JPH1032932A

JPH1032932A - 無効電力補償装置

Info

Publication number: JPH1032932A
Application number: JP8184913A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Fukada; 雅一深田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-07-15
Filing date: 1996-07-15
Publication date: 1998-02-03
Anticipated expiration: 2016-07-15
Also published as: JP3513327B2

Abstract

(57)【要約】【課題】変圧器励磁突入電流による第２次、第３次高
調波がコンデンサに分流し、保護リレーの高調波による
動作抑制・抑止の機能が損なわれ、保護リレーが不要動
作することがあった。【解決手段】ＰＴ２４により交流き電線６の電圧を検
出し、制御回路２５により停電時、サイリスタスイッチ
２３を開放し、復電時は、復電から所定時間経過後サイ
リスタスイッチ２３を同期投入してコンデンサ２２を過
渡現象なく交流き電線６に接続投入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電鉄用の交流き
電回路等に接続され、適宜、無効電力を供給することに
より、回路の電圧降下の救済および力率の改善を行う無
効電力補償装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１８は、例えば平成３年電気学会全国
大会論文誌「１００７新幹線鉄道の末端設置ＳＶＣによ
る電圧降下対策」に開示された、従来のき電線電圧降下
対策用の無効電力補償装置の一例を示す回路構成図であ
る。図において、１ａ、１ｂは交流電源で、電力会社の
変電所等が該当する。２ａ、２ｂは電源系統の電源イン
ピーダンス、３ａ、３ｂは各変電所に設置された３相／
２相変換用のき電用変圧器、４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂは
き電用変圧器３の各相２次側巻線と交流き電線６との間
に挿入された送り出し遮断器、７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂ
は中セクション９の接続切替を行う切替用の遮断器、１
０、１１は変電所間に設置されたき電区分所の切替用の
遮断器である。１２は付記する矢印の向きに進行する車
両である。

【０００３】１３は遮断器１４ａ、１４ｂを介して交流
き電線６に接続された、高調波フィルタ兼用の進相コン
デンサ、１５は遮断器１６を介して交流き電線６に接続
された、進相コンデンサ１３の固定進相分を打ち消すた
めに必要なリアクトル遅相分としての機能を併せもつ高
インピーダンス変圧器、１７は高インピーダンス変圧器
１５の２次側に接続されたサイリスタスイッチで、以上
の機器によりＴＣＲ（Thyristor Controlled Reactor）
方式の無効電力補償装置１８を構成している。

【０００４】次に動作、特に無効電力補償装置１８の動
作を中心に説明する。あらかじめ、遮断器１６を投入す
ることで、高インピーダンス変圧器１５とサイリスタス
イッチ１７とを交流き電線６に接続しておく。このとき
は、サイリスタスイッチ１７は位相制御はしておらず、
ＯＦＦ状態であるため、全体として遅相無効電力は発生
していない。次に、遮断器１４ａ、１４ｂを順次投入し
て進相コンデンサ１３を交流き電線６に接続する。この
接続により進相無効電力が発生し始めた時点でサイリス
タスイッチ１７の位相制御を開始し遅相無効電力を発生
させることで進相コンデンサ１３による進相無効電力を
相殺する。これにより、無効電力補償装置１８としては
出力零の状態となる。この状態を待機状態とし、その
後、負荷による電圧降下を検出した場合には、その電圧
降下に応じてサイリスタスイッチ１７の位相制御を行い
ＴＣＲ全体として無効電力の可変調整制御を行う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の無効電力補償装
置は以上のように構成されているので、進相コンデンサ
１３の投入時には、自らインラッシュ（突入）電流を発
生し、却って架線電圧を低下させてしまう場合があっ
た。また、進相コンデンサ１３を構成するリアクトル
は、頻繁に流れるインラッシュ電流に耐える強度に設計
する必要があり、装置が大型化するという問題があっ
た。

【０００６】また、変電所側の４４Ｆ、５０Ｆ（距離リ
レー、過電流リレー）等の保護リレーにおいては、通常
の変圧器励磁突入電流による不要動作を防止するため第
２次、第３次高調波の含有率で保護リレーの動作抑制・
抑止を行っているが、従来の装置の場合、常に進相コン
デンサ１３が交流き電線６に接続されているため、進相
コンデンサ１３に第２次、第３次高調波が分流して保護
リレー側で検出する高調波含有率が低下し、車両のセク
ション通過時等の励磁突入電流では本来、動作抑制、抑
止がかかり不要動作しないはずの保護リレーに不要動作
が誘発される等の問題点が発生する場合があった。

【０００７】以上の弊害を未然に防止するため、車両の
セクション通過や、き電回路の再閉路時に、遮断器１４
ａ、１４ｂを開放して一旦、進相コンデンサ１３をき電
回路から切り離し、しばらくしてインラッシュ電流が落
ち着いた後、再度遮断器１４ａ、１４ｂを操作して進相
コンデンサ１３をき電回路へ投入する方式も考えられる
が機械的な遮断器を使用しているため、再運転までに長
時間を要するとともに、元来、多頻度の動作に耐える構
成ではない。

【０００８】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、その第１の目的は、コンデンサ投
入時にもインラッシュ電流を発生させることがなく、従
って架線電圧を不必要に低下させることなく更にコンデ
ンサやリアクトルを強度的に大型化する必要がない無効
電力補償装置を得ることである。また、その第２の目的
は、き電再閉路時に過大な電圧や電流を発生させず、き
電再閉路成功後は速やかに再運転開始が可能となる無効
電力補償装置を得ることである。更に、その第３の目的
は、変電所側保護リレーの不要動作の恐れのない無効電
力補償装置を得ることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る無効電力
補償装置は、交流電源回路に半導体スイッチを介して接
続されたコンデンサを備え、上記交流電源回路に無効電
力を供給する無効電力補償装置において、上記交流電源
回路の電圧を検出し、停電時上記半導体スイッチを開放
し、復電時は復電から所定時間経過後上記半導体スイッ
チを同期投入するようにしたものである。

【００１０】また、請求項２に係る無効電力補償装置
は、交流電源回路に半導体スイッチを介して接続された
コンデンサを備え、上記交流電源回路に無効電力を供給
する無効電力補償装置において、上記コンデンサに流入
する電流を検出し、この電流が所定の設定値を越えたと
き上記半導体スイッチを一旦開放し、更に所定の時間経
過後同期投入するようにしたものである。

【００１１】また、請求項３に係る無効電力補償装置
は、請求項２で、電圧降圧用の変圧器を介して交流電源
回路に接続された無効電力補償装置において、電流を上
記変圧器の高圧側で検出するようにしたものである。

【００１２】また、請求項４に係る無効電力補償装置
は、請求項２で、電圧降圧用の変圧器を介して交流電源
回路に接続された無効電力補償装置において、電流を上
記変圧器の低圧側で検出するようにしたものである。

【００１３】また、請求項５に係る無効電力補償装置
は、請求項４において、その変圧器の低圧側で電流の高
調波成分を検出し、この高調波成分が所定の設定値を越
えたとき半導体スイッチを一旦開放し、更に所定の時間
経過後同期投入するようにしたものである。

【００１４】また、請求項６に係る無効電力補償装置
は、請求項４において、その変圧器の低圧側で電流の直
流成分を検出し、この直流成分が所定の設定値を越えた
とき半導体スイッチを一旦開放し、更に所定の時間経過
後同期投入するようにしたものである。

【００１５】また、請求項６に係る無効電力補償装置
は、交流電源回路に変圧器および半導体スイッチを介し
て接続されたコンデンサを備え、上記交流電源回路に無
効電力を供給する無効電力補償装置において、上記変圧
器の直流偏磁成分を検出し、この直流偏磁成分が所定の
設定値を越えたとき上記半導体スイッチを一旦開放し、
更に所定の時間経過後同期投入するようにしたものであ
る。

【００１６】また、請求項８に係る無効電力補償装置
は、き電線の途中に絶縁された中セクションを設けると
ともにセクション入口側のき電線と上記中セクションと
の開閉を行う入口側遮断器およびセクション出口側のき
電線と上記中セクションとの開閉を行う出口側遮断器を
備え、車両が上記中セクションを通過中に上記入口側遮
断器を開放しその後出口側遮断器を投入する切替セクシ
ョンを有する交流き電回路に、半導体スイッチを介して
接続されたコンデンサを備え、上記交流き電回路に無効
電力を供給する無効電力補償装置において、上記入口側
遮断器の開放信号を入力して所定の時間経過後上記半導
体スイッチを一旦開放し、更に所定の時間経過後同期投
入するようにしたものである。

【００１７】また、請求項９に係る無効電力補償装置
は、入口側遮断器の開放信号を入力して所定の時間経過
後半導体スイッチを一旦開放し、出口側遮断器の投入信
号を入力して所定の時間経過後上記半導体スイッチを同
期投入するようにしたものである。

【００１８】また、請求項１０に係る無効電力補償装置
は、出口側遮断器の投入指令信号を入力して半導体スイ
ッチを一旦開放し、更に所定の時間経過後同期投入する
ようにしたものである。

【００１９】また、請求項１１に係る無効電力補償装置
は、車両が中セクションに進入したとき出力される車両
位置信号を入力して所定の時間経過後半導体スイッチを
一旦開放し、更に所定の時間経過後同期投入するように
したものである。

【００２０】また、請求項１２に係る無効電力補償装置
は、中セクションの電圧を検出し、この電圧が所定の設
定値未満となったとき半導体スイッチを一旦開放し、更
に所定の時間経過後同期投入するようにしたものであ
る。

【００２１】また、請求項１３に係る無効電力補償装置
は、き電線に電力を供給する交流き電回路に、半導体ス
イッチを介して接続されたコンデンサを備え、上記交流
き電回路に無効電力を供給する無効電力補償装置におい
て、上記交流き電回路の周波数を検出し、この周波数が
所定の設定値を越えたとき上記半導体スイッチを一旦開
放し、上記周波数が所定の設定範囲内となったとき当該
時点から所定の時間経過後同期投入するようにしたもの
である。

【００２２】また、請求項１４に係る無効電力補償装置
は、き電線に電力を供給する交流き電回路に、半導体ス
イッチを介して接続されたコンデンサを備え、上記交流
き電回路に無効電力を供給する無効電力補償装置におい
て、上記交流き電回路の電圧を検出し、この電圧が所定
の設定値を越えたとき上記半導体スイッチを開放するよ
うにしたものである。

【００２３】また、請求項１５に係る無効電力補償装置
は、請求項１ないし１４のいずれかにおいて、半導体ス
イッチの投入・開放制御のため、検出した回路電圧のレ
ベルを判別する場合、上記回路電圧周波数の１サイクル
積分値に基づき判別するようにしたものである。

【００２４】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１における
無効電力補償装置を示す回路構成図である。図におい
て、き電回路側の構成は従来と変わりないので、同一部
分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。１９
がこの発明に係るＴＳＣ（Thyristor Switched Capacit
or）方式の無効電力補償装置で、以下、その構成を説明
する。２０は遮断器２１を介して交流き電線６に接続さ
れた電圧降圧用の変圧器、２２はサイリスタスイッチ２
３を介して変圧器２０の低圧側に接続されたコンデンサ
である。２４は交流き電線６の電圧を検出するためのＰ
Ｔ、２５はＰＴ２４からの電圧に基づきサイリスタスイ
ッチ２３をＯＮ／ＯＦＦ制御する制御回路である。

【００２５】次に動作について説明する。この発明は、
検出した電圧の位相を基準にしてサイリスタスイッチ２
３を開閉制御するものであり、電圧に同期させインラッ
シュ電流を発生させることなくコンデンサ２２を交流き
電線６へ投入することができる。また、開放信号を受け
て１サイクル以内にサイリスタをターンオフさせ、コン
デンサ２２の回路動作を停止させることができる。

【００２６】図２は、電圧降下の補償動作およびき電回
路の停電再閉路時の動作の一例を説明するタイミングチ
ャートで、図中、太い実線は交流き電線６の電圧変化を
示す。なお、図１では図示を省略しているが、コンデン
サ２２とサイリスタスイッチ２３とは２組存在し、１段
目、２段目と個々に開閉可能な回路構成となっている。

【００２７】図２において、当初電圧は変電所の送り出
し電圧である３０ＫＶを維持しているが、給電区間内に
力行中の車両が進入し、時刻ｔ₀から電圧が降下し始め
る。時刻ｔ₁に至り、電圧が車両機器の定格値であっ
て、オン動作設定値である２５ＫＶを切ると、制御回路
２５をこれを判断して直ちに１段目のサイリスタスイッ
チ２３にゲート信号を送出して１段目のコンデンサ２２
をき電回路に投入する。このコンデンサ２２の投入によ
る進相無効電力の供給により電圧は一定量回復するが、
負荷の増大が進み時刻ｔ₂で再び設定値２５ＫＶに迄低
下するので、今度は、１段目に加えて２段目のコンデン
サ２２をき電回路に投入する。これら補償動作で一定量
回復した電圧は、更に増大する負荷のため、再度設定値
２５ＫＶに至るが、新たに投入するコンデンサ２２がな
いので、電圧は更に低下し、時刻ｔ₃で最低許容電圧に
相当する２２．５ＫＶまで低下する。

【００２８】その後、負荷の減少に伴い電圧は回復し、
時刻ｔ₄でオフ動作設定値である３０ＫＶに達すると、
制御回路２５がこれを判断して１段目のサイリスタスイ
ッチ２３をゲートオフさせ１段目のコンデンサ２２をき
電回路から開放する。これによって電圧は一定量低下す
るが、更に負荷の減少が続くので、時刻ｔ₅で再び設定
値３０ＫＶに達し、２段目のコンデンサ２２も開放す
る。以上、電圧降下の補償動作の一例を示したが、コン
デンサの投入開放はいずれもインラッシュ電流等、過渡
現象を伴うことなく円滑な制御特性が得られる。

【００２９】次に、この実施の形態１で対象とするき電
回路の停電、再閉路時の動作について、同じく図２によ
り説明する。即ち、時刻ｔ₆で停電が発生すると、制御
回路２５はＰＴ２４からの検出信号に基づき、電圧降下
補償動作のための設定値とは異なる設定値（例えば、１
０ＫＶ）を下まわったことから停電発生を判別し、直ち
に両段のサイリスタスイッチ２３を開放する。もっと
も、図２の例では、時刻ｔ₅以降、サイリスタスイッチ
２３は開放状態となっている。

【００３０】通常の高速再閉路は０．５ｓｅｃ程度の時
間で行われるが、復電すると、制御回路２５がこれを検
出し、その後、所定の設定時間、例えば３００ｍｓｅｃ
程度経過した後、サイリスタスイッチ２３にゲート信号
を送出してコンデンサ２２を同期投入する。即ち、復電
直後は、交流き電線６に接続されているＡＴ（き電線単
巻変圧器）（図１では図示省略）や車両搭載の変圧器な
どにより発生するインラッシュ電流のため、交流き電線
６には過渡的に過電圧、過電流が生じやすく、これと同
時に無効電力補償装置のコンデンサ２２も投入すると、
これら過渡変動が更に助長される可能性がある。この発
明は、以上の弊害を防止し、復電後、３００ｍｓｅｃ程
度の時間が経過して復電に伴う過渡変動が収束した段階
で、コンデンサを同期投入するようにしたものである。

【００３１】実施の形態２．ここでは、コンデンサに流
入する電流を検出してサイリスタスイッチを一定時間開
放することにより、保護リレーの不要動作を防止する場
合の形態例について説明する。図３はその一例を示す回
路構成図で、図において、２６および２７は変電所に設
けられた保護リレー（それぞれ距離リレーおよび過電流
リレー）、２８は変圧器２０の高圧側でコンデンサ２２
への流入電流を検出するＣＴ、２９はＣＴ２８からの電
流瞬時値が所定の設定値を越えたとき検出信号を出力す
ることによってインラッシュ電流を検出するインラッシ
ュ検出回路、３０はサイリスタスイッチ２３を開放した
後、同期投入するまでの時間を設定するタイマー回路
で、上述した変電所側保護リレーの動作抑制・抑止が正
常に動作するまでの時、通常、５０ｍｓｅｃ程度に設定
する。

【００３２】次に動作を図４のタイミングチャートを参
照して説明する。同図（１）は車両のない区間に新たに
車両が進入した時の検出電流の波形で、進入時点でイン
ラッシュにより電流波高値が増大し、インラッシュ電流
検知レベルＯＣを越えた時点でインラッシュ検出回路２
９が検出信号を出力して直ちにサイリスタスイッチ２３
を開放（ゲートブロック）する。これによって、インラ
ッシュ電流の高調波成分がコンデンサ２２に分流するこ
となく変電所側へ流れるので、保護リレー２６、２７は
その高調波成分により動作抑制・抑止が機能し、不要動
作が防止される。この例では、電流検出のためのＣＴ２
８を変圧器２０の高圧側に挿入しているので、変圧器２
０自体の偏磁による過渡電流も合わせ検出することにな
り、その分、インラッシュ電流の検出感度が高くなる。
但し、サイリスタスイッチ２３がオフ状態でも、変圧器
２０の過渡電流が流れこれをインラッシュ電流と判断す
る可能性がある。この抑制・抑止の機能を確保した後、
即ち、タイマー回路３０がカウントアップすると、ゲー
トブロックを解除してサイリスタスイッチ２３を同期投
入する（図４（３））。

【００３３】なお、同図（２）は車両が既に存在してい
る区間に新たに車両が進入した場合で、車両負荷が発生
する高調波成分がインラッシュ電流発生前から存在して
いる点が同図（１）の場合と異なるのみで、前述した説
明と同様、電流検出とそれに基づくサイリスタスイッチ
の開閉動作を行い、保護リレーの不要動作が防止され
る。

【００３４】次に、図５に示す形態は、コンデンサ２２
への流入電流を検出する点で図３に示す形態と同様であ
るが、ここでは電流検出用のＣＴ３１を変圧器２０の低
圧側に挿入している。そして、そのＣＴ３１からの電流
瞬時値を過電流検出回路３２で判別してインラッシュ電
流の発生を検出している。ＣＴ３１には変圧器２０自体
の偏磁による過渡電流が流れない点、インラッシュ電流
検出の感度が低くなるが、サイリスタスイッチ２３のオ
フ時にはＣＴ３１には電流が流れないので、図３のＣＴ
２８による場合のような不要な検出動作は生じない。ま
た、低電圧部分に挿入するのでＣＴ３１を小形にできる
利点がある。

【００３５】図６は、図５と同じくコンデンサ２２への
流入電流を変圧器２０の低圧側で検出するものである
が、ＣＴ３１からの検出電流から、内蔵したフィルター
により第２次、第３次高調波成分を抽出し、これら高調
波成分が所定の設定値を越えたときインラッシュ電流が
発生したとして検出信号を出力する高調波電流検出回路
３３を備えている。インラッシュ現象に特有の高調波成
分を検出し、その値によって判別するものであるので、
インラッシュ現象をより正確に峻別して検出することが
できるという利点がある。

【００３６】図７も図５と同じくコンデンサ２２への流
入電流を変圧器２０の低圧側で検出するものであるが、
ここではＤＣＣＴやホールＣＴ等の直流電流センサー３
４により、その直流成分を抽出し、この直流成分が所定
の設定値を越えたときインラッシュ電流が発生したとし
て検出信号を出力する直流電流検出回路３５を備えてい
る。インラッシュ現象に特有の直流成分を検出し、その
値によって判別するものであるので、インラッシュ現象
をより正確に峻別して検出することができるという利点
がある。

【００３７】実施の形態３．図８はこの発明の実施の形
態３における無効電力補償装置を示す回路構成図であ
る。ここでは、変圧器２０に磁束センサー３６を設け、
変圧器２０の直流偏磁による磁束の変化を検出してい
る。そして、この磁束が所定の設定値を越えたときイン
ラッシュ現象が発生したとして検出信号を出力する磁束
検出回路３７を備えている。

【００３８】インラッシュ現象に特有の変圧器の直流偏
磁現象を直接検出するものであるので、インラッシュ現
象を確実に検出することができ、その検出結果に基づき
所定の時間コンデンサ２２を回路から切り離すので、保
護リレー２６、２７の不要動作を確実に防止することが
できる。なお、変圧器の直流偏磁にともなう磁束の検出
方法については例えば、昭和６３年電気関係学会関西支
部連合大会論文Ｇ３−５「自励式インバータ用変圧器の
直流偏磁と検出方法」に紹介されている。既述した各実
施の形態では、電鉄の交流き電回路に適用した場合につ
いて説明したが、その他、一般的な交流系統など交流電
源回路に適用することもできる。

【００３９】実施の形態４．実施の形態２、３では、イ
ンラッシュ電流または磁束を検出する、従って、インラ
ッシュ現象の発生を検出し、その検出結果に基づきサイ
リスタスイッチ２３を一定の時間開放状態とするように
したが、この実施の形態４では、き電回路で頻繁に発生
するインラッシュ現象である車両のセクション通過のタ
イミングを検出し、その検出結果に基づきサイリスタス
イッチ２３を一定時間開放状態とする方式を紹介する。

【００４０】先ず、図９は、セクション入口側遮断器７
ａの開放信号から上記タイミングを検出するものであ
る。ここで、交流き電線の切替セクションの構成につい
て説明しておく。図９の変電所直下に設けられた切替セ
クションを例に説明すると、先ず、切替セクションの中
央に両側のき電線と絶縁された中セクション９が設置さ
れており、その亘長は１ｋｍ程度で、最長列車の全車両
長約４００ｍより十分長い距離となっている。そして、
セクション入口側のき電線６と中セクション９との短絡
・開放を行う入口側遮断器７ａ、およびセクション出口
側のき電線６と中セクション９との短絡・開放を行う出
口側遮断器８ａを備えている。なお、き電用変圧器３ａ
からの電力は、それぞれ送り出し遮断器４ａ、５ａを介
して入口側き電線６および出口側き電線６に供給され
る。

【００４１】今、図９において、車両１２が交流き電線
６の左端から矢印の向きに進行してきた場合を想定する
と、先ず、その状態では遮断器７ａは閉、遮断器８ａは
開となっている。次に、車両１２がき電線の絶縁部を越
えて中セクション９にそのすべてが進入すると、これを
軌道回路から検出し（車両位置信号）、この検出信号を
受けて遮断器７ａを開、つづいて遮断器８ａを閉に操作
する。車両１２が切替セクションを通過して出口側き電
線６に至ると、両遮断器７ａ、７ｂは再び元の開閉位置
に復帰して次車両の通過を待機する状態となる。

【００４２】話をこの発明の実施の形態４に戻す。図９
において、入口側遮断器７ａの開放信号をセクション入
口側切替遮断器開放信号伝送回路３８で検出し、これを
伝送路３９を経てＴＨＹ−ＯＦＦタイマー回路４０で受
信する。ところで、車両１２の切替セクション通過でイ
ンラッシュ現象が発生するのは、出口側遮断器８ａの投
入時である。そして、コンデンサ２２の切り離しは、こ
の遮断器８ａの投入時の直前がよい。両遮断器７ａ、８
ａの操作は予め定められたタイムシーケンスで行われる
ので、ＴＨＹ−ＯＦＦタイマー回路４０では、遮断器７
ａの開放信号のタイミングを基点に遮断器８ａの投入時
直前のタイミングまでの時間、例えば２５０〜３００ｍ
ｓｅｃにセットしたタイマーのカウントアップでサイリ
スタスイッチ２３を開放し、その後、インラッシュ現象
が収まる時間、例えば５０〜２００ｍｓｅｃにセットし
たタイマーのカウントアップでサイリスタスイッチ２３
を再び同期投入させる。

【００４３】以上のように、実際に車両が切替セクショ
ンを通過することによって動作する遮断器７ａの開放信
号のタイミングを基に、車両への電圧再印加時のタイミ
ングを求めて一定時間サイリスタスイッチを開放するよ
うにしたので、ばらつきの大きいインラッシュ電流の検
出に頼ることなく、車両のセクション通過によるインラ
ッシュ現象発生による保護リレーの不要動作の防止やイ
ンラッシュ現象自体の抑制（コンデンサ２２を接続した
状態としたことによるインラッシュ現象の増大の防止）
を達成することができる。

【００４４】なお、伝送路３９の具体的な方式として
は、電気信号線や光ファイバーを使用した有線伝送方式
でもよいし、長距離の場合には無線伝送方式を採用する
ようにしてもよい。

【００４５】なお、図９の装置の説明では、サイリスタ
スイッチ２３を同期投入するタイミングは、サイリスタ
スイッチ２３を開放するタイミングから起算する設定タ
イマーのカウントアップで決定するようにしたが、出口
側遮断器８ａの投入信号を別途入力し、このタイミング
から起算する設定タイマーのカウントアップで決定する
ようにしてもよい。扱う信号の種別が増加するが、同期
投入のタイミングの設定がより現実の条件に適合したも
のになる。

【００４６】図１０は、同じく車両のセクション通過の
タイミングを検出し、その検出結果に基づきサイリスタ
スイッチ２３を一定時間開放するものであるが、ここで
は、出口側遮断器８ａの投入指令信号を利用している
（４１）。遮断器８ａは投入指令信号を受けると、通常
２〜３サイクルで投入動作を完了する。一方、サイリス
タスイッチ２３はゲートブロックの信号を受けて１サイ
クル以内で開放状態となる。従って、ＴＨＹ−ＯＦＦタ
イマー回路４０により、出口側遮断器８ａの投入指令信
号を入力して直ちにサイリスタスイッチ２３を開放する
ようにすれば、極めて正確なタイミングで、インラッシ
ュ現象発生直前のコンデンサ２２の切り離し操作が実現
する訳である。

【００４７】図１１は、軌道回路の中セクション９に対
応する位置に設けられた車両位置検出器４２により、車
両１２が中セクション９に進入したタイミングで出力さ
れる車両位置信号を車両位置信号伝送回路４３を経てＴ
ＨＹ−ＯＦＦタイマー回路４０で受信するものである。
受信後のＴＨＹ−ＯＦＦタイマー回路４０の動作は、前
掲実施の形態と同様であるが、特にこの車両位置信号受
信のタイミングからサイリスタスイッチ２３開放のタイ
ミングを決定するためのタイマー設定値については、同
信号の発生と出口側遮断器８ａの投入タイムシーケンス
に基づいて適切な値に設定する必要がある。

【００４８】実施の形態５．図１２はこの発明の実施の
形態５における無効電力補償装置を示す回路構成図であ
る。ここでは、中セクション９の電圧を検出する電圧セ
ンサー４４、およびこの検出電圧が所定の設定値未満と
なった（停電）とき信号を出力する中セクション架線電
圧停電信号伝送回路４５を設けている。そして、ＴＨＹ
−ＯＦＦタイマー回路４０はこの停電信号を伝送路３９
を経て受信すると、直ちにサイリスタスイッチ２３を開
放し、更に所定のタイマー設定時間がカウントアップす
ると再びサイリスタスイッチ２３を同期投入させる。

【００４９】車両１２が中セクション９に進入し、入口
側遮断器７ａが開放されて中セクション９の電圧が喪失
するタイミングを検出しこのタイミングを基にサイリス
タスイッチ２３を一定時間開放するものである。先の実
施の形態４と同様、車両の切替セクション通過により発
生するインラッシュ現象に伴う上述した弊害を解消する
ことができる。

【００５０】実施の形態６．図１３はこの発明の実施の
形態６における無効電力補償装置を示す回路構成図であ
る。図において、４６はＰＴ４７を介して入力した交流
き電線６の電圧の周波数を検出し、この周波数が所定の
設定値、例えば基本商用周波数の＋５％程度を越えると
信号を出力する架線電圧周波数検出器、４８は架線電圧
周波数検出器４６からの検出信号を入力すると直ちにサ
イリスタスイッチ２３を開放し、周波数が正常時に戻っ
て検出信号がなくなると、その時点から後、所定のタイ
マー設定時間がカウントアップすると再びサイリスタス
イッチ２３を同期投入させるＴＨＹ−ＳＷ投入・開放指
令回路である。

【００５１】き電回路の再閉路時などの停電時におい
て、回生動作中の車両が存在した場合、当該回生車両に
より架線が逆加圧され停電検出が出来ない。この実施の
形態６では、上記した回生車両による逆加圧が存在する
場合、その電圧周波数が正常時より上昇することに着目
し、その周波数上昇を検出してサイリスタスイッチ２３
を開放することにより、その後に生じる再閉路時にコン
デンサ２２がき電回路に接続されていることによる上述
した弊害を解消する訳である。

【００５２】実施の形態７．図１４はこの発明の実施の
形態７における無効電力補償装置を示す回路構成図であ
る。ここでは、ＴＳＣ方式によるコンデンサ２２を過電
圧から保護するための手段を扱っている。即ち、走行中
の回生車両に搭載されたインバータが転流失敗を起こす
と、例えば図１５に示すような過電圧が架線電圧に発生
する。図１４に示す４９は、ＰＴ４７を介して入力した
交流き電線６の電圧の瞬時値を検出し、この電圧瞬時値
が所定の設定値、例えば、正常波高値の＋２０％程度を
越えると信号を出力する過電圧検出回路、４０は過電圧
検出回路４９からの検出信号を入力すると直ちにサイリ
スタスイッチ２３を開放しコンデンサ２２を過電圧から
保護する。そして、電圧が正常に復帰した後、更に、所
定の時間を経てサイリスタスイッチ２３を同期投入させ
る。

【００５３】実施の形態８．図１６はこの発明の実施の
形態８における無効電力補償装置を示す回路構成図であ
る。ここでは、交流き電線の電圧検出方式を扱ってい
る。即ち、無効電力補償装置では、絶縁保護を目的とし
た過電圧検出、進相無効電力の投入、解除の判断レベル
となる電圧変動の検出、また、停電検出等を行う必要が
ある。この内、検出電圧の瞬時値をそのまま使用する場
合もあるが、動作の安定を考え一定周期に積分値を求
め、その値で判別するものもある。後者の場合、交流き
電線では電圧に直流分が重畳する頻度が多いため特別に
考慮が必要となる。

【００５４】図１７に、この積分周期を半サイクルとし
た場合と１サイクルとした場合とを比較して示してい
る。即ち、同図（１）に破線で示すように、電圧に直流
分が重畳すると、その電圧を整流して（同図（２））積
分演算を行うと同図（３）の波形となる。この積分値を
判定レベルＬを越えているか否かで判別すると、同図
（４）に示すように、半サイクル積分方式の場合は、半
サイクル毎にその判別結果が反転（ＯＮ、ＯＦＦ）する
可能性がある。これに対し、１サイクル積分方式の場合
にはこの弊害は生じない。従って、図１６に示すよう
に、ＰＴ４７からの電圧を１サイクル積分電圧検出回路
５０で判別し、その出力信号に基づきＴＨＹ−ＳＷ投入
・開放指令回路４８によりサイリスタスイッチ２３の開
閉制御を行うことにより、たとえ、交流き電線にインラ
ッシュ現象に伴う直流分電圧の重畳が頻繁に生じても、
安定した無効電力制御が可能となる。

【００５５】なお、以上の各実施の形態では、コンデン
サ２２の開閉をサイリスタスイッチ２３で行う場合を示
したが、この発明の適用上、必ずしもサイリスタ素子を
使用したものに限定される訳ではなく、電圧に同期させ
た開閉が可能な他の種類の半導体スイッチング素子を使
用した半導体スイッチを適用することもでき、同等の効
果を奏する。

【００５６】

【発明の効果】以上のように、請求項１に係る無効電力
補償装置においては、交流電源回路に半導体スイッチを
介して接続されたコンデンサを備え、上記交流電源回路
に無効電力を供給する無効電力補償装置において、上記
交流電源回路の電圧を検出し、停電時上記半導体スイッ
チを開放し、復電時は復電から所定時間経過後上記半導
体スイッチを同期投入するようにしたので、再閉路等の
復電時に交流電源回路に発生する電圧、電流の過渡変動
を、無効電力補償装置が接続されたまま復電される場合
に比較して抑制することができる。

【００５７】また、請求項２に係る無効電力補償装置に
おいては、交流電源回路に半導体スイッチを介して接続
されたコンデンサを備え、上記交流電源回路に無効電力
を供給する無効電力補償装置において、上記コンデンサ
に流入する電流を検出し、この電流が所定の設定値を越
えたとき上記半導体スイッチを一旦開放し、更に所定の
時間経過後同期投入するようにしたので、無効電力補償
装置のコンデンサが高調波電流成分を吸収することによ
り保護リレーが不要動作する弊害を防止することができ
る。

【００５８】また、請求項３に係る無効電力補償装置に
おいては、電圧降圧用の変圧器を介して交流電源回路に
接続された無効電力補償装置において、電流を上記変圧
器の高圧側で検出するようにしたので、変圧器自体の偏
磁による過渡電流も合わせ検出することになり、その分
インラッシュ電流の検出感度が高くなる。

【００５９】また、請求項４に係る無効電力補償装置に
おいては、電圧降圧用の変圧器を介して交流電源回路に
接続された無効電力補償装置において、電流を上記変圧
器の低圧側で検出するようにしたので、電流検出手段が
低電圧仕様で安価になるとともに、半導体スイッチのオ
フ時に不要検出動作を行うことがなくなる。

【００６０】また、請求項５に係る無効電力補償装置に
おいては、変圧器の低圧側で電流の高調波成分を検出
し、この高調波成分が所定の設定値を越えたとき半導体
スイッチを一旦開放し、更に所定の時間経過後同期投入
するようにしたので、インラッシュ現象をより正確に峻
別して検出することができ、保護リレー不要動作の防止
が一層確実になされる。

【００６１】また、請求項６に係る無効電力補償装置に
おいては、変圧器の低圧側で電流の直流成分を検出し、
この直流成分が所定の設定値を越えたとき半導体スイッ
チを一旦開放し、更に所定の時間経過後同期投入するよ
うにしたので、インラッシュ現象をより正確に峻別して
検出することができ、保護リレー不要動作の防止が一層
確実になされる。

【００６２】また、請求項７に係る無効電力補償装置に
おいては、交流電源回路に変圧器および半導体スイッチ
を介して接続されたコンデンサを備え、上記交流電源回
路に無効電力を供給する無効電力補償装置において、上
記変圧器の直流偏磁成分を検出し、この直流偏磁成分が
所定の設定値を越えたとき上記半導体スイッチを一旦開
放し、更に所定の時間経過後同期投入するようにしたの
で、変圧器の直流偏磁現象を直接確実に検出でき、保護
リレー不要動作の防止が一層確実になされる。

【００６３】また、請求項８に係る無効電力補償装置に
おいては、き電線の途中に絶縁された中セクションを設
けるとともにセクション入口側のき電線と上記中セクシ
ョンとの開閉を行う入口側遮断器およびセクション出口
側のき電線と上記中セクションとの開閉を行う出口側遮
断器を備え、車両が上記中セクションを通過中に上記入
口側遮断器を開放しその後出口側遮断器を投入する切替
セクションを有する交流き電回路に、半導体スイッチを
介して接続されたコンデンサを備え、上記交流き電回路
に無効電力を供給する無効電力補償装置において、上記
入口側遮断器の開放信号を入力して所定の時間経過後上
記半導体スイッチを一旦開放し、更に所定の時間経過後
同期投入するようにしたので、車両の切替セクション通
過に伴う保護リレーの不要動作を確実に防止する。

【００６４】また、請求項９に係る無効電力補償装置に
おいては、入口側遮断器の開放信号を入力して所定の時
間経過後半導体スイッチを一旦開放し、出口側遮断器の
投入信号を入力して所定の時間経過後上記半導体スイッ
チを同期投入するようにしたので、車両の切替セクショ
ン通過に伴う保護リレーの不要動作を確実に防止する。

【００６５】また、請求項１０に係る無効電力補償装置
においては、出口側遮断器の投入指令信号を入力して半
導体スイッチを一旦開放し、更に所定の時間経過後同期
投入するようにしたので、車両の切替セクション通過に
伴う保護リレーの不要動作を確実に防止する。

【００６６】また、請求項１１に係る無効電力補償装置
においては、車両が中セクションに進入したとき出力さ
れる車両位置信号を入力して所定の時間経過後半導体ス
イッチを一旦開放し、更に所定の時間経過後同期投入す
るようにしたので、車両の切替セクション通過に伴う保
護リレーの不要動作を確実に防止する。

【００６７】また、請求項１２に係る無効電力補償装置
においては、中セクションの電圧を検出し、この電圧が
所定の設定値未満となったとき半導体スイッチを一旦開
放し、更に所定の時間経過後同期投入するようにしたの
で、車両の切替セクション通過に伴う保護リレーの不要
動作を確実に防止する。

【００６８】また、請求項１３に係る無効電力補償装置
においては、き電線に電力を供給する交流き電回路に、
半導体スイッチを介して接続されたコンデンサを備え、
上記交流き電回路に無効電力を供給する無効電力補償装
置において、上記交流き電回路の周波数を検出し、この
周波数が所定の設定値を越えたとき上記半導体スイッチ
を一旦開放し、上記周波数が所定の設定範囲内となった
とき当該時点から所定の時間経過後同期投入するように
したので、交流き電回路の停電時、回生中の車両からの
逆電圧が存在しても、実質的に当該停電を検出すること
ができ、復電時の保護リレーの不要動作等の弊害を防止
することができる。

【００６９】また、請求項１４に係る無効電力補償装置
においては、き電線に電力を供給する交流き電回路に、
半導体スイッチを介して接続されたコンデンサを備え、
上記交流き電回路に無効電力を供給する無効電力補償装
置において、上記交流き電回路の電圧を検出し、この電
圧が所定の設定値を越えたとき上記半導体スイッチを開
放するようにしたので、回生車両の転流失敗等による過
電圧から無効電力補償装置のコンデンサを保護すること
ができる。

【００７０】また、請求項１５に係る無効電力補償装置
においては、半導体スイッチの投入・開放制御のため、
検出した回路電圧のレベルを判別する場合、上記回路電
圧周波数の１サイクル積分値に基づき判別するようにし
たので、たとえ、交流き電線にインラッシュ現象に伴う
直流分電圧の重畳が頻繁に生じても、安定した無効電力
制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１における無効電力補
償装置を示す回路構成図である。

【図２】図１の無効電力補償装置の動作を説明するた
めのタイミングチャートである。

【図３】この発明の実施の形態２における無効電力補
償装置を示す回路構成図である。

【図４】図３の無効電力補償装置の動作を説明するた
めのタイミングチャートである。

【図５】この発明の実施の形態２における、図３とは
異なる無効電力補償装置を示す回路構成図である。

【図６】この発明の実施の形態２における、図３とは
異なる無効電力補償装置を示す回路構成図である。

【図７】この発明の実施の形態２における、図３とは
異なる無効電力補償装置を示す回路構成図である。

【図８】この発明の実施の形態３における無効電力補
償装置を示す回路構成図である。

【図９】この発明の実施の形態４における無効電力補
償装置を示す回路構成図である。

【図１０】この発明の実施の形態４における、図９と
は異なる無効電力補償装置を示す回路構成図である。

【図１１】この発明の実施の形態４における、図９と
は異なる無効電力補償装置を示す回路構成図である。

【図１２】この発明の実施の形態５における無効電力
補償装置を示す回路構成図である。

【図１３】この発明の実施の形態６における無効電力
補償装置を示す回路構成図である。

【図１４】この発明の実施の形態７における無効電力
補償装置を示す回路構成図である。

【図１５】図１４の無効電力補償装置の動作を説明す
るためのタイミングチャートである。

【図１６】この発明の実施の形態８における無効電力
補償装置を示す回路構成図である。

【図１７】図１６の無効電力補償装置の動作を説明す
るためのタイミングチャートである。

【図１８】従来の無効電力補償装置を示す回路構成図
である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ交流電源、６交流き電線、７ａ，７ｂ
切替セクション入口側遮断器、８ａ，８ｂ切替セクシ
ョン出口側遮断器、９中セクション、１２車両、１
９無効電力補償装置、２０変圧器、２２コンデン
サ、２３サイリスタスイッチ、２４ＰＴ、２５制
御回路、２８ＣＴ、２９インラッシュ検出回路、３
０タイマー回路、３１ＣＴ、３２過電流検出回
路、３３高調波電流検出回路、３４直流電流センサ
ー、３５直流電流検出回路、３６磁束センサー、３
７磁束検出回路、３８セクション入口側切替遮断器
開放信号伝送回路、３９伝送路、４０ＴＨＹ−ＯＦ
Ｆタイマー回路、４１セクション出口側切替遮断器投
入指令信号伝送回路、４２車両位置検出器、４３車
両位置信号伝送回路、４４電圧センサー、４５中セ
クション架線電圧停電信号伝送回路、４６架線電圧周
波数検出器、４７ＰＴ、４８ＴＨＹ−ＳＷ投入・開
放指令回路、４９過電圧検出回路、５０１サイクル
積分電圧検出回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流電源回路に半導体スイッチを介して
接続されたコンデンサを備え、上記交流電源回路に無効
電力を供給する無効電力補償装置において、上記交流電源回路の電圧を検出し、停電時上記半導体ス
イッチを開放し、復電時は復電から所定時間経過後上記
半導体スイッチを同期投入するようにしたことを特徴と
する無効電力補償装置。
【請求項２】交流電源回路に半導体スイッチを介して
接続されたコンデンサを備え、上記交流電源回路に無効
電力を供給する無効電力補償装置において、上記コンデンサに流入する電流を検出し、この電流が所
定の設定値を越えたとき上記半導体スイッチを一旦開放
し、更に所定の時間経過後同期投入するようにしたこと
を特徴とする無効電力補償装置。
【請求項３】電圧降圧用の変圧器を介して交流電源回
路に接続された無効電力補償装置において、電流を上記変圧器の高圧側で検出するようにしたことを
特徴とする請求項２記載の無効電力補償装置。
【請求項４】電圧降圧用の変圧器を介して交流電源回
路に接続された無効電力補償装置において、電流を上記変圧器の低圧側で検出するようにしたことを
特徴とする請求項２記載の無効電力補償装置。
【請求項５】変圧器の低圧側で電流の高調波成分を検
出し、この高調波成分が所定の設定値を越えたとき半導
体スイッチを一旦開放し、更に所定の時間経過後同期投
入するようにしたことを特徴とする請求項４記載の無効
電力補償装置。
【請求項６】変圧器の低圧側で電流の直流成分を検出
し、この直流成分が所定の設定値を越えたとき半導体ス
イッチを一旦開放し、更に所定の時間経過後同期投入す
るようにしたことを特徴とする請求項４記載の無効電力
補償装置。
【請求項７】交流電源回路に変圧器および半導体スイ
ッチを介して接続されたコンデンサを備え、上記交流電
源回路に無効電力を供給する無効電力補償装置におい
て、上記変圧器の直流偏磁成分を検出し、この直流偏磁成分
が所定の設定値を越えたとき上記半導体スイッチを一旦
開放し、更に所定の時間経過後同期投入するようにした
ことを特徴とする無効電力補償装置。
【請求項８】き電線の途中に絶縁された中セクション
を設けるとともにセクション入口側のき電線と上記中セ
クションとの開閉を行う入口側遮断器およびセクション
出口側のき電線と上記中セクションとの開閉を行う出口
側遮断器を備え、車両が上記中セクションを通過中に上
記入口側遮断器を開放しその後出口側遮断器を投入する
切替セクションを有する交流き電回路に、半導体スイッ
チを介して接続されたコンデンサを備え、上記交流き電
回路に無効電力を供給する無効電力補償装置において、上記入口側遮断器の開放信号を入力して所定の時間経過
後上記半導体スイッチを一旦開放し、更に所定の時間経
過後同期投入するようにしたことを特徴とする無効電力
補償装置。
【請求項９】き電線の途中に絶縁された中セクション
を設けるとともにセクション入口側のき電線と上記中セ
クションとの開閉を行う入口側遮断器およびセクション
出口側のき電線と上記中セクションとの開閉を行う出口
側遮断器を備え、車両が上記中セクションを通過中に上
記入口側遮断器を開放しその後出口側遮断器を投入する
切替セクションを有する交流き電回路に、半導体スイッ
チを介して接続されたコンデンサを備え、上記交流き電
回路に無効電力を供給する無効電力補償装置において、上記入口側遮断器の開放信号を入力して所定の時間経過
後上記半導体スイッチを一旦開放し、上記出口側遮断器
の投入信号を入力して所定の時間経過後上記半導体スイ
ッチを同期投入するようにしたことを特徴とする無効電
力補償装置。
【請求項１０】き電線の途中に絶縁された中セクショ
ンを設けるとともにセクション入口側のき電線と上記中
セクションとの開閉を行う入口側遮断器およびセクショ
ン出口側のき電線と上記中セクションとの開閉を行う出
口側遮断器を備え、車両が上記中セクションを通過中に
上記入口側遮断器を開放しその後出口側遮断器を投入す
る切替セクションを有する交流き電回路に、半導体スイ
ッチを介して接続されたコンデンサを備え、上記交流き
電回路に無効電力を供給する無効電力補償装置におい
て、上記出口側遮断器の投入指令信号を入力して上記半導体
スイッチを一旦開放し、更に所定の時間経過後同期投入
するようにしたことを特徴とする無効電力補償装置。
【請求項１１】き電線の途中に絶縁された中セクショ
ンを設けるとともにセクション入口側のき電線と上記中
セクションとの開閉を行う入口側遮断器およびセクショ
ン出口側のき電線と上記中セクションとの開閉を行う出
口側遮断器を備え、車両が上記中セクションを通過中に
上記入口側遮断器を開放しその後出口側遮断器を投入す
る切替セクションを有する交流き電回路に、半導体スイ
ッチを介して接続されたコンデンサを備え、上記交流き
電回路に無効電力を供給する無効電力補償装置におい
て、上記車両が上記中セクションに進入したとき出力される
車両位置信号を入力して所定の時間経過後上記半導体ス
イッチを一旦開放し、更に所定の時間経過後同期投入す
るようにしたことを特徴とする無効電力補償装置。
【請求項１２】き電線の途中に絶縁された中セクショ
ンを設けるとともにセクション入口側のき電線と上記中
セクションとの開閉を行う入口側遮断器およびセクショ
ン出口側のき電線と上記中セクションとの開閉を行う出
口側遮断器を備え、車両が上記中セクションを通過中に
上記入口側遮断器を開放しその後出口側遮断器を投入す
る切替セクションを有する交流き電回路に、半導体スイ
ッチを介して接続されたコンデンサを備え、上記交流き
電回路に無効電力を供給する無効電力補償装置におい
て、上記中セクションの電圧を検出し、この電圧が所定の設
定値未満となったとき上記半導体スイッチを一旦開放
し、更に所定の時間経過後同期投入するようにしたこと
を特徴とする無効電力補償装置。
【請求項１３】き電線に電力を供給する交流き電回路
に、半導体スイッチを介して接続されたコンデンサを備
え、上記交流き電回路に無効電力を供給する無効電力補
償装置において、上記交流き電回路の周波数を検出し、この周波数が所定
の設定値を越えたとき上記半導体スイッチを一旦開放
し、上記周波数が所定の設定範囲内となったとき当該時
点から所定の時間経過後同期投入するようにしたことを
特徴とする無効電力補償装置。
【請求項１４】き電線に電力を供給する交流き電回路
に、半導体スイッチを介して接続されたコンデンサを備
え、上記交流き電回路に無効電力を供給する無効電力補
償装置において、上記交流き電回路の電圧を検出し、この電圧が所定の設
定値を越えたとき上記半導体スイッチを開放するように
したことを特徴とする無効電力補償装置。
【請求項１５】半導体スイッチの投入・開放制御のた
め、検出した回路電圧のレベルを判別する場合、上記回
路電圧周波数の１サイクル積分値に基づき判別するよう
にしたことを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか
に記載の無効電力補償装置。