JPS59128021A - ダブルセクシヨン方式の直流給電装置 - 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】 本発明は地下鉄などに適用される直流式電気鉄道の給電
装置に係り、特にサイリスタ整流器を１２相整流とし、
且つ既設のセクショ／に新たに中間セクションを付加し
てダブルセクション方式の給電回路を構成し、烙らに一
部のサイリスタ整流器にインバータの機能をもたせるこ
とによって、商用周波電源側の高調波を抑制し。

さらに事故時の保護動作も連応性を以つ１事故区間のみ
を選択遮断して、事故の拡大を防止し、以って安定性、
信頼性を向上する改良された給電装置を提供しようとい
うものである。

地下鉄などに代表される直流給電装置は、順電力変換装
置のシリコン整流器がサイリスタ整流器に、又、回線毎
に区分された直流電路に挿入される直流式高速度遮断器
がサイリスタ遮断器にそれぞれとって代るというように
、保守面での煩雑性をなくし、さらに保護面での動作を
確実にして極力安定性を高めている。しかしながらかか
るアークレス方式の給電装置で問題とがるのは、第１に
き電ｉ望の直流パワーを給電するサイリスタ整流器が、
単に直流正極母線を介して並列接続される６相の整流方
式であるので、商用周波電源母線側の高調波が増大し通
信線への誘導障害力ど高調波対策が必要となっている。

第２にき電線が２回線であれば、各回線には１個のデッ
ドセクションを設ける構成であるので１例えばき電線側
で短絡事故を生じて事故回線を遮断した場合罠、力行車
両が事故点側へ進入して来て当該車両がデッドセクショ
ンを挟んでまたがったようカ場会、デッドセクションの
事故点側は無電圧区間、他方の側は加電圧区間であるの
で、車両のパンタグラフを通して車両側へ大きなバイパ
ス電流が流れ始め、車両がデッドセクションを通過して
パンタグラフが当該セクションを離れると、パンタグラ
フとき電線間にアークが発生してパンタグラフ又はデッ
ドセクションが破壊するという重故障へと拡大する問題
がある１、第３に車両の制動時に生ずる回生電力を商用
周波電源母線側へ回生するものとして回生専用のインバ
ータを設置した場合、このインバータは、カ行パワー供
給用のサイリスタ整流器の略１／３位の容量であるので
、設備費が高騰化するばかりでなく、何らかの原因でイ
ンバータが転流失敗したようなｆＩ１合、６相整流方式
の従来の給電装置にあっては、単に直流正極母線を介し
てサイリスタ整流器とインバータとは並列接続する構成
であるので、サイリスタ整流器よりイノバータ側へ大き
な事故電流が流入し、この事故電流がサイリスタ整流器
に対して非常な脅威となる。

本発明はこの点に鑑みて発明されたものであって、以下
第１図の実施例に基づき詳述する。

同実施例でＩＦｉ商用商用電波電源母線２ｔ−２２は商
用周波の電源電圧を適当々電圧値に降圧する整流器用ト
ラレスで、このトランスは２次巻線及び３次巻線を有す
る多相変圧器としである。

３１−３２及び４１４＊ｔｉ１２相整流方式のサイリス
ク整流器で、サイリスタを純ブリツジ接続して構成され
商用周波の交流入力電力を直流電力に変換するものであ
る。なお前者のサイリスタ整流器穐−３意はコンバータ
、インバータの両機能を有する。５１−５２及び５ｓ−
５４はカ行運転時に導通するダイオードで、６１　　ｈ
２及び６ｍ−６４は回生運転時（インバータ運転時）Ｋ
導通ずるサイリスタスイッチで事故電流を遮断する機能
を有している。７１〜７４は直流リアクトル、８１〜８
４はそれぞれサイリスタ遮断器で、これら遮断器は図示
はしないが任意数並列接続した主サイリスタと１強制消
弧する為の補助サイリスター転流リアクトル−転流コン
デンサよりなる強制消弧回路とでそれぞれ構成される。

９１及び９２　〜９４はそれぞれ所要の力行電力および
回生車力を導び〈為のダイオード、１０１〜１０３及び
１０４〜１０６は断路器、１１！及びＩＩｓは既設のデ
ッドセクション、１１２及び１１４Ｆｉ新たに付加した
中間デッドセクション、１２里−１２２はき電線、１３
１−１３ｇは軌条、１４１　１４ｇは電気車を示す。１
５１１５ｚｔ：ｉ断路器１０２を含む直流電路と１０５
の断路器を含む直流電路とを連絡する連絡線で、これら
連絡線には図示するように相手側の直流■１゜路へ力行
電力或いは回生車力を導びく為のダイオード１６１　１
６２がそれぞれ挿入しである。

以上のように構成される本実施例の動作を述べるに、３
１−３２及び４ｔ−４ｇの各サイリスタ整流器で３１の
サイリスタ整流器が予備であるとすれば、例えばカ行運
転時に於ては、４１のサイリスク整流器で順変換した直
流電力は、整流器４１→直流リアクトル７２→断路器１
０３の経路を通してき電線１２ｓ下に連なる図示しない
カ行車両に供給されると共に１整流器４１→直流リアク
トル７雪→サイリスタ遮断器８２→断路器１０２の経路
を通してデッドセクション１１．−１１．間のき軍区間
に給電され、さらに整流器４１→直流リアクトル７鵞→
サイリスタ遮断器８２→ダイオード９１→断路器１０１
→き電線１２１の経路を通しτ、電気車１４ｇにカ行パ
ワーとして供給される。同様に４意のサイリスタ整流器
で順変換した直流電力は、整流器４２−直流リアクトル
ア４→断路器１０６→き電線１２２の経路を通して１４
１の電気車にカ行パワーとして供給されると共に、整流
器４２→直流リアクトル７４→サイリスタ遮断器８４→
断路器１０、の経路を通して１１３−１１４間のき軍区
間に供給される。さらに３鵞のサイリスタ整流器にあっ
ては、整流器３意→ダイオード５３→直流リアクトル７
３→断路器１０４の経路を通して１２２のき電線に給電
される。なお３２及び４２のサイリスタ整流器にあって
は、カ行運転時に際して各サイリスタ整流器が分担する
常時の負荷量は予じめ前以って規定されており、何らか
の原因で一方のサイリスタ整流器が事故を生じた場合に
は、他方のサイリスタ整流器が事故整流器の負荷をも分
担するよう各整流器の容量は設定しである。

従って本実施例による給電装置にあっては、整流器が事
故を生じた場合でも給電を全く停止することなく所定の
運行業務を継続することができる。

かかる力ひ運転時に於て１４ｓの電気車が回生車両とな
ってき電線１２２の電圧が所定の電圧に達すると、図示
しない検出装置が電圧或いは電流の諸量に応じて動作し
回生が始まった旨を検出して、直ちに３２のサイリスタ
整流器に対してカ行運転よりインバータ運転へ切換える
旨の命令を出す。この切換指令を以って３２の整流器は
ゲートをインバータ領域へ切換えると共に、６３−６４
のサイリスクスイッチに点弧指令を与えて点弧する。し
かして回生車両１４１よシの回生電力は、電気車１４ｒ
→き電線１２２→断路器１０６→サイリスタ遮断器８４
→サイリスタスイツチ６３→サイリスタ整流器３２の負
極側素子→商用電源母線１→整流″７ａ３２の正檎側素
子→サイリスタスイッチ６４→負極母線１７２→軌条１
３２の経路を通して母線１側へ回生されると共に、電気
車１４１→き電線１２２→断路器１０ｓ→サイリスタ遮
断器８４→゛断路器１０．の経路を通し王、デッドセク
ションＩＩｇ　　１１４間のき軍区間の図示しないカ行
車両にカ行パワーとして供給される。さらに電気車１４
．→き電線１２２→断路器１０６→サイリスタ遮断器８
４→ダイオード９３→断路器１０４の経路、及び電気車
１４１→き電線１２２→断路器１０６→サイリスタ遮断
器８４→ダイオード１６２→ダイオード９１（又は９り
の経路を通して、カ行車両１４２に対してカ行パワーと
して供給されると共にデッドセクション１１２　、　Ｉ
Ｉｓの付近に存する図示しないカ行車両にカ行パワーと
して供給される。

このように電気車が停止時に生ずる回生電力は、商用周
波電源母線側へ回生されると共にカ行車両にカ行パワー
として供給され、エネルギーの有効−利用を図って省エ
ネルギータイプの給電装置としである。

かかる回生時に際して１例えば図示Ａ点で何らかの原因
でき電線１２１を支持する碍子がリークして短絡事故を
生じたような場合、本実施例では以下に示すような所定
の保護動作を行って給電業務を継続する。即ち断路器１
０３を含む直流電路に挿入される図示しない過電流継電
器が短絡事故である旨を検出すると、先ず事故点側のサ
イリスタ整流器４ＩとＳｓ　　８４のサイリスタ遮断器
に対して所定の指令を与え、サイリスタ整流器４１をゲ
ートシフト或いはゲートブロックして停止させ整流器４
１側より流入する事故電流を遮断すると共に、８３のサ
イリスタ遮断器をＯＦＦすることによってサイリスタ整
流器３２側より流入する事故電流を遮断し、さらに８４
のサイリスタ遮断器をＯＦＦすることによって回生車両
１４＋よシの回生電力を遮断する。このように事故点Ａ
へ流入する゛市原側よりの事故電流、さらに回生車両よ
りの回生電力をそれぞれ遮断し断路器１０３全通して流
れる事故電流が略零になった時点で、図示しない断路器
操作部を介して１０３の断路器を開極して事故点Ａ側の
き軍区間のみを選択遮断する。しかる後にサイリスタ整
流器４１を再起動して所定のカ行運転全行なわせると共
に、各サイリスタ遮断器８２及び８ｇ−８４に所望の点
弧信号全路えて点弧し健全回線の各き軍区間へ直流電力
を給電するようにする。

次に事故点Ａの短絡事故時に際して電気車１４２が事故
点Ａ側に進入して来た場合の保砂動作について説明する
。事故点Ａを含む事故回線が選択遮断された場合、事故
セクション１１２の事故点Ａ側は無電圧区間、事故セク
ション１１２と健全セクション１１．のき軍区間は加電
圧状態となっている。この状態で電気車１４２が事故点
Ａ側に進入して来て、電気車１４２のパンタグラフＰ！
とＰｌとが健全セクショ／１１Ｋをまたがったような場
合％Ｐ２のパンタグラフ側はサイリスタ整流器４１→直
流リアイトルア２→サイリスタ遮断器８！→ダイオード
９１→断路器１０１の経路を通してき電されており、又
Ｐ１のパンタグラフ側はサイリスタ整流器４１→直流リ
アクトル７２→サイリスタ遮断器８２→断路器１０２の
経路を通してき電されている。従って、電気車１４鵞の
パンタグラフＰ１とＰ！とは略同電位であるので電気車
１４２側へ過大なバイパス電流が流れることは決してな
い。この状態よ＃）電気車１４鵞が慣性でさらに事故点
Ａ側へ進入して後方のパンタグラフＰ２が健全セクショ
ン１１！を離れると、パンタグラフがセクションを離れ
た旨を何らかの方法で検出して、この検出信号を基に８
２のサイリスタ遮断器を直ちにＯＦＦする。従って健全
セクション１１！と事故セクション１１２とのき軍区間
は無電圧状態となって、この状態で電気車１４２が慣性
で事故セクション１１２へ進入した場合でも、事故セク
ションｌｌｚの事故点Ａ　ｇＡｌｌは既に無電圧区間と
なっているので、電気車１４鵞側へ何ラパイバス電流が
流れることはなく、又、アーク熱も全く発生することな
くノくンタグラフとデッドセクションの破壊を未然に防
止することができる。

以上のような本実施例に対して従来の給電装置にあって
は、例えば第１図の給電装置を例にとると、１１３の中
間デッドセクションと断路器１０冨を含む直流電路とを
設けないき電構成であるので、図示Ａ点で短絡事故を生
じ且つ１４２の電気車が慣性で図示する位置に進入し１
来たような場＠ｒ％事故点ＡＩＪＶｉ断路器１０ｍの開
極によって既に無電圧状態となっており、これに対して
電気車１４冨側は断路器１０１を通して加部；圧状態と
なっている。この状態でさらに電気車１４２が進行して
後方のパンタグラフＰ２と前方のノくンタグ２フＰ１と
がデッドセクション１１１をまたがる状態に彦ると、断
路器１０．→パンタグラフＰ。

→電気車１４３→パンタグラフＰ１→き電線１２１の経
路を通して、電気車１４２側へ過大な−くイノ（スミ流
が流れることになる。この状態でさらに電気車１４！が
進行して後方のパンタグラフＰ２がデッドセクション１
１１を離れ始めると、／クンタグラフｐｚとデッドセク
ション１１１間にアークが発生し、このアーク熱によっ
て／くンタグラフ或いはデッドセクションが破壊−する
という重故障へと拡大することになる。この点本願によ
れば、上記したように中間のデッドセクションを設けて
ダブルセクション方式とし、さらに電気車が中間セクシ
ョンより事故セクション側へ慣性で進行する過程に於て
、電気車の後方の）（ンタグラフが中間のデッドセクシ
ョンを通過したという榮件を基に中間−セクションと事
故セクショ／のき軍区間を無電圧状態とするので、従来
の給電装置にみられるようなデッドセクション或いはパ
ンタグラフの破壊は未然に防止することができる。

次に３３のサイリスタ整流器がイノノく一夕運転時に転
流失敗した場合の保護動作について述べる。

サイリスタ整流器３！が転流失敗した旨を図示しなＬ過
電流センサー等の検出手段で検出すると、この検出信号
を基ＫＨｚのサイリスタ遮断器と８４のサイリスタ遮断
器とをそれぞれ０ＦＦＩ。

てサイリスタ整流器４菫及び４３より流入する事故、電
流を遮断すると共に％電気車］４１が回生運転時にあれ
ば、サイリスタ遮断器８４をＯＰ’　Ｆすることによっ
て事故インバータ側へ流入する電気車よシの回生電力を
遮断する。この動作と並行して事故インバータをゲート
ブロックして事故インバータを停止し予備用のサイリス
タ整流器３１を始動させる。事故インバータへ流入する
事故電流が遮断され零になれば、再び８２　８４のサイ
リスタ遮断器を得投入して電気車１４ｒよりの回生電力
を、電気車１４ｉ→き電線１２２→断路器１０ｓ→サイ
リスタ遮断器８４→ダイオード１６２→サイリスタスイ
ツチ６１→サイリスタ整流器３１→変圧器２１の経路を
通して電源母線１側へ回生させる。力お事故インバータ
の遮断に際して、上記の説明でＦｉ８ｇ　　８４の各サ
イリスタ遮断器で流入する事故電流を遮断する場合を述
べたが、かかる保ｎｊ５法では、断路器１０２を含めた
直流電路と断路器１０１を含めた直流電路、及び断路器
１０４を含めた直流電路と断路器１０ＩＩを含めた直Ｒ
，電路とはそれぞれ８２８４のサイリスタ遮断器が再投
入されるまでの期間、給電が停止され運行業務に支障が
ある。従ってインバータの転流失敗に際しては、事故イ
ンバータ側のサイリスタスイッチ６３をＯＰ’　Ｆする
ことによってサイリスタ整流器４１及び４４よシ流入す
る事故電流、さらには電気車１４２よシ流入する回生電
力を遮断するようにする。かかる保護方法によれば、転
流失敗時であっても全ての直流電路に所望の直ａｍ力を
供給でき運用効率を高め得る利点がある。さらに第１図
の実施例では、負極母線を１７１　ｊ　１７２というよ
うに２組に分割した例を示したが各負極母線を一括して
一組の負珍母線にしても動作上ｔま全く支障がなく、か
かる方法によれば構成を簡素化できる利点がある。さら
に第１図の給電装置にあっては、断路器１０．を含めた
第１の直流電路、断路器１０３を含めた第２の直＃、電
路と断路器１０２を含めた第３の直流電路とをそれぞれ
接続するサイリスタ遮断器８１−８３．ダイオード９１
−９２よシなる電力切換回路と、断路器１０４を含めた
第４の直流電路と断路器ｉ０ｓを含めた第５の直流電路
、断路器ｉｏｓを含めた第６の直流電路をそれぞれ接続
するサイリスタ遮断器８ｓ−８４，ダイオード９ｍ−９
４よシなる電力切換回路とは、例えば第２図に示すよう
に４個のダイオードと１個のサイリスタ遮断器で構成し
た電力切換回路でも略同−の目的を達成することができ
る。なお第２図に示す電力切換回路の場合、第１図の電
力切換回路に比しサイリスタ遮断器が１細束なくなるの
で経済的な給電装置を実現できる利点がある。。

以上のように、本発明に於ては１２相整流方式のサイリ
スタ整流器群で一部の整流器はインバータの機能を持た
せて、さらにこれらインバータの機能を有する整流器で
もその一部は予備とし、且つき電線側はダブルセクショ
ン方式としたので以下に示すように種々の効果を奏すも
のである。

■　回生専用のインバータを設置することなく、１２相
整流方式のサイリスタ整流器の一部にインバータの機能
を持たせたので、非常に経済的な給電装置を構成するこ
とができる。

電２、　き電系の電源は１２相整流方式としたので、電
源側の入力電流に含まれる高調波を抑制することができ
新たに設置する高調波抑制装置を小型化できる。

■　き電線側はダブルセクション方式であるので、き電
線側の短絡事故時に際して電気車が故障セクション側へ
進入して来た場合でも。

全くアークを生ずることなくアーク熱によるテッドセク
ション、パンタグラフの破壊全未然に防止できる。

■　サイリスタ整流器がインバータ運転時に転流失敗し
た場合でも、インバータ機能を有するサイリスタ整流器
に付加したサイリスタスイッチで流入する事故電流を遮
断するよう処したので、即座に事故インバータを遮断で
き事故時の影響を最小限に抑えることができる。

［有］　前記（イ）項に於て、事故インバータの遮断時
でもき電線の給電は継続できる構成であるので、運用効
率を高め得、非常に信頼性の高い給電装置を実現できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例を示す給電装置の具体、
的々回路構成図、第２図は本発明に係る電力切換回路を
示す具体的な回路図。 ３、−３．及び４ｔ−４２はサイリスタ整流器、８１〜
８４はサイリスタ遮断器、５１〜５４及び９１〜９４は
ダイオ−・ド、１１１〜１１４はデッドセクション、１
２１　　１２＊はき電線。 特許出願人 株式会社　明　電　舎 代表者　今　井　正　雄 第２図 プ 隆 スノ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）１次巻線及び２次巻線、３次巻線を有し商用周波
   電源電圧を適当な電圧値に降圧する第１第２の変圧器と
   、これら変圧器の２次巻線或い１１３次巻線にそれぞれ
   接続され交流入力電力を直流電力に順変換する１２相整
   流方式の第１及び第３パのサイリスタ整流器と、前記第
   １．第２の変圧器の２次巻線或いＩｆｉ３次巻線にそれ
   ぞれ接続され交流入力電力を直流電力に順変換する、と
   共に、き電線側より入力される回生電力を交流電力に逆
   変換して商用周波電源母線側へ回生ずる１２相整流方式
   の第２及び第４のサイリスク整流器と、この第２．第４
   のサイリスタ整流器の直流出力側とき電線間に挿入され
   直流電力を回線別に区分されたき電線側へ給電する第１
   及び第３の直流電路と、前記第１．第３のサイリスタ整
   流器の直流出力側とき電線間に挿入され直流電力を回線
   別に区分されたき電線側へ給電する第２及び第４の直流
   電路と、前記第１の直流電路の橋絡点と前記第２の直流
   電路の橋絡点間に挿入され、且つ第１の直流電路（又は
   第２の直流電路）よシ導びかれる電力を第２の直流電路
   （又は第１の直流電路）側へ出力する第１の電力切換回
   路と、前記第３の直流電路（又は第４の直流電路）よシ
   導びかれる電力を第４の直流電路（又は第３の直流電路
   ）側へ出力する第２の電力切換回路と、前記第１の直流
   電路とき電線との橋絡点と前記第２の直ｆＥ、電路とき
   電線との橋絡点間に挿入される第１及び第２のデッドセ
   クションと、前記第３の直流電路とき電線との橋絡点と
   前ａピ第４の＠流電路とき電線との橋絡点間に挿入され
   る第３及び第４のデッドセクションと、前記第１．第２
   のデッドセクションの橋絡点と前記第１の電力切換回路
   とを歩続する第５の直Ｒ，電路と、前記第３．第４のデ
   ッドセクションの橋絡点゛と前記第２の電力切換回路と
   を接続する第６の直流電路と、前記第第２の連絡線と、
   前記第１及び第２の電力切換回路より導ひかれる回生電
   力を前記第２．第４のす４リスタ整流器の直流負極母線
   側へ出力する第１．第２のサイリスタ遮断器とでそれぞ
   れ構成したことを特徴とするダブルセクション方式の直
   流給電装置。
2. （２）　　第１及び第２の電力切換回路を、サイリスタ
   遮断器とダイオードとを逆並列接続してなる２組の並列
   回路を直列接続し１構成するようにした特許請求の範囲
   第１項記載のダブルセクション方式の直流給電帽１゜
3. （３）第１及び第２の電力切換回路を、ダイオードを逆
   並列接続して々る２組の並列回路を直列接続し、且つ直
   列接続した橋絡点同士を接続するサイリスタ遮断器とで
   構成するようにした特　　　　３゜許請求の範囲第１項
   記載のダブルセクション方式の直流給電装置。
4. （４）第１及び第３の直流電路を、ダイオードと直流リ
   アクトル、断路器とをそれぞれ直列接続して構成するよ
   うにした特許請求の範囲第１項ないし第３項記載のダブ
   ルセクション方式の直流給電装置。
5. （５）第２及び第４の直流電路を、直流リアクトルと断
   路器とを直列接続して構成するようにした特許請求の範
   囲第１項ないし第４項記載のダブルセクション方式の直
   流給電装置。
6. （６）　　第５及び第６の直流電路を断路器で構成する
   ようにした特許請求の範囲第１項ないし第５項記載のダ
   ブルセクション方式の直流給電装置。
7. （７）１２相整流方式でインバータの機能を有する第２
   及び第４のサイリスタ整流器で、一方のサイリスタ整流
   器を予備とした特許請求の範囲第１項ないし第６項記載
   のダブルセクション方式の直流給電装置。