JPH046568B2 - - Google Patents

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
によつ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力行運転
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つて交流電力に
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。順電力変換装置１の出力電力は
直流母線３、力行用サイリスタ遮断器４ａ，４
ｂ，４ｃ，４ｄおよび電車線５ａ，５ｂ，５ｃ，
５ｄを介して電車線下に存在する力行車両（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
車線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。力行用
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
つてオフされるものであり、これによつて順電力
変換装置１から直流母線３および力行用サイリス
タ遮断器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。力行用
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
前記のような短絡事故発生時に図示しない制御回
路によつてオフされるものであり、これによつて
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６ｄ、回生用サイリスタ遮断器
７、直流母線３および力行用サイリスタ遮断器４
ａ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
符号を持つて示し、その説明は省略する。第２図
の給電装置の特徴は前記力行用サイリスタ遮断器
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの両端に回生用サイリス
タ遮断器７ａ，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７ａ，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。尚力行電力を
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遮断器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
用サイリスタ遮断器７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを設
けているので、サイリス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図及び第２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
なく、装置の設備面積が拡大し、さらに給電装置
全体が非常に高価になる欠点があつた。

（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
の回生を行なうことができ、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
母線とセクシヨ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
るブリツジ回路を介挿し、該ブリツジ回路の端子
間に各々スイツチング制御素子（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ツチング制御素子（サイリス
タ遮断器）の個数を大幅に減らし、これによつて
装置構成の簡単化および装置価格の低廉化を計つ
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図にのいて第１図と同一部分は同
一符号を持つて示し、その説明は省略する。１１
ａはダイオード１２ａ〜１２ｄをブリツジ接続し
て成る第１ブリツジ回路である。この第１ブリツ
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。第１ブリツジ回路１１ａの端子間に
はスイツチング制御素子、例えば図示極性の第１
サイリスタ遮断器１４ａ接続されている。１１ｂ
はダイオード１２ｅ〜１２ｈをブリツジ接続して
成る第２ブリツジ回路である。この第２ブリツジ
回路１１ｂの入力側は直流母線３に接続され、出
力側は断路器１３ｂを介して電車線５ｂに接続さ
れている。第２ブリツジ回路１１ｂの端子間には
スイツチング制御素子、例えば図示極性の第２サ
イリスタ遮断器１４ｂが接続されている。１１ｃ
はダイオード１２ｉ〜１２ｌをブリツジ接続して
成る第３ブリツジ回路である。この第３ブリツジ
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を介して電車線５ｃに接続さ
れている。第３ブリツジ回路１１ｃの端子間には
スイツチング制御素子、例えば図示極性の第３サ
イリスタ遮断器１４ｃが接続されている。１１ｄ
はダイオード１２ｍ〜１２ｐをブリツジ接続して
成る第４ブリツジ回路である。この第４ブリツジ
回路１１ｄ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。第４ブリツジ回路１１ｄの端子間には
スイツチグ制御素子、例えは図示極性の第４サイ
リスタ遮断器１４ｄが接続されている。１５は電
気車、１６ａ，１６ｂは電車線を区分する為のデ
ツドセクシヨン、１７ａ，１７ｂはレールを各々
示す。尚、サイリスタ遮断器１４ａ，１４ｂ，１
４ｃ，１４ｄの転流回路およびブリツジ回路１１
ａ〜１１ｄの直流出力側と電車線５ａ〜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ある。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〜５
ｄには隣接する変電所（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線５ｃ下に存在する電気
車１５が力行運転中は、順電力変換装置１から直
流母線３、第３ブリツジ回路１１ｃのダイオード
１２ｊ、第３サイリスタ遮断器１４、ダイオード
１２ｋ、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、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。また電車線５ａ
（又は５ｂ又は５ｄ）下に存在する力行車両（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１
２ｎ）、サイリスタ遮断器１４ａ（又は１４ｂ又は
１４ｄ）、ダイオード１２ｃ（又は１２ｇ又は１２
ｏ）、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において、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
ｉ、サイリスタ遮断器１４、ダイオード１２ｌ、
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ととも
に、断路器１３ｃ、ダイオード１２ｉ、サイリス
タ遮断器１４、ダイオード１２ｌ、直流母線３お
よび前述した力行電力供給経路を介して電車線５
ａ（又は５ｂ又は５ｄ）下に連なる図示しない力
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１２ｂ、サイリスタ遮断器１４、ダイオ
ード１２ｃおよび断路器１３ａ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１３
ｃ、ダイオード１２ｉ、サイリスタ遮断器１４
ｃ、ダイオード１２ｌ、直流母線３、ダイオード
１２ｂ、サイリスタ遮断器１４ａ、ダイオード１
２ｃおよび断路器１３ａを介して事故点Ｆに事故
電流が流れ込み、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、ブリツジ回路１１ａの
直流出力側と電車線５ａ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、この検知信号を以つて順電力変換装置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）の検知信号を以つてサイリスタ遮断器１４ａ
を図示しない転流回路によつてオフさせる。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、事故電流が零になつた時
点で断路器１３ａを開極して事故電路のみを選択
遮断すると共に、順電力変換装置１を再起動して
給電を再開させ、これによつて他の健全電車線下
を走行する電気車（図示省略）は、前記地絡事故
の影響を受けること無く安定した運転状態を維持
することができる。

上記のように１電車線下の電気車に流れる力行
電流および１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が非常に少な
くてで済み装置価格を大幅に低廉化することがで
きる。また各直流電路のサイリスタ遮断器１４ａ
〜１４ｄは、地絡事故時に事故点に流入する順電
力変換装置よりの事故電流或いは回生電力、廻り
込み電力等を一括して遮断するので、事故時の保
護動作が非常に容易で保護系を簡素化でき信頼性
が向上するばかりでなく、運転全域に渡つて安定
した運転を行なうことができる。

（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
生力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つて示し、
その説明は省略する。２１は交流電力を直流電力
に交換して力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２２ａ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
スタスイツチ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
タスイツチ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ツチ２３ａ，２３
ｂ、リアクトル２５および前記ダイオード２４
ａ，２４ｂで回生力行切換装置３２を構成してい
る。２６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２６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２６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が力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つて順変換器
として駆動させるとともに、サイリスタスイツチ
２３ａ，２３ｂを図示しない制御回路によつてオ
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２４ａ、直流母線３、第３ブリ
ツジ回路１１ｃのダイオード１２ｊ、サイリスタ
遮断器１４、ダイオード１２ｋ、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流が供給される。次
に例えば電車線５ｃ下に存在する電気車１５が回
生運転を行なう場合は、サイリスタ変換器２１を
図示しない制御回路によつて逆変換器として駆動
させるとともに前記サイリスタスイツチ２３ａ，
２３ｂを図示しない制御回路によつてオンさせ
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１２ｉ、サイリスタ遮断器１
４ｃ、ダイオード１２ｌ、直流母線３、サイリス
タスイツチ２３ａ、リアクトル２５、サイリスタ
変換器２１および変圧器２２ａを介して図示しな
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
と同様に電車線５ａ又は５ｂ又は５ｄ下に連なる
図示しない力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点で短絡事故が発生したとする。この事故によ
り順電力変換器２６の出力側から直流母線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１４ａ、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１２ｉ、サイリスタ遮断器１４、ダイオ
ード１２ｌ、直流母線３、ダイオード１２ｂ、サ
イスタ遮断器１４ａ、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。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、ブリツジ回路１１ａの直流出力
側と電車線５ａを結ぶ直流通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
検知信号を以つてサイリスタ遮断器１４ａを図示
しない転流回路によつてオフさせる。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、事故電流が零になつた時点で断
路器１３ａを開極して事故電路のみを選択遮断す
る。これによつて他の健全電車線下を走行する電
気車（図示省略）は前記短絡事故の影響を受ける
こと無く安定した運転状態を維持することができ
る。

上記のように１電車線下の力行車両に流れる力
行電流および１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が非常に
少なくて済み装置価格を大幅に低廉化することが
できる。また直流母線３と電車線５ａ〜５ｄを結
ぶ直流電路毎にサイリスタ遮断器１４ａ〜１４ｄ
を設けたので、短絡事故が発生した直流電路のみ
を選択遮断することができ、これによつて他の健
全電車線下を走行する電気車は前記短絡事故の影
響を受けること無く安定した運転状態を維持する
ことができる。

尚、前記スイツ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
電気車に力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
クシヨ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
リツジ接続して構成され、前記複数の直流電路に
各々介挿されたブリツジ回路と、該ブリツジ回路
の正負出力端間に各々接続されたスイツチング制
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ツチング制御素
子の個数が非常に少なくて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、どの電車線で地絡事故が発生して
も事故電流を確実に遮断し安全を確保することが
できる。しかも地絡事故が発生した直流電路のみ
遮断することができるので、他の健全電車線下を
を走行する電気車は前記地絡事故の影響を受ける
こと無く安定した運転状態を維持することができ
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力行電気
車にも供給されるので、電力利用率が著しく向上
する。さらに回生用のサイリスタ遮断器が全く不
要であるので、事故時の保護動作が非常に容易で
保護系そのものも簡素化できる。

【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〜１１ｄ……ブリツジ回路、１２ａ〜
１２ｐ……ダイオード、１４ａ〜１４ｄ……サイ
リスタ遮断器、１５……電気車、１６ａ，１６ｂ
……セクシヨン、２１……サイリスタ変換器、２
３ａ，２３ｂ……サイリスタスイツチ、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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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力行電力を供給する
   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ヨ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、ダイオードをブリツ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たブリ
   ツジ回路と、該ブリツジ回路の正負出力端間に
   各々接続されたスイツ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 前記スイツ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。