JPH08205377A - き電設備の保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 事故電流の発生を確実に検出でき、しかも保
全が容易で安定した動作が可能なき電設備の保護装置を
提供する。 【構成】 直流母線ＤＢに直流電力を供給する供給回線
ＳＣ，および直流母線ＤＢに供給された直流電力を更に
各き電線Ｌに供給する直流回線ＤＣには、夫々、変流器
３８と遮断器３６とが接続され、更に各遮断器３６毎に
遮断器３６の開閉状態を検出する補助接点５６が設けら
れている。制御装置１８は、変流器３８および補助接点
５６による検出結果に基づき、直流母線ＤＢの地絡検
出、供給回線ＳＣの逆流検出、遮断機３６の遮断不能検
出といった異常検出処理を行う。この結果、従来この種
の処理のために用いられ、経年変化が大きく保全に手間
のかったアーク検知器等が不要となるため、保全が容易
になり動作も安定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気鉄道用直流変電所
等のき電設備において、き電線やその他設備の短絡事故
等により生じる過電流や逆電流等、事故電流の発生を検
出し、該事故電流を遮断してき電設備を保護するき電設
備の保護装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、鉄道の直流電化区間に設けら
れ、き電線を介して電車に運転用の直流電力を供給する
直流変電所において、方面別，上下線別に夫々設けられ
たき電線に所定の直流電力を分配するき電回路は、例え
ば図１１に示すように構成されていた。

【０００３】即ち、き電回路は、変成回路８０から出力
される所定電圧の直流電力を直流母線ＤＢに供給する複
数の供給回線ＳＣと、一端が直流母線ＤＢに接続され、
他端が断路器８２を介して夫々き電線Ｌに接続された複
数の直流回線ＤＣと、一端が直流母線ＤＢに接続され、
他端が共通母線ＣＢに接続された予備回線ＢＣとから構
成される。そして、各回線ＳＣ，ＤＣ，ＢＣは、直流母
線ＤＢに、事故等により所定以上の大電流が流れた場
合，及び外部からの開放指令が入力された場合に接点を
開放して電流を遮断する遮断器８４を介して接続され
る。また、供給回線ＳＣには、電流の逆流を検知する逆
流継電器８６が接続され、各直流回線ＤＣ及び予備回線
ＢＣには、き電線Ｌの短絡を検出する故障選択装置８８
と、各回線ＤＣ，ＢＣに流れる電流値およびそのピーク
値を検出する残留指針付直流電流計９０とが接続され、
更に、各遮断器８４の近傍には、遮断器８４の接点を開
放した際に生じるアークを検出することにより確実に電
流を遮断できたか否かを判定するアーク検知器９２が設
けられていた。

【０００４】なお、アーク検知器９２は、アークの発生
時に放射される紫外線を検出し、その強度に応じて所定
の電圧を出力する光電池により構成されている。また、
逆流継電器８６，故障選択装置８８および残留指針付直
流電流計９０は、夫々変流器を介して各回線ＳＣ，Ｄ
Ｃ，ＢＣに接続されている。更に、共通母線ＢＣは、断
路器９４を介して各き電線Ｌに夫々接続され、各断路器
８２，９４のき電線Ｌ側には、避雷器９６が設けられて
いる。

【０００５】そして、逆流継電器８６，故障選択装置８
８，アーク検知器９２が、異常を検出すると、夫々が個
別に所定の遮断器８４に対し開放指令を出力して、遮断
器８４を開放することにより、異常な電流が継続して流
れることを防止して設備の保護を図っていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、遮断器８４
は、その接点の開放時に発生するアークが他のものに接
触すると火災等を引き起こす虞があるため、通常、所定
の遮断器室内に納められており、また、アーク検知器９
２も、この遮断器室内に取り付けられていた。このた
め、アーク検知器９２の点検の際には、遮断器室内に入
らなければならず、高圧が印加された運転状態で遮断器
室内に入るのは危険であるため、設備を停電させる必要
があり、非常に手間を要するという問題があった。

【０００７】また、アーク検知器９２を構成する光電池
は、指向性を有するため、取付位置、取付角度の調整に
精度を要すると共に、経年変化により劣化して出力が低
下するため、常に、安定した検出能力を確保するには、
定期的に動作試験を行って調整する必要があり、取付や
保守に手間を要するという問題があった。

【０００８】更に、逆流継電器８６，故障選択装置８
８，アーク検知器９２は、夫々個別に異常検出を行って
いるため、直流母線ＤＢの地絡事故を検出できないとい
う問題があった。即ち、直流母線ＤＢが何等かの原因で
ある程度の抵抗分を介して接地（所謂、地絡）し、直流
母線ＤＢから負荷電流程度の事故電流が流出した場合、
直流母線ＤＢに接続された各回線ＳＣ，ＤＣ，ＢＣに
は、異常と判断されるような電流は流れないため、各回
線ＳＣ，ＤＣ，ＢＣ毎に、夫々が単独で異常の検出を行
っていたのでは、負荷電流であるか事故電流であるか区
別がつかず、直流母線ＤＢの地絡を検出できないのであ
る。

【０００９】本発明は、上記問題点を解決するために、
事故電流の発生を確実に検出でき、しかも保全が容易で
安定した動作が可能なき電設備の保護装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた請求項１に記載の発明は、電車の運転に使用
する直流電力を供給するために設けられた複数のき電線
に夫々接続された複数の直流回線と、該複数の直流回線
の一端を夫々接続する直流母線と、上記直流回線毎に設
けられ、該直流回線に流れる電流を遮断するための接点
を有し、当該直流回線に所定以上の電流が流れた場合、
或は外部からの開放指令が入力された場合に、上記接点
を開放する遮断手段と、を備えたき電設備の保護装置で
あって、上記直流回線毎に設けられ、該直流回線を流れ
る電流値及び電流方向を検出する電流検出手段と、該電
流検出手段が検出する電流値及び電流方向に基いて上記
直流母線に流入出する電流の異常を判定し、異常がある
と判断した場合には、所定の遮断手段に開放指令を出力
する演算手段と、を設けたことを特徴とする。

【００１１】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載のき電設備の保護装置において、上記演算手段
は、上記電流検出手段の検出結果に基づき、上記直流母
線に流入する全電流値と該直流母線から流出する全電流
値との差を算出する算出手段と、該算出手段にて算出さ
れた算出値の絶対値が所定値以上か否かを判定し、該算
出値が所定値以上である場合に、異常があると判断する
地絡判定手段と、を備えたことを特徴とする。

【００１２】次に、請求項３に記載の発明は、請求項１
または請求項２に記載のき電設備の保護装置において、
上記遮断手段毎に、上記接点の動作状態を監視する接点
監視手段を設け、更に、上記演算手段は、上記接点監視
手段の検出結果に基づき、上記各遮断手段が開放状態に
あるか否かを判定する開放判定手段と、開放状態にある
と判断された遮断手段を有する上記直流回線の上記電流
検出手段により検出された電流値が所定値以上か否かを
判定し、該電流値が所定値以上である場合に、異常があ
ると判断する遮断不能判定手段と、を備えたことを特徴
とする。

【００１３】また次に、請求項４に記載の発明は、請求
項１ないし請求項３のいずれかに記載のき電設備の保護
装置において、上記直流母線に直流電力を供給する少な
くとも１本の供給回線と、該供給回線に設けられ、該供
給回線に所定以上の電流が流れた場合、或は外部からの
開放指令が入力された場合に、上記直流母線との接続を
開放する遮断手段と、上記供給回線を流れる電流の電流
値及び流入出方向を検出する電流検出手段と、を備え、
更に、上記演算手段は、上記供給回線に接続された上記
電流検出手段により検出された電流が電力供給方向に流
れているか否かを判断し、電力供給方向とは逆方向に流
れている場合に、異常があると判断する逆流判定手段を
備えたことを特徴とする。

【００１４】

【作用および発明の効果】上記のように構成された請求
項１に記載のき電設備の保護装置においては、直流回線
毎に設けられた電流検出手段が、直流回線を流れる電流
値及び電流方向を検出し、演算手段が、該電流検出手段
が検出した電流値及び電流方向に基づいて直流母線に流
入出する電流の異常を判定し、異常があると判断した場
合には、所定の遮断手段に開放指令を出力し遮断手段に
接点を開放させて電流を遮断する。

【００１５】このように、異常を検出して遮断手段を開
放状態とすることにより、き電設備内に異常な電流が継
続して流れることを阻止することができ、き電設備を事
故電流などの異常電流から保護できる。また、異常の判
定を行うに際して、直流回線を流れる電流を検出できれ
ばよく、例えば変流器等により容易に検出が可能であ
る。しかも、変流器ならば経年変化も殆どないため、安
定した検出を行うことができ保全も容易である。

【００１６】次に、請求項２に記載のき電設備の保護装
置においては、演算手段が、算出手段と地絡判定手段と
を備えており、算出手段が、電流検出手段の検出結果に
基づいて、直流母線に流入する全電流値と該直流母線か
ら流出する全電流値との差を算出し、地絡判定手段が、
算出手段にて算出された算出値の絶対値が所定値以上か
否かを判定し、該算出値が所定値以上である場合に、直
流母線に流入出する電流に異常があると判断し、この場
合、直流母線は地絡していると判断する。

【００１７】従って、本発明によれば、従来装置では検
出不能であった直流母線の地絡を検出することができ
る。即ち、従来装置では、各回線毎に電流値を検出し、
個別に異常判定を行っていたのでは、各回線が接続され
た直流母線の状態を知ることができなかったのである
が、各回線の電流値を集めて演算処理することにより、
直流母線に流入出する電流値を算出することができ、直
流母線の異常判定が可能となったのである。

【００１８】また次に、請求項３に記載のき電設備の保
護装置においては、各遮断手段毎に、接点監視手段を設
けると共に、演算手段が、開放判定手段と遮断不能判定
手段とを備えている。そして、接点監視手段が、遮断手
段毎に、該遮断手段の接点の動作状態を監視し、開放判
定手段が、接点監視手段の検出結果に基づき、遮断手段
が開放状態にあると判断すると、遮断不能判定手段が、
開放状態にあると判断された遮断手段を有する直流回線
の電流検出手段により検出された電流値が所定値以上か
否かを判定し、該電流値が所定値以上である場合に、直
流母線に流入出する電流に異常があると判断し、この場
合、遮断手段が遮断不能状態にあると判断する。

【００１９】つまり、従来装置のように遮断不能時に発
生するアークを直接検出して遮断不能状態を判断するの
ではなく、接点の動作状態と直流回線に流れる電流とに
基づいて遮断不能状態を判断している。従って、本発明
によれば、アーク検出器を用いることなく遮断手段の遮
断不能状態を検出できる。

【００２０】また、接点の動作状態を監視する接点監視
手段は、接点の動作位置に応じて開閉を表す２値を出力
するものであればよく、また電流検出手段も変流器等、
一般的な機器を用いることができる。このように、本発
明によれば、検出性能の経年変化が大きく保全に手間を
要するアーク検知器のような特別な装置を用いる必要が
ないため、保全が容易になると共に、経年変化の少ない
安定した異常判定が可能となる。

【００２１】また、請求項４に記載のき電設備の保護装
置においては、遮断手段と電流検出手段とが設けられた
少なくとも一本の供給回線を有し、また、演算手段は、
逆流判定手段を備えている。そして、逆流判定手段が、
供給回線の電流検出手段により検出された電流が電力供
給方向に流れているか否かを判断し、電力供給方向とは
逆方向に流れている場合に、異常があると判断し、この
場合、供給回線の電流が逆流していると判断する。

【００２２】従って、本発明によれば、逆流継電器を設
けることなく供給回線における電流の逆流を検出でき
る。また、供給回線の電流を検出する電流検出手段は、
直流母線の地絡検出や遮断手段の遮断不能検出等にも使
用可能なため、既にこのような目的のために電流検出手
段が設けられていれば、単に、演算手段に、逆流判定手
段を設けるだけで容易に逆流継電器と同様の機能を実現
できる。

【００２３】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面と共に説明す
る。図２は、鉄道の直流電化区間において、電車に運転
用の直流電力を供給するために設けられたき電系設備の
概略構成を表す説明図である。

【００２４】図２に示すように、直流電化区間のき電系
設備は、外部より交流電力を受電し所定の直流電力に変
換してき電線Ｌに供給する直流変電所２、直流変電所２
の間隔が長くなり直流変電所２だけでは中間のき電線電
圧を所定値以上に確保できない場合や、き電線Ｌを区分
する場合に設けられるき電区分所４、き電区分所４と同
様にき電線Ｌの電圧降下を軽減するために設けられるき
電タイポスト６等を備えている。

【００２５】なお、き電線Ｌは、上り線，下り線別に設
けられており、き電線Ｌが正極、レールＲが負極となる
ように電圧が印加される。このうち、直流変電所２は、
図１に示すように、送電線（図示せず）から特別高圧
（例えば２２ＫＶ，６６ＫＶ，７７ＫＶ等）の交流電力
を受電するための受電回路８と、受電回路８にて受電し
た交流電力を受電母線ＲＢを介して取り込み、変圧，整
流して所定の直流電力（本実施例では１５００Ｖ）に変
換する変成回路１０と、受電母線ＲＢを介して交流電力
を取り込み、信号器や各駅の電灯・動力用の電源として
の高圧電源（例えば６ＫＶ）を供給する高圧配電回路１
２と、変成回路１０の出力として得られる直流電力を各
き電線Ｌに供給するき電回路１４と、変成回路１０から
き電回路１４を介してき電線に供給される直流出力を平
滑化するための平滑回路１６と、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡ
Ｍを中心に構成された周知のマイクロコンピュータから
なり、き電回路１４の各部に流れる電流、及びき電回路
１４に設けられた後述する遮断器３６の開閉状態に基づ
いて異常を判定し、異常がある場合に所定の遮断器３６
を開放するための開放指令等を出力する等の各種処理を
実行する制御装置１８とからなる。

【００２６】このうち、変成回路１０は、き電回路１４
に供給する電力量に応じて、或は事故時の予備のために
複数設けられており、各変成回路１０は、事故電流の遮
断を行い変成回路１０を保護する交流遮断器２０，及び
断路器２２、受電した特別高圧の交流電力を所定電圧
（本実施例では１２００Ｖ）に変圧する変圧器２４、変
圧器２４の出力を整流して所定の直流（１５００Ｖ）に
変換するシリコン整流器２６、交流遮断器２０と変圧器
２４との間に変流器２８を介して接続され、短絡や地絡
の事故を変成回路１０に流れる電流の変化から検出する
短絡選択継電器３０、過電流継電器３２等により構成さ
れている。

【００２７】また、き電回路１４は、変成回路１０の出
力である直流電力を直流母線ＤＢに供給する供給回線Ｓ
Ｃと、一端が直流母線ＤＢに接続され、他端が断路器３
４を介してき電線Ｌに接続され、方面別、上下線別に夫
々設けられた合計４本の直流回線ＤＣと、一端が直流母
線ＤＢに接続され他端が共用母線ＣＢに接続された予備
回線ＢＣとからなる。そして、供給回線ＳＣ，直流回線
ＤＣ，及び予備回線ＢＣは、所定以上の電流が流れる
か、外部から開放指令が入力されると接点を開放して電
流を遮断する遮断器３６を介して直流母線ＤＢに接続さ
れると共に、各回線ＳＣ，ＤＣに流れる電流を検出する
変流器３８が夫々接続されている。なお、各変流器３８
の出力は、信号線を介して制御装置１８に入力されてい
る。また、各遮断器３６と制御装置１８との間には、遮
断器３６の開閉状態を制御装置１８に通知するための信
号線と、遮断器３６の接点の開放を指令する開放指令を
制御装置１８から遮断器３６に通知するための信号線と
が設けられている。更に、直流回線ＤＣ及び予備回線Ｂ
Ｃには、き電線Ｌの短絡等を検出するための故障選択装
置４０が変流器４２を介して接続されている。また、共
用母線ＣＢは、断路器４４を介して各き電線Ｌに接続さ
れており、断路器３４，４４のき電線Ｌ側には、き電線
Ｌを介して雷等による異常電圧が直流変電所２内に侵入
することを防ぐための避雷器４６が夫々接続されてい
る。

【００２８】なお、共用母線ＣＢは、各直流回線ＤＣの
遮断器３６等が故障した場合、また、直流回線ＤＣの点
検のために送電を停止する場合に、予備回線ＢＣを介し
てき電線Ｌへの電力の供給を継続できるようにするため
に設けられたものである。次に、図３は、遮断器３６に
おいて、本発明に関係する接点の開閉に関係する部分の
みの概略構成を示す説明図である。

【００２９】図３に示すように、遮断器３６は、主電流
の出力側に接続された固定接点４８と、主電流の入力側
に接続され、所定位置で固定接点４８と接触するよう支
点Ｐを軸として回動可能に形成された可動接点５０と、
可動接点５０を固定接点４８から引き離す方向に付勢す
る開放バネ５２と、可動接点５０に操作杵５４を介して
接続され、固定接点４８と可動接点５０とによる接点の
開閉に応じて動作し、制御装置１８に対して接点の開閉
状態を通知するための信号を出力する補助接点５６と、
可動接点５０に取り付けられた接極子５０ａを吸引する
ことにより可動接点５０を回動させ、固定接点４８に接
触させる電磁石５８と、電磁石５８に接極子５０ａを吸
引させる磁束を生じさせる保持コイル６０と、保持コイ
ル６０に所定の保持電流を流すと共に、制御装置１８よ
り開放指令が入力されると保持電流の出力を停止する保
持電流制御回路６２と、主電流の入力側に直列に接続さ
れ、主電流に応じて保持コイル６０が生成する磁束とは
逆方向の磁束を電磁石５８に発生させる引き外しコイル
６４と、引き外しコイル６４と並列に接続され、所定の
インダクタンス分を有し、主電流が急激に変化した場合
に、引き外しコイル６４に電流が分流する比率を大きく
する誘導分路６６とを備えている。

【００３０】このように構成された遮断器３６では、保
持コイル６０に所定電流を流して電磁石５８に接極子５
０ａを吸引させることにより、固定接点４８と可動接点
５０とによる接点が閉じ、主電流が所定以上に大きくな
り、引き外しコイル６４に所定以上の電流が流れると、
保持コイル６０による磁束が打ち消されることにより、
電磁石５８の吸引力が打ち消され、接極子５０ａは開放
バネ５２に引っ張られて接点が開放する。なお、主電流
の変動が比較的緩やかな場合は、引き外しコイル６４と
誘導分路６６とには、夫々の抵抗分に反比例した電流が
流れるため、主電流に応じて上述の接点を開放する動作
が行われるが、主電流が急激に変化した場合は、誘導分
路６６のインダクタンス分の影響により、引き外しコイ
ル６４に分流する主電流の比率が大きくなるため、主電
流が所定値以下であっても上述の接点を開放する動作が
起動される。

【００３１】そして、接点が開放すると、可動接点５０
が操作杵５４を押して補助接点５６を動作させることに
より、開放状態を通知する開放通知信号が出力される。
また、制御装置１８より保持電流制御回路６２に開放指
令が入力され、保持電流制御回路６２が保持コイル６０
への電流の供給を停止すると、引き外しコイル６４の状
態に関わらず電磁石５８の保持力が消えるため接点は開
放される。

【００３２】以上のように構成された、直流変電所２に
おいて、受電回路８にて受電した特別高圧の交流電力
は、変成回路１０にて所定の直流電力に変換された後、
き電回路１４の供給回線ＳＣを介して直流母線ＤＢに供
給され、更に、直流母線ＤＢから直流回線ＤＣを介して
各き電線Ｌに供給される。

【００３３】このとき、制御装置１８は、各供給回線Ｓ
Ｃ，及び直流回線ＤＣに接続された各変流器３８を介し
て電流の方向とその電流値を検出すると共に、遮断器３
６の補助接点５６を介して遮断器３６の開閉状態を検出
しており、その検出結果に基づいて異常判定を行い、異
常があると判断すると、所定の遮断器３６に開放指令を
出力し事故電流を遮断する等して、直流変電所２内の各
設備を保護する。

【００３４】ここで、制御装置１８において実行される
異常検出処理、即ち地絡検出処理、逆流検出処理、遮断
不能検出処理について詳しく説明する。なお、制御装置
１８では、電源が投入されると初期化処理を実行し、後
述するフラグＦｂ，Ｆｊ，Ｆｇの値を０に初期化する等
した後、周期的（本実施例では１ｍｓｅｃ周期毎）に各
異常検出処理を実行する。

【００３５】また、各供給回線ＳＣおよび直流回線ＤＣ
に設けられた変流器３８は、直流母線ＤＢに流入する電
流を＋（プラス）とし、直流母線ＤＢから流出する電流
を−（マイナス）として電流値を読み込むようにされて
いる。まず、直流母線ＤＢが所定の抵抗値を持った状態
で接地された場合（所謂、地絡）を検出する地絡検出処
理を、図４に示すフローチャートに沿って説明する。

【００３６】図４に示すように、本処理が実行される
と、まず、Ｓ１１０にて、各供給回線ＳＣおよび直流回
線ＤＣに設けられた全ての変流器３８より電流値Ｉを読
み込み、続くＳ１２０にて、読み込んだ電流値を総て加
算して総和電流値Ｉｂを算出してＳ１３０に進む。

【００３７】Ｓ１３０では、総和電流値Ｉｂが所定電流
値（本実施例では１０００Ａ）以上であるか否かを判断
し、総和電流値Ｉｂが１０００Ａより小さければ、Ｓ１
４０に移行してフラグＦｂを０にセットして本処理を終
了し、総和電流値Ｉｂが１０００Ａ以上であれば、Ｓ１
５０に移行する。

【００３８】Ｓ１５０では、総和電流値Ｉｂが所定電流
値（本実施例では５０００Ａ）以上であるか否かを判断
し、総和電流値Ｉｂが５０００Ａ以上であれば、Ｓ１６
０に移行して設定時間Ｔｂを所定時間（本実施例では１
０ｍｓｅｃ）に設定後、Ｓ１８０に進み、総和電流値Ｉ
ｂが５０００Ａより小さければ、Ｓ１７０に移行して所
定電流５０００Ａと総和電流値Ｉｂの比に所定時間１０
ｍｓｅｃを剰じた値を設定時間Ｔｂとして設定後、Ｓ１
８０に進む。

【００３９】Ｓ１８０では、フラグＦｂが１にセットさ
れているか否かを判断し、フラグＦｂが１にセットされ
ていれば、そのままＳ２００に移行し、フラグＦｂが１
にセットされていなければ、Ｓ１９０に移行し、フラグ
Ｆｂを１にセットすると共に、タイマｔｂをスタートさ
せた後、Ｓ２００に進む。

【００４０】Ｓ２００では、タイマｔｂの値が設定時間
Ｔｂ以上であるか否かを判断し、タイマｔｂの値が設定
時間Ｔｂより小さければ、そのまま本処理を終了し、タ
イマｔｂの値が設定時間Ｔｂ以上であれば、Ｓ２１０に
進む。Ｓ２１０では、全遮断器３６に対して開放指令を
出力した後、フラグＦｂを０にセットし、タイマＴｂを
停止させて本処理を終了する。

【００４１】このように、地絡検出処理においては、直
流母線ＤＢに流入出する電流の総和電流値Ｉｂが、所定
電流（１０００Ａ）以上の電流が所定時間以上継続して
流れた場合に異常であると判定しており、しかも、電流
が大きいほど短時間で異常と判定するようにされてい
る。即ち、図５において斜線で示す領域に該当するよう
な電流が流れた場合に、異常と判断されるのであり、総
和電流値Ｉｂが１０００Ａより小さいか、その継続時間
が１０ｍｓｅｃに達しない時には、異常と判定されるこ
とはなく、総和電流値Ｉｂが１０００Ａの時には、５０
ｍｓｅｃ以上継続して電流が流れると異常であると判定
され、総和電流値Ｉｂの増加に反比例して異常と判定さ
れるまでに要する継続時間が短くなり、５０００Ａ以上
では、１０ｍｓｅｃ以上継続して電流が流れると異常で
あると判定される。

【００４２】通常、供給回線ＳＣから直流母線ＤＢに流
入する電流値の合計と、直流母線ＤＢから直流回線ＤＣ
を介して流出する電流値の合計とは、略同じ値になり、
本処理にて算出される総和電流値Ｉｂは、略０Ａになら
なければならないのであるが、地絡した場合には、流入
出する電流値が同じにならないため、総和電流値Ｉｂは
０Ａにはならないため、この方法により地絡を検出でき
るのである。

【００４３】次に、電流が一方向に流れるべき回線（本
実施例では供給回線ＳＣ）において、所定以上の電流が
逆方向に流れている場合を検出する逆流検出処理を図６
に示すフローチャートに沿って説明する。なお、本処理
は、各供給回線ＳＣ毎に実行される。

【００４４】図６に示すように、本処理が実行される
と、まず、ステップ３１０にて、処理の対象となってい
る供給回線ＳＣに設けられた変流器３８より電流値Ｉｇ
を読み込み、Ｓ３２０に進む。Ｓ３２０では、読み込ん
だ電流値Ｉｇが所定電流値（本実施例では−１０００
Ａ）以下であるか否か、即ち直流母線ＤＢから流出する
方向（供給回線ＳＣの逆流方向）にその絶対値が１００
０Ａ以上の電流が流れたか否かを判断し、電流値Ｉｇが
−１０００Ａより大きければ、即ち直流母線ＤＢに流入
する方向（順方向）に電流が流れたか、逆流方向に流れ
ても１０００Ａより小さければ、Ｓ３３０に移行してフ
ラグＦｇを０にセットして本処理を終了し、電流値Ｉｇ
が−１０００Ａ以下であれば、即ち、逆流方向に１００
０Ａ以上の電流が流れたのであれば、Ｓ３４０に移行す
る。

【００４５】Ｓ３４０では、電流値Ｉｇが所定電流値
（本実施例では−５０００Ａ）以下であるか否か、即
ち、供給回線ＳＣの逆流方向にその絶対値が５０００Ａ
以上の電流が流れたか否かを判断し、電流値Ｉｇが−５
０００Ａ以下であれば、即ち逆流方向に５０００Ａ以上
の電流が流れたのであれば、Ｓ３５０に移行して設定時
間Ｔｇを所定時間（本実施例では１０ｍｓｅｃ）に設定
後、Ｓ３７０に進み、電流値Ｉｇが−５０００Ａより大
きければ、即ち、逆流方向にその絶対値が１０００Ａ以
上で５０００Ａより小さい電流が流れたのであれば、Ｓ
３６０に移行して所定電流の絶対値５０００Ａと読込電
流値の絶対値｜Ｉｇ｜との比に所定時間１０ｍｓｅｃを
剰じた値を設定時間Ｔｇとして設定後、Ｓ３７０に進
む。

【００４６】Ｓ３７０では、フラグＦｇが１にセットさ
れているか否かを判断し、フラグＦｇが１にセットされ
ていれば、そのままＳ３９０に移行し、フラグＦｇが１
にセットされていなければ、Ｓ３８０に移行してフラグ
Ｆｇを１にセットすると共に、タイマｔｇをスタートさ
せた後、Ｓ３９０に進む。

【００４７】Ｓ３９０では、タイマｔｇの値が設定時間
Ｔｇ以上であるか否かを判断し、タイマｔｇの値が設定
時間Ｔｇより小さければ、そのまま本処理を終了し、タ
イマｔｇの値が設定時間Ｔｇ以上であれば、Ｓ４００に
進む。Ｓ４００では、全遮断器３６に対して開放指令を
出力した後、フラグＦｇを０にセットし、タイマＴｇを
停止させて本処理を終了する。

【００４８】つまり、逆流検出処理においては、供給回
線ＳＣに、所定電流（逆流方向に１０００Ａ）以上の電
流が所定時間以上流れた場合に異常であると判断してお
り、しかも、電流の大きさに応じて、電流が大きいほど
短時間で異常と判断するようにされている。なお、異常
であると判断される領域は、図５において、総和電流値
Ｉｂを電流値Ｉｇに置き換えて、その値をマイナスにし
た場合と同じになる。

【００４９】次に、遮断器３６が開放されているにも関
わらず、電流が流れ続けている場合を検出する遮断不能
検出処理を図７に示すフローチャートに沿って説明す
る。なお、本処理は、各回線ＳＣ，ＤＣ，ＢＣ毎に実行
される。図７に示すように、本処理が実行されると、ま
ず、Ｓ４１０にて、処理の対象となっている回線ＳＣま
たはＤＣ，ＢＣに設けられた遮断器３６の補助接点５６
の出力である遮断器３６の開閉状態Ｐｊを読み込み、Ｓ
４２０にて、遮断器３６は開放状態にあるか否かを判断
し、開放状態であれば、Ｓ４３０に移行して変流器３８
を介して電流値Ｉｊを読み込む。

【００５０】続くＳ４４０では、読み込んだ電流値の絶
対値｜Ｉｊ｜が、所定電流（本実施例では１０００Ａ）
以上か否かを判断し、所定電流以上であれば、Ｓ４５０
に移行する。なお、Ｓ４４０にて、読み込んだ電流値の
絶対値｜Ｉｊ｜が１０００Ａより小さい場合、また、先
のＳ４２０にて遮断器３６は開放状態でないと判断され
た場合には、Ｓ４９０に移行し、フラグＦｊを０にセッ
トした後、本処理を終了する。

【００５１】Ｓ４５０では、フラグＦｊが１にセットさ
れているか否かを判断し、１にセットされていればその
ままＳ４７０に移行し、１にセットされていなければＳ
４６０に移行して、フラグＦｊを１にセットしタイマｔ
ｊをスタートさせた後、Ｓ４７０に移行する。

【００５２】Ｓ４７０では、タイマｔｊがスタートして
から所定時間（本実施例では、１００ｍｓｅｃ）が経過
したか否かを判断し、所定時間が経過していなければ、
そのまま本処理を終了し、所定時間が経過していれば、
Ｓ４８０に移行する。Ｓ４８０では、本処理の対象とな
った回線ＳＣまたはＤＣ，ＢＣに接続された遮断器３６
以外の全遮断器３６に対して開放指令を出力した後、フ
ラグＦｊを０にセットし、タイマＴｊを停止後、本処理
を終了する。

【００５３】つまり、何等かの原因で遮断器３６が作動
し、補助接点５６により遮断器３６の開放が検出された
にも関わらず、所定値（１０００Ａ）以上の電流が所定
時間（１００ｍｓｅｃ）以上流れ続けた場合、遮断器３
６は、遮断不能に陥っているものと判断している。

【００５４】このような遮断不能の原因としては、例え
ば、遮断器３６の開放時に接点間に生じるアークが消滅
しない場合があり、これを検出するために従来装置で
は、アーク検知器９２を備えていたが、本処理によりこ
れと同等の機能を実現できるのである。

【００５５】以上説明したように、直流直流変電所２に
おいては、各供給回線ＳＣおよび直流回線ＤＣには、変
流器３８と遮断器３６とが接続され、更に、遮断器３６
には補助接点５６が設けられており、制御装置１８は、
変流器３８および補助接点５６により検出される電流値
とその流入出方向、及び、遮断器３６の開閉状態に基づ
き、地絡検出処理、逆流検出処理、遮断不能検出処理と
いった各種異常検出処理を行っている。

【００５６】つまり、従来装置に設けられていた逆流継
電器８６やアーク検知器９２を用いることなく、逆流検
出処理や遮断不能検出処理により、供給回線ＳＣにおけ
る電流の逆流、や、各回線ＳＣ，ＤＣ，ＢＣに設けられ
た遮断器３６の遮断不能といった異常を検出できる。

【００５７】また、各回線ＳＣ，ＤＣ，ＢＣにおける電
流値は、制御装置１８に集められて制御されるため、各
回線ＳＣ，ＤＣ，ＢＣ毎に電流の最大値を検出する処理
プログラムと、該処理プログラムにて検出された最大値
を格納するメモリと、必要に応じてメモリに格納された
最大値を表示可能な表示装置とを用意すれば、従来装置
に設けられていた残留指針付直流電流計９０を必要とす
ることなく、電流の最大値を記録することができる。し
かも、従来装置のように残留指針付直流電流計９０が取
り付けられている現場へ行かなくても、データを読み取
ったり、値の初期化ができるので点検も容易にできる。

【００５８】このように、本実施例によれば、従来装置
に比べて、逆流継電器８６、アーク検知器９２、残留指
針付直流電流計９０等を省略することができるため、設
備全体を小型化できると共に、これらの装置で消費され
ていた電力が削減されるので、設備全体の消費電力を低
減できる。

【００５９】更に、各回線ＳＣ，ＤＣ，ＢＣの電流値及
び電流の方向を検出する変流器３８は、従来装置のアー
ク検知器９２等とは異なり、任意な位置に取り付けるこ
とができるため、比較的安全な位置に配設することがで
き、しかも、アーク検知器９２に比べて、取付や調整に
精度を要することがなく、また、経年変化も殆どないの
で、取付や保全が容易になると共に、安定した機能を実
現できる。

【００６０】また、本実施例によれば、各回線ＳＣ，Ｄ
Ｃ，ＢＣにおける電流値は、制御装置１８に集められて
一括して制御されるため、制御装置１８において、これ
ら電流値の演算や判定を容易に行うことができ、その結
果、本実施例によれば、従来装置では検出できなかった
直流母線ＤＢの地絡事故を検出できる。

【００６１】即ち、直流母線ＤＢが地絡することによ
り、負荷電流と同程度の事故電流が流れた場合、従来装
置では、各回線毎に電流の大きさを検出しているので、
事故電流か負荷電流かを区別できないのであるが、本実
施例によれば、地絡検出処理において各回線ＳＣ，ＤＣ
を介して正常に直流母線ＤＢに流入出する電流値の総和
を求めることにより、正常な経路以外での電流の流入出
があれば、総和電流値Ｉｂが０Ａから大きく外れるた
め、これに基づき地絡事故を検出できるのである。

【００６２】また更に、制御装置１８により各回線に流
れる電流の監視、遮断器３６の接点の監視、および遮断
器３６の開閉制御を行っているので、これらに基づき設
備各部の動作確認を行うプログラムを用意すれば、自動
的に設備の点検等を行わせることができ、保全の省力化
を図ることができる。

【００６３】次に、き電区分所４およびき電タイポスト
６について説明する。き電区分所４は、図８に示すよう
に、き電回路６８と制御装置７０とからなり、き電回路
６８は、直流変電所２のき電回路１４において供給回線
ＳＣを省略したものと全く同じ構成であり、また、制御
装置７０は、変流器３８を介して各直流回路ＤＣおよび
予備回路ＢＣの電流値および電流の方向と、遮断器３６
の補助接点５６を介して遮断器３６の開閉状態とを検出
し、これらの検出値に基づき異常判定および遮断器３６
に対する開放指令の出力等を行う。なお、制御装置７０
においては、直流回線ＤＣおよび予備回線ＢＣを対象と
した地絡検出処理，遮断不能検出処理が実行される。

【００６４】また次に、き電タイポスト６は、図９に示
すように、き電回路７２と制御装置７４とからなり、き
電回路７２は、き電回路７２を各き電線Ｌから夫々切り
離す２つの断路器３４と、該２つの断路器３４の間に設
けられた遮断器３６ａとを有し、更に、遮断器３６ａと
各断路器３４との間には、直流変電所２およびき電区分
所４の直流回線ＳＣと同様に、電流値および電流の方向
を検出する変流器３８と、変流器４２を介して接続され
た故障選択装置４０ａと、き電線Ｌを介して異常電圧が
き電タイポスト６内に侵入することを防ぐための避雷器
４６とが夫々接続されている。

【００６５】なお、故障選択装置４０ａは、△Ｉ−△Ｅ
形と呼ばれるものが使用され、電流の変化だけでなく、
電圧の変化も検出して短絡、地絡等の事故を検出してい
る。このため、遮断器３６ａを挟んで一方の側には、直
流変圧器７６が接続されており、その出力は、各故障選
択装置４０ａに入力されている。また、き電タイポスト
６では、き電線Ｌが短絡等した場合、短絡場所に応じて
どちらの方向にも事故電流が流れ、しかも、遮断器３６
ａは一つしか設けられていないため、遮断器３６ａは、
直流変電所２およびき電区分所４にて使用される単方向
性のものではなく、いずれの方向の事故電流も遮断でき
る両方向性のものが使用される。

【００６６】そして、制御装置７４では、き電区分所４
と同様に、地絡検出処理、遮断不能検出処理が実行され
る。なお、き電タイポスト６は、遮断器３６ａと一方の
回線の変流器４２との間が直流母線ＣＢに相当し、この
直流母線ＣＢに２本の直流回線ＤＣが接続され、一方の
直流回線ＤＣにおいて遮断器３６ａが省略されたものと
みなすことができる。また、両方向性の遮断器３６ａの
代わりに単方向性の遮断器３６を夫々逆方向の電流を遮
断するように配置して、き電タイポスト６を構成しても
よく、この場合、２つの遮断器３６の間が直流母線ＣＢ
に相当し、この直流母線ＣＢに、直流変電所２およびき
電区分所４と略同様の直流回線ＤＣが接続された構成と
なる。

【００６７】このように、き電区分所４およびき電タイ
ポスト６のき電回路６８，７２に電流を検出する変流器
３８を設けると共に、遮断器３６，３６ａに補助接点を
設け、制御装置７０，７４にて変流器３８および補助接
点の検出値に基づき異常検出処理を行うように構成する
ことにより、き電区分所４およびき電タイポスト６にお
いても、直流変電所２の場合と略同様の効果を得ること
ができる。

【００６８】次に、上記実施例では、一対の上り線／下
り線に対して直流電力を供給するき電設備について説明
したが、複数対の上り線／下り線に対して電流を供給す
るき電設備について説明する。図１０は、この場合の直
流変電所２ａの構成を示す概略構成図である。

【００６９】図１０に示すように、直流変電所２ａは、
各一対のき電線Ｌ１，Ｌ２に夫々電力を供給するき電回
路１４ａ，１４ｂと、き電回路１４ａ，１４ｂ毎に設け
られた制御装置１８ａ、１８ｂとを有しており、しか
も、各き電回路１４ａ，１４ｂを構成する直流母線Ｄ
Ｂ，ＤＢが断路器７８を介して互いに接続されている。

【００７０】なお、き電回路１４ａ，１４ｂは、断路器
７８を介して直流母線ＤＢ，ＤＢが互いに接続されてい
る点以外は、上述の直流変電所２のき電回路１４と全く
同様の構成をしているので、ここでは説明を省略する。
また、各き電回路１４ａ，１４ｂには、変成回路１０，
平滑回路（図示せず）等も接続されているが、これらに
ついても同様に説明を省略する。

【００７１】また、断路器７８には、上述の遮断器３６
と同様に接点の開閉状態を検出する補助接点（図示せ
ず）が取り付けられており、その出力は各制御装置１８
ａ，１８ｂに入力されている。更に、各制御装置１８
ａ，１８ｂは、互いに通信線ＳＬで接続されており、こ
の通信線ＳＬを介して、各き電回路１４ａ，１４ｂにお
ける各回線ＳＣ，ＤＣ，ＢＣの電流値や遮断器３６の開
閉状態、および異常検出処理の結果等が互いに入出力さ
れる。そして、断路器７８が開放されている場合には、
各制御装置１８ａ，１８ｂは、夫々のき電回路１４ａ，
１４ｂの内部だけで、上述の各種異常検出処理を行う。
一方、断路器７８が閉じている場合、地絡検出処理の際
には、主となる制御装置１８ａは、他方の制御装置１８
ｂから、き電回路１４ｂに関する電流値，遮断器の開閉
状態といった検出値を通信線ＳＬを介して入力し、自ら
検出したき電回路１４ａに関する検出値と共に処理を実
行する。そして、異常判定の結果、異常がある場合、き
電回路１４ａの遮断器３６に対して開放指令を出力する
と共に、制御装置１８ｂに、通信線ＳＬを介して判定結
果を通知し、き電回路１４ｂの遮断器３６に対して開放
指令を出力させ、各遮断器３６を動作させる。

【００７２】なお、逆流検出処理や遮断不能検出処理
は、断路器７８が閉じていても各制御装置１８ａ，１８
ｂ毎に実行されるが、その判定結果は、通信線ＳＬを介
して互いに他の制御装置１８ａ，１８ｂに通知され、各
き電回路１４ａ，１４ｂの遮断器３６は、互いに他のき
電回路１４ａ，１４ｂの状態に連動して制御される。

【００７３】従って、複数対のき電線Ｌ１，Ｌ２に電力
を供給する直流変電所２ａのような構成においても、上
述の直流変電所２の場合と同様の効果を得ることができ
る。以上、実施例について詳述したが、本発明は上記実
施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲において、様々な態様で実施することができ
る。

【００７４】例えば、上記実施例では、異常検出処理に
て異常と判断した場合に、全ての遮断器３６を開放する
ように制御しているが、異常と判断された内容に応じて
その異常に関連の深い遮断器３６のみを開放するように
してもよい。また、直流変電所２の供給回線ＳＣにおい
て、遮断器３６の代わりに断路器を使用してもよく、こ
の場合、制御装置１８が、異常検出処理にて異常を検出
した際に、変成回路１０の交流遮断器２０を開放するよ
うに構成してもよい。

【００７５】次に、上記実施例では、直流変電所２，き
電区分所４，き電タイポスト６の各制御装置１８，７
０，７４は、夫々設備内のみで異常検出処理を行い、遮
断器３６の開閉制御を行っているが、互いに隣接する設
備２，４，６の各制御装置１８，７０，７４を信号線で
接続し、夫々の制御装置１８，７０，７４にて実行され
る異常検出処理の結果、異常があった場合に、信号線を
介して隣接する設備の制御装置１８，７０，７４に異常
を通知し、連動して遮断器３６を動作させるようにして
もよい。

【００７６】また、上記実施例では、直流回線ＤＣに、
遮断器３６と断路器３４とが別々に接続されているが、
断路器を内蔵した遮断器を遮断器３６が接続されている
位置に接続してもよい。また更に、上記実施例の遮断器
３６では、開放指令に応じて、保持コイル６０に流れる
電流を切ることにより、接点を開放するようにしている
が、引き外しコイル６４に流れる電流を制御して接点を
開放するようにしてもよい。また、遮断器３６として、
電気的に接点の開閉動作が制御されるものを用いている
が、機械的に接点の開閉動作が制御されるものを用いて
もよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施例の直流変電所２の概略構成図であ
る。

【図２】 本実施例の鉄道の直流電化区間におけるき電
設備の概要を示す説明図である。

【図３】 遮断器３６の接点の開閉動作に関する部分の
みの構成を示す説明図である。

【図４】 制御装置１８にて実行される地絡検出処理の
フローチャートである。

【図５】 地絡検出処理により異常であると判断される
領域を示す説明図である。

【図６】 制御装置１８にて実行される逆流検出処理の
フローチャートである。

【図７】 制御装置１８にて実行される遮断不能検出処
理のフローチャートである。

【図８】 き電区分所４の概略構成図である。

【図９】 き電タイポスト６の概略構成図である。

【図１０】 複数のき電回路１４ａ，１４ｂを有する直
流変電所２の概略構成図である。

【図１１】 従来の直流変電所におけるき電回路の概略
構成図である。

【符号の説明】

２，２ａ…直流変電所 ４…き電区分所 ６…
き電タイポスト ８…受電回路 １０…変成回路 １２…高圧配電回
路 １４，１４ａ，１４ｂ，６８，７２…き電回路 １６
…平滑回路 １８，１８ａ，１８ｂ，７０，７４…制御装置 ２０
…交流遮断器 ２２，３４，４４，７８…断路器 ２４…変圧器
２６…シリコン整流器 ２８，３８，４２…変流器 ３６，３６ａ…遮断器 ４０，４０ａ…故障選択装置 ４８…固定接点 ５
０…可動接点 ５２…開放バネ ５４…操作杵 ５６…補助接点
５８…電磁石 ６０…保持コイル ６２…保持電流制御回路 ６４
…引き外しコイル ６６…誘導分路 ７６…直流変圧器 ＤＢ…直流母
線 ＣＢ…共通母線 ＳＣ…供給回路 ＤＣ…直流回路 ＢＣ…予備回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電車の運転に使用する直流電力を供給す
   るために設けられた複数のき電線に夫々接続された複数
   の直流回線と、 該複数の直流回線の一端を夫々接続する直流母線と、 上記直流回線毎に設けられ、該直流回線に流れる電流を
   遮断するための接点を有し、当該直流回線に所定以上の
   電流が流れた場合、或は外部からの開放指令が入力され
   た場合に上記接点を開放する遮断手段と、 を備えたき電設備の保護装置であって、 上記直流回線毎に設けられ、該直流回線を流れる電流値
   及び電流方向を検出する電流検出手段と、 該電流検出手段が検出する電流値及び電流方向に基づい
   て上記直流母線に流入出する電流の異常を判定し、異常
   があると判断した場合には、所定の遮断手段に開放指令
   を出力する演算手段と、 を設けたことを特徴とするき電設備の保護装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のき電設備の保護装置に
   おいて、 上記演算手段は、 上記電流検出手段の検出結果に基づき、上記直流母線に
   流入する全電流値と該直流母線から流出する全電流値と
   の差を算出する算出手段と、 該算出手段にて算出された算出値の絶対値が所定値以上
   か否かを判定し、該算出値が所定値以上である場合に、
   異常があると判断する地絡判定手段と、 を備えたことを特徴とするき電設備の保護装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載のき電設
   備の保護装置において、 上記遮断手段毎に、上記接点の動作状態を監視する接点
   監視手段を設け、 更に、上記演算手段は、 上記接点監視手段の検出結果に基づき、上記各遮断手段
   が開放状態にあるか否かを判定する開放判定手段と、 開放状態にあると判断された遮断手段を有する上記直流
   回線の上記電流検出手段により検出された電流値が所定
   値以上か否かを判定し、該電流値が所定値以上である場
   合に、異常があると判断する遮断不能判定手段と、 を備えたことを特徴とするき電設備の保護装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれかに記
   載のき電設備の保護装置において、 上記直流母線に直流電力を供給する少なくとも１本の供
   給回線と、 該供給回線に設けられ、該供給回線に所定以上の電流が
   流れた場合、或は外部からの開放指令が入力された場合
   に、上記直流母線との接続を開放する遮断手段と、 上記供給回線を流れる電流の電流値及び流入出方向を検
   出する電流検出手段と、 を備え、 更に、上記演算手段は、 上記供給回線に接続された上記電流検出手段により検出
   された電流が電力供給方向に流れているか否かを判断
   し、電力供給方向とは逆方向に流れている場合に、異常
   があると判断する逆流判定手段を備えたことを特徴とす
   るき電設備の保護装置。