JPH02106121A - 車両塔載用遮断器 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、電気車両等に搭載して、アーム短絡時等の事
故電流を検知した時に、高速度に主回路を開き、これに
よって主回路を遮断して制御装置等を保護する保護機能
を備えた車両搭載用遮断器に関する。

（従来の技術） 従来の上記車両搭載用遮断器としては、一般に第９図乃
至第１１図に示すＨ接点の高速度遮断器が使用されてい
た。

即ち、この種の有接点高速度遮断器は、電磁弁１とシリ
ンダ２とから主に構成され制御信号により接点３の通常
の開閉を行う投入釈放機構部４と、主回路の電流の異状
を検知して高速度に開極動作を行う主回路トリップ機構
部５と、この開極時に吹消コイル６の磁力によりアーク
を駆動伸長させてこれを冷却消失させるアークショート
７と、アームの短絡検知信号により高速度に開極動作を
行う低圧トリップ機構部８と、接点３の通常の開閉及び
上記両トリップ機構部５．８のトリップ動作の信号を■
すインターロック９とから主に構成されていた。

そして、主回路の電流がｒめセットされた１１盛り値に
達した瞬間に、主回路トリップ機（ＩＸ１部５が動作し
て高速度に開極し、またアーム短絡事故時には、外部か
らの信号により低圧トリップ機構部８か動作し、主回路
トリップ機構部５のトリップ動作よりも更に速く開極し
て、主回路を保護するようなされていた。

ここに、異状電流を検知してから主回路を遮断するまで
の時間が短ければ短いほどアークエネルギが小さいため
、この遮断が容易で制御装置に与える影響も小さくなる
。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記従来の一般的な有接点高速度遮断器
においては、その機械的な構成上、主回路トリップ機構
部におけるトリップ動作に約２０ｍ５ＱＱ程度の機械的
遅れか生じ、低圧トリップ機構部においては、上記主回
路トリップ機構部よりは速いものの、このトリップ動作
に約１０ｍ５ｅｃの機械的遅れが生じてしまい、高速開
極には機構的に限界があり、しかも、アーク遮断時或い
は投入釈放時等に騒音が発生してしまう。

更に、構造的にかなり複雑で、部品点数か多く、低床形
等、小形軽量化にも限度があるばかりでなく、機械的摩
耗や劣化、アーク遮断による部品の摩耗等により部品交
換が必要となって、保守点検こかなりの手間がかかって
しまういった問題点があった。

なお、近年、電気鉄道変電所等の地上設備においては、
フロン沸騰冷却式整流器等の最新の技術を使用したもの
が普及し静止化されており、き電設備も保守費軽減、無
電弧、無騒音の固体遮断器が一部実用化され、システム
の信頼性の向上、保守作業の省力化に役立っている。そ
して、この固体遮断器により、異状信号検知による保護
動作も高速、高性能化されており、変電所との保護強調
を取るためにも、車両の主回路の遮断性能を飛躍的に向
上させた車両搭載用遮断器の開発強くか望まれていた。

本発明は上記に鑑み、主回路の遮断性能を大幅に向上さ
せ、遮断時のアークや騒音の発生を無くすとともに、保
守の軽減を図り、更に小形軽量化を図ったものを提供す
ることを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明にかかる車両搭載用遮
断器は、主回路内にＧＴＯサイリスタを直列に接続し、
この開閉によるスイッチイング作用で該主回路の遮断を
行うよう構成するとともに、このＧＴＯサイリスタを熱
交換器の冷却部に圧接させてスタック内に一体的に収納
し、このスタック内に収納した熱交換器の冷却部を箱枠
内に密封するとともに、この放熱部を箱枠外に解放させ
て該スタックを箱枠内に配置したものである。

また、上記スタックと、ＲＴＯサイリスタにケート信号
を送るゲートドライブ装置と、主回路電流検知用の電流
検出器と、保護回路としてのサージ吸収器、直流電圧検
出器及び過電圧抑制用サイリスタ等とを一体にユニット
構成し、上記スタック内に収納した熱交換器の放熱部を
箱枠内に密封するとともに、この放熱部を箱枠外に解放
させて上記ユニットを箱枠内に配置することもできる。

（作　用） 上記のように構成した本発明によれば、アーム短絡事故
等による異状電流を検知した時の検知信号で、ＧＴＯサ
イリスタをオフ状態にして主回路を遮断することにより
、この検知から主回路の遮断までの時間を大幅に短縮し
、しかも、この遮断時にアークや騒音が発生することを
防止することができる。更に、ＧＴＯサイリスタを、走
行風を利用した熱交換器を介して常に効率良く冷却する
とともに、スタックを介して車両に搭載できる程度に小
形化を図り、更にＧＴＯサイリスタ等の交換の便を図る
ことかできる。

また、ＧＴＯサイリスタと熱交換器を収納したスタック
と、ＧＴＯサイリスタにゲート信号を送るゲートドライ
ブ装置と、主回路電流検知用の電流検出器と、保護回路
としてのサージ吸収器、直流電圧検出器及び過電圧抑制
用サイリスタ等とを一体にユニット構成することにより
、更に小形軽量化を図るとともに、予備品との交換、シ
ステムとしての保守及び内部瓶製配線等の便を図ること
かできる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図及び第２図は遮断器の全体側面図及び平面図を、
第３図はその回路図を夫々示す。

同図において、電源１０の主回路１１には、断流器１２
、電磁スイッチ１３及びフィルタリアクトル１４か直列
に接続されているとともに、開閉によるスイッチイング
作用でこの主回路１１を遮断を行うためのＧＴＯサイリ
スタ１５と、このサイリスタ１５に並列してダイオード
素子１６か接続されている。

このＧＴＯサイリスタ１５及びダイオード素子１６は、
第４図及び第５図に詳細に示すように、縦形に配置し上
下両端に絶縁スペーサ１７を介在させたスタック１８の
内部に、熱交換器として絶縁型ヒートパイプ１９の後部
の冷却部に所定の圧接力で圧接されて収納されていると
ともに、このヒートバイブ１９の先端の放熱部である放
熱フィン１９ａは、スタック１８の外部に突出した状態
に保持されている。

そして、第１図及び第２図に示すように、このスタック
１８をフレーム２０を介して箱枠２１内に配置した時、
パツキン２２を介して、絶縁型ヒートパイプ１つの冷却
部がこの箱枠２１の内部に密封され、放熱部である放熱
フィン１９ａが箱枠２１の外部に解放するよう構成され
ている。

史に、この箱枠２１の端部には、上記ヒートパイプ１９
の放熱フィン１９ａの周囲を囲み、これに効率良く走行
風を送るようにしたガイド２３ａを備えたカバー２３が
設けられ、このカバー２３の側壁や低壁には、多数の透
孔２３ｂが設けられて、車両走行時にこの透孔２３ｂを
通過した風が、ガイド２３ａ内を通過してこの放熱フィ
ン１９ａに当たるようになされている。

このように、絶縁型ヒートパイプ１つを使用するととも
に、走行風を積極的に活用することにより、ＧＴＯサイ
リスタ１５やダイオード素子１６の冷却性能を向上させ
、冷却の効率化を図ることによって、スタック１８の小
形軽量化を図り、車両の搭載を可能とするとともに、Ｇ
ＴＯサイリスタ１５やダイオード素子１６の交換等の保
守の便を図っているのである。

しかも、半導体素子たるＧＴＯサイリスタ１５によるス
イッチイング作用で、主回路１１を遮断するようにして
いるため、異状電流の検知から主回路１１の遮断までの
時間を、約１　ｍ５ｅｃ程度と飛躍的に短くすることが
できるとともに、この遮断電流が小さくすることができ
、このためアーク電圧に相当するサージ電圧を低くして
、制御装置に与える悪影響を大幅に減少させることがで
きる。

更に、″Ｒ３，流遮断時のアーク及び騒音の発生を防止
するとともに、機械的摩耗及び劣化、アーク遮断による
部品の１ｆ耗等がないため、部品交換や保守作業を大幅
に減少させることかできる。

また、第３図に示すように、上記ｃ　Ｔ　Ｏサイリスタ
１５に並列して、スナバダイオード２４、スナバコンデ
ンサ２５及びスナバ抵抗２６よりなるスナバ用品が接続
されている。このスナバダイオード２４は、上記スタッ
ク１７に支持台を介して取付けられ、スナバコンデンサ
２５及びスナバ抵抗２６は、このスタック１７の近傍て
上記フレム２０の上面に立設されている。

上記ＧＴＯサイリスタ１５は、回路図には示されていな
いが、ゲートドライブ装置２７からのゲ−ト信号によっ
て動作するものである。このゲートドライブ装置２７は
、光方式が採用されて、耐ノズル性の向上及び高速化が
図られているとともに、上記スタック１８の後方におい
て、フレーム２０の上面に立設されている。

上記主回路１１には、この回路１１を流れる電流を検知
するための電流検出器２８が、第３図に示すように、Ｇ
ＴＯサイリスタ１５に直列して接続され、更に保護回路
としてのサージ吸収器２つがこのＧＴＯサイリスタ１５
に並列して接続されている。これらの電流検出器２８及
びサージ吸収器２つは、上記フレーム２０に一体に立設
した鉤形の枠体３０の上面に固着されている。

この枠体３０の上方には、主回路端子３１が備えられ、
この主回路端子３１は主回路１１を司どるブスバー３２
と電気的に接続されて、このブスバー３２は直角に下方
に屈曲して上記スタック１８の側部に達している。

第３図に示すように、ＧＴＯサイリスタ１５のアノード
側とアース間には１．過電圧抵抗３３と過電圧抑制サイ
リスタ３４が直列に接続され、この過電圧抑制サイリス
タ３４に並列して直流電圧検出器３５が接続されて保護
回路が構成されている。

また、このＧＴＯサイリスタ１５のカソード側とアース
間には、フィルタコデンサ３６と直流電流検出器３７と
が並列して接続されている。更に、ＧＴＯサイリスタ１
５のアノード側とカソード側との間には、臨界制動抵抗
３８が並列して接続されている。

そして、上記保護回路としての過電圧抑制サイリスタ３
４は、上記ゲートドライブ装置２７の上面に載置され、
また直流電圧検出器３５は、上記枠体３０の上面に配置
されて夫々箱砕２０内に収納されているとともに、臨界
制動抵抗３８は箱枠３０外でカバー２３の内部に収納さ
れている。

上記のようにして、遮断装置は、一体にユニット構成さ
れ、パツキン３つを介在させて箱枠２０内に収納されて
いるのである。

このようにユニット構成することにより、従来の何節点
高速度遮断機との置換えを可能となすとともに、ｔｌｉ
独箱或いはインバータ装置箱及び遮断機箱等の取付は箱
枠の構成を容易となし、更に、内部及び繕装配線か容易
となすことができる。

上記主回路１１は、インバータ４０に入力され、このイ
ンバータ４０には、アーム短絡検出器４１か接続され、
インバータ側アーム短絡事故をこのアーム短絡検出器４
１て検知するようなされている。そして、このアーム短
絡検出器４１は、アーム短絡事故を検知した時に、ゲー
トドライブ装置２７にＧＴＯサイリスタ１５のオフ信号
を、全アムに一斉にオン信号を、断流器１２及び電磁ス
イッチ１３にこれらのオフ信号を、及び過電圧検出器か
らの信号とのオアゲート４２を介して過電圧抑制サイリ
スタ３４にトリガを夫々送るように構成されている。

これにより、第７図に示すように、断流器１２及び電磁
スイッチ１３をオン状態にすることにより、所定の時間
遅れでＧＴＯサイリスタ１５がオン状態となり、更に所
定の時間遅れでインバータゲートがスタートする。そし
て、インバータ側にアーム短絡事故が発生した時に、こ
の事故をアーム短絡検出器４１で検知して、ゲートドラ
イブ装置２７にＧＴＯサイリスタ１５のオフ信号を送り
、この信号に基づくゲートドライブ装置２７からのゲー
ト信号により、ＧＴＯサイリスタ１５をオフ状態にして
、主回路１１を遮断する。同時に、インバータ全アーム
−斉オン信号を送り、これにより全アームを一斉にオン
させてフィルタリアクトル１４の放電電流を分散させる
。同時に過電圧抑制サイリスタ３４にトリガを送り、こ
れにより架線側及びフィルタコンデンサ３６のエネルギ
を過電圧抵抗３３で消費させる。更に、断流器１２及び
電磁スイッチ１３へのオフ信号により、所定時間後これ
らをオフにし、しかる後に、インバータゲート及び全ア
ームをオフにするのである。

第８図は、他の実施例を示すもので、上記実施例と異な
る点は、熱交換器として冷却フィン４３を使用し、この
冷却フィン４３を箱枠２０の外の車側に突出させるとと
もに、箱枠２０内において、冷却フィン４３の後方にス
タッカ１８を横方向に配置し、ＧＴＯサイリスタ１５及
びダイオード素子１６を板ばね４４により所定圧力で冷
却フィン４３の方向に押圧させて、これらをスタッカ１
８内に所定の圧接力で収納した点にある。

この実施例の場合、電流容量の低いＧＴＯサイリスタ１
５及びダイオード素子１６を使用する場合に最適である
。

〔発明の効果〕

本発明は上記のような構成であるので、請求項１記載の
発明によれば、異状電流検知から主回路の遮断までの時
間を大幅に短縮することができ、これによって制御装置
等に与える影響を大幅に減少させて、主回路保護機能の
高い、従ってより安全な車両運行を確保することができ
る。

しかも、機械的摩耗や劣化、アーク遮断による部品の摩
耗がないため保守が容易であるばかりでなく、遮断時の
騒音やアークの発生がないため、安全性を高くすること
ができる。

更に、請求項２記載の発明によれば、上記の他に、予備
品との交換、システムとしての保守及び内部精製配線等
が容易となるばかりでなく、取付は箱枠の構造が比較的
簡単となり、更に従来の有節点高速度遮断機との置換え
が可能となるといった効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第７図は本発明の一実施例を示し、第１図は
一部を切断した全体側面図、第２図は同じく平面図、第
３図は回路図、第４図は各部品を収納した状態のスタッ
クを示す平面図、第５図は同じく側面図、第６図はカバ
ーを示す側面図、第７図はインバータアーム短絡時のシ
ーケンス図、第８図は他の実施例の要部を示す一部切断
の側面図、第９図乃至第１１図は従来例を示し、第９図
は側面図、第１０図は正面図、第１１図は背面図である
。 １１・・・主回路、１５・・・ＧＴＯサイリスタ、１６
・・・ダイオード素子、１８・・・スタック、１９・・
・絶縁型ヒートパイプ（熱交換器）、２１・・・箱枠、
２３・・・カバー、２４・・・スナバダイオード、２５
・・スナバコンデンサ、２６・・・スナバ抵抗、２７・
・・ゲートドライブ装置、２８・・・電流検出器、２９
・・・サージ吸収器、３３・・・過電圧抵抗、３４・・
・過電圧抑制サイリスタ、３７・・・直流電圧検出器、
４ｏ・・・インバータ、４１・・・アーク短絡検出器、
４３・・・冷却フィン（熱交換器）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、主回路内にＧＴＯサイリスタを直列に接続し、この
   開閉によるスイッチイング作用で該主回路の遮断を行う
   よう構成するとともに、このＧＴＯサイリスタを熱交換
   器の冷却部に圧接させてスタック内に一体的に収納し、
   このスタック内に収納した熱交換器の冷却部を箱枠内に
   密封するとともに、この放熱部を箱枠外に解放させて該
   スタックを箱枠内に配置したことを特徴とする車両搭載
   用遮断器。 ２、主回路内にＧＴＯサイリスタを直列に接続し、この
   開閉によるスイッチイング作用で該主回路の遮断を行う
   よう構成するとともに、このＧＴＯサイリスタを熱交換
   器の冷却部に圧接させて収納したスタックと、上記ＧＴ
   Ｏサイリスタにゲート信号を送るゲートドライブ装置と
   、主回路電流検知用の電流検出器と、保護回路としての
   サージ吸収器、直流電圧検出器及び過電圧抑制用サイリ
   スタ等とを一体にユニット構成し、上記スタック内に収
   納した熱交換器の冷却部を箱枠内に密封するとともに、
   この放熱部を箱枠外に解放させて上記ユニットを箱枠内
   に配置したことを特徴とする車両搭載用遮断器。