこの電気部材に分流させることにある。以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

先ず、本発明の実施例１に係る直流電源装置を図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係る直流電源装置の回路構成を説明する図である。なお、図１において、従来と同様の構成部分については、同一符号を付した。

図１に示すように、変圧器１の二次側には、整流器２が接続され、直流電力の供給が行われている。整流器２の正極性側には、直流回路を保護する真空や気中の直流遮断器３が接続され、き電線４を介して電車５に直流電力が供給されている。帰線路となるレール６は、整流器２の負極性側に接続されている。

一方、電車５が回生ブレーキを使用したときに生じる電力は、インバータ７を介して交流電力に変換され、回収されている。インバータ７側の直流回路には、並列接続された数ｍHのリアクトル８と数Ωの抵抗１１とが直列接続されている。また、インバータ７には、直列接続されたコンデンサ９と抵抗１０とが並列接続されている。

このような回路構成において、例えば、リアクトル８のインダクタンスを５ｍＨ、抵抗１１の抵抗値を１Ωとし、波高値１０ｋＡ、電流変化率１ＭＡ／ｓの事故電流が流れると、リアクトル８と抵抗１１とに事故電流がほぼ同様に分流する。このため、リアクトル８に蓄積されるエネルギーは、抵抗１１を接続しない場合の約１／４となる。上述の事故電流は、一般的な電気鉄道用き電回路で発生し得る大きさである。

なお、通常運転時では、電流変化率が１０ｋＡ／ｓ以下と低く、殆どの電流がリアクトル８に流れるので、並列接続した抵抗１１に流れる電流はごく僅かであり加熱などの影響を考慮する必要はない。抵抗１１の抵抗値は、事故電流通電時にリアクトル８で発生するインピーダンスと比べて同値以下にすることが好ましい。

ここで、事故時には、電流の周波数成分に比例してリアクトル８の抵抗が大きくなり、事故電流を抵抗１１に分流させるので、この抵抗１１を、リアクトル８に流れる事故電流を分流させる電気部材と称する。

上記実施例１の直流電源装置によれば、直流回路に直列接続したリアクトル８に、抵抗１１を並列接続しているので、事故電流がリアクトル８と抵抗１１に分流し、リアクトル８に蓄積されるエネルギーを抑制することができ、直流遮断器３の遮断時に注入されるエネルギーを低減させることができる。

次に、本発明の実施例２に係る直流電源装置を図２を参照して説明する。図２は、本発明の実施例２に係る直流電源装置の回路構成を説明する図である。なお、この実施例２が実施例１と異なる点は、リアクトルに接続する部材である。図２において、実施例１と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図２に示すように、リアクトル８には、直列接続した抵抗１２とスイッチ１３を、並列接続している。抵抗１２は、実施例１の抵抗１１よりも抵抗値を小さくすることができる。スイッチ１３は、直流遮断器３の開極指令に同期させて、開路から閉路するようになっている。

これにより、遮断時には、スイッチ１３が閉路し、事故電流を抵抗１２に分流させることができる。即ち、事故電流が流れ始めて波高値に達する前に、直流遮断器３に開極指令が発せられるので、リアクトル８に流れる電流を低減することができる。

ここで、抵抗１２とスイッチ１３とを、リアクトル８に流れる事故電流を分流させる電気部材と称する。

上記実施例２の直流電源装置によれば、直流遮断器３の開極指令に同期してスイッチ１３が閉路し、事故電流を分流させるので、リアクトル８に蓄積されるエネルギーを低減させることができる。

次に、本発明の実施例３に係る直流電源装置を図３、図４を参照して説明する。図３は、本発明の実施例３に係る直流電源装置の回路構成を説明する図、図４は、本発明の実施例３に係る直流電源装置に用いる非線形抵抗体の特性図である。なお、この実施例３が実施例１と異なる点は、リアクトルに接続する部材である。各図において、実施例１と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図３に示すように、リアクトル８には、酸化亜鉛素子のような非線形抵抗体１４を並列接続している。なお、酸化亜鉛素子単体を直並列して非線形抵抗体１４とすると、後述する端子間電圧Ｖ１をきめ細かく制御することができる。

非線形抵抗体１４の端子間電圧Ｖ１は、図４に示すように、リアクトル８に事故電流が流れたときに発生する電圧によって設定される。即ち、リアクトル８のインダクタンスを例えば、５ｍＨとし、事故電流の波高値を１０ｋＡ、電流変化率を１ＭＡ／ｓとすると、抵抗値が急変して低下する端子間電圧Ｖ１を５０００Ｖとしている。端子間電圧Ｖ１は、直流回路に接続されている整流器２などの電気機器の耐電圧値以下とする。なお、通常運転時の抵抗値は、１０００Ω以上の高抵抗である。

ここで、非線形抵抗体１４を、リアクトル８に流れる事故電流を分流させる電気部材と称する。

上記実施例３の直流電源装置によれば、事故電流通電時に、非線形抵抗体１４が低抵抗となり、事故電流を分流させるので、リアクトル８に蓄積されるエネルギーを低減することができる。

１ 変圧器
２ 整流器
３ 直流遮断器
４ き電線
５ 電車
６ レール
７ インバータ
８ リアクトル
９ コンデンサ
１０、１１、１２ 抵抗
１３ スイッチ
１４ 非線形抵抗体

Claims (1)

1. 直流回路に電力を供給する整流器と、
   前記整流器に直列接続された回路を保護する直流遮断器と、
   前記直流遮断器に直列接続された電流変化率を小さくするリアクトルと、
   前記直流回路で発生された電力を回収するインバータと、
   前記リアクトルに並列接続された事故電流を分流させる電気部材とを具備し、
   前記電気部材は、前記直流遮断器の開極指令に同期して閉路するスイッチと、
   前記スイッチに直列接続された抵抗であることを特徴とする直流電源装置。

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