JPS60176832A - 直流式電気鉄道の給電装置 - 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】 （発明の技術分野） 本発明は電気鉄道の給電、装置Ｈに係り、特にぜ流′１
力を直流電力に変換して１気車の駆動源として供給する
直流式′離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ｉｆ流弐′シ気鉄道の給電装置は商用筒′ＯＪｔ
電源母線エク入力さｎる交流′電力を順電力変換装置に
よって１■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′イ、気車全力行運転させる一
方、電気車が回生運転時に発生する回生エネルギーは逆
電力変換装置置によってダ流醒力に変換して前記開用周
波′区源田線側へ回生するシステムが採らｎている。

ここで従来の直流式電気鉄道の袷゛醒装置の一例を第１
図および第２図に示す。第１図において、１は商用周波
電源画情−（図示省略）から送ら扛る交流′框カイ１■
流Ｆｉｉ力に・ｆ′換する順電力変換装置であり、２は
直流室カケ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ｌの出力重力は（自流母線３．力行用サ
イリスタ砲断器４ａ、４ｂ。

４ｃ、４ｄお工び電車線５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを弁し
て醒車線下に存在する力行車両（図示省略）に供給さｎ
る。また図示しない醒気屯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Ｆｉａ。

５ｂ、ｌｓｃ、ａｄ、ダイオード６ａ、６１：’１，６
ｃ。

６ｄ、回生用サイリスタ鳩断器７　、　＋ＰＪ瀧ｍ課３
および逆電力変換装置に２ケ介して図示しない商用周波
電源母線側へ回生される。カ行用すイリスタ悉断器、例
えば４ａは電車線５ａで地絡事故が発生したときに図示
しない市１」御回路によってオフさγしるものであり、
こｎＫよって順解力変換装置１から直流母線３お工び力
行用サイリスタ遮断器４ａを介して事故電流が事故点（
図ボ省略）に流入するのを防止するものである。カ行用
サイリスタ縞断器４ｂ、４ｃ、４ｄも前記同様の機能を
有する。

また回生用Ｖイリスタ縞断器７は前記の工うな短絡事故
発生時に図示しない制御回路によってオフさｎるもので
あり、こｆ’ＬＫ工っ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＆１５　ｄ、ダイオード６ｄ、回生用サイリス
タ臆断器７．直流母線３および力行用サイリスタ漉断器
４ａｆｒ、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
って示し、その説明は省略する。８２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、４
ｄの両端に回生用サイリスク遮断器？ａ、７ｂ、７ｃｍ
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ＩＳ＆、５１）、５ｃ、ｆｉｄ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
タ縣断器７ａ、７ｂ・７Ｃ・７ａ１厘流母線３お工び逆
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ｎるものである。尚力行電力を供給する場合
の動作や事故屯流縞断動作は第１図の給電装置と同様に
なさｎる。

上記のように構成さ扛た装置において、第１図装置の場
合１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
入する事故電流全臆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。ま念、第２図装置の場合も、４ＩＩ
ＪＩもの回生用サイリスタ遮断器７ａ、７ｂ、７ｃ、？
ｄを設けているので、サイリスタ砿断器の個数は著しく
増加してしまう。この工うに第１図及び第２図の従来装
置で共通していることは、回生用サイリスク遮断器の設
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、装置にの設備面積が
拡大し、さらに給電装置＃全体が非常に高価になる欠点
があった。

（発明の目的） 本発明は上記の点に鑑みなさ扛たもので、装置の構成を
簡単化して信頼性を同上するとともに装置価格を大幅に
低兼化することができ、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回流を確
実に搗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
クションで区分さ扛た複数のｍ車線と・ｒ結ふ検数の直
流電路に各々ダイオードで構成さｎるブリッジ回路を弁
挿し、該ブリッジ回路の端子間に各々スイッチング制御
素子（例えばサイリスク臆断器）全接続するように構成
し、給電装置全体に必要とするスイッチングＧ１１ｌ　
ｍｌ　Ｊｇ子（サイリスク臆断器）の個数全大幅に減ら
し、こｎＫよって装ＷＩｔ、＃４成の間車化および装置
価格の低兼化を計ったことを特徴とする。

（不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図において第１図と同一部分は同一符号を持って
示し、その説明は省略する。ｌｌａはダイオード１２ａ
〜１２ｄ’ｉブリツジ接続して成る第１ブリッジ回路で
ある。この第１ブリッジ回路１１ａの入力Ｉｔ４１１は
直流母線３に接続さｎ１出力側は断路器１３ａを介して
電車線５ａに接続さｎでいる。第１ブリッジ回路ｉｉａ
の端子間にはスイッチング制御素子、例えば図示極性の
第１サイリスタ鳩断器１４ａが接続されている。ｌｌｂ
はダイオード１２ｅ〜１２ｈをブリッジ接続して成る第
２ブリッジ回路である。この第２ブリッジ回路１１ｈの
入力側は直流母線３に接続され、出力側は断路器１３ｉ
＋を弁して電車１ｆｆｌ！Ｓ　ｈＶｃＩ続、さｎている
。第２ブリッジ回路１１ｂの端子間にはスイッチング制
御素子、例えば図示極性の第２サイリスタ縞断器１４ｂ
が接続さｎている。ｌｌｃはダイオード１２１〜１２７
をブリッジ接続して成る第３ブリッジ回路である。この
第３ブリッジ回路１１ｃの入力側は直流母線３に接続さ
ｎ１出力側は断路器１３０全介して電車＃　５ｃＫ接続
さ扛ている。第３ブリッジ回路１１ｃの端子間にはスイ
ッチング？ｌｉ制御素子、例えば図示極性の第３サイリ
スタ跪断器１４ｃが＃続さγしている。１１ｄはダイオ
ード１２１１１１〜１２ｐｉブリツジ接続して成る第４
ブリッジ回路である。この第４ブリッジ回路ｌｉｄの入
力側は自−流母線３に接続さｆＬ、出力側は断路器１３
．１を介して電車線５ｄｌＣ接続さｎている。第４ブリ
ッジ回路１１ｄの端子間にはスイッチング制御素子、例
えば図示極性の第４サイリスタａ断器１４ｄが接続さ扛
ている。１５は一気車、１６ａ、１６ｂは電卓線を区分
する為のデッドセクション、１７ａ、１７ｂはレールを
各々示す。尚、サイリスク臆断器１４ａ、１４ｂ。

　０ を結ぶ直流電路に各々挿入さｎる選択ａ＠用の過電１Ｒ
継電器等は図示省略しである。さらに図示装置は１変′
１所を示すものであり、各電車線５ａ〜５ｄ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匹
るものとする。

次に上記の↓うに構成さ７′１．た装置の動作を述べる
。いま図示の如く電咽ｌｉｔ！５ｃ下に存在する電気車
１５がカ行運転中は、順′Ｍ力変換袈［１１から直流母
線３．単３ブリッジ回路１１ｃのダイオード１２ｊ、第
３サイリスタ題断器１４Ｃ，ダイオード１２に、ｉす〒
路器１３ｃお工び電車１ＦｉＣ全弁して電気車１５に直
流電力が供給さｎるとともに、隣接するｇ電析（図示省
略）からも前記電気車１５１ へ所望の直流電力が供給さｒる。また電車線５ａ（又は
５ｂ又は５ｄ）下に存在する力行区画（図示省略）には
前記同様に１１−電力変換製筒１から直流母線３．ダイ
オードｘ２ｂ（又は１２ｆ又は１２ｎ）、サイリスタ硯
断器１４ａ（又は１４ｂ又は１４ａ）、ダイオード１２
Ｃ（又は１２ｇ又は１２０）、断路器１３ａ（又は１３
１）又は１３ｄ）お↓び電車線５．（又は５ｂ又は５ｄ
）全弁して所望の直流電力が供給さｒしるとともに、隣
接する変電所（図示省略）からも所望のｌＩ直流電力供
給される。次に電車＃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−気車１５０回生エ
ネルギーは断路器１３ｃ、ダイオード１２ｔ、サイリス
タ爵断器ｘ４ｃｍダイオード１２１゜直流母線３および
逆′亀力ｇ換装置ｉｔ　Ｚを介して図示２ しない商用周波′畦源母線側へ回生さｎるとともに、断
路器１３ｃ、ダイオード１２ｔ、サイリスタ縞断器１４
ｃ、ダイオード１２７＊［流母線３お↓び前述したカ行
電力供給経路を弁して′１車線５ａ（又は５ｂ又はＳａ
）下に連なる図示しないカ行車両にも供給さｎ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′邂力変換
装置ｌの出力側から血流母Ｍ３．ダイオード１２ｂ、サ
イリスタ嬬断器１４ａ、ダイオード１２ｃおよび断路器
１３ａｉ弁して事故点ＰＫ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１３Ｃ，ダイオード１２１．サイリスタａ断器１
４ｃ。

ダイオード１２１．直流母線３．ダイオード１２ｂ。

３ サイリスタ臆断器１４ａ、ダイオード１２ｃおＬび断路
器１３ａを介して事故ＡＦｖｃ事故電流が流。

ｎ込み、さらにこのループを通して事故変電所に隣接す
る健全変電所工９の廻り込み電流も流入する。このよう
に上記経路を斤して事故点Ｆに事故電流が流扛ると、ブ
リッジ回路１１ａの直流出力側と電車線５ａを結ぶ直流
電路に挿入さ牡る過電流継電器（図示省略）で事故電流
全検知し、この検知信号を以って１１ｈ電力変換装置ｌ
の制御端、例えば該変換装置ｌがサイリスタ整流器で構
成さｎている場合はゲートヲ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。こしとと
もに前記過電流継゛ば器（図示省略）の検知信号を以っ
て第１サイリスタ臆断器１４ａ’ｉ図示しない転流回路
によってオフさせる。このような　４ 事故時の保砕動作により事故点Ｆ　ＶＣＲ，ｎ込む事故
電流が遮断さ−ｎ１事故電流が零になった時点で断路器
１３ａを開極して事故電路のみを選択尭断すると共に、
順電力変換器置１を再起動して給ＭＥ全再開させ、こル
によって他の健全電車線下會走行する電気車（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ｆｆ１ｎる力行１Ｍ
流および１屯ＪＰ、１１９ｉＩ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漉断器を
通流するように構成したので、給電装置全体に必要とす
るサイリスタ貌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。また各直流ｄ路の
サイリスタ跪断器１４ａ〜５ １４．１は、地絡事故時に事故点に流入する順電力変換
器置エリの事故電流或いは（ロ）小電力、廻り込みＭ、
　力等に一括して縞断するので、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、運転全域に渡っ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全説明する。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工う制御される
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扛た回生カ行切換装置とを備え交直
流式電気鉄道の＃電装置に通用した１分の回路図である
。第４図において第３図と同一部分は同一符号を持って
示し、その説明は省略する。２１は交流′電力ヲ１１流
（力６ に変換してカ行車両に供給したり、回生車両の直流Ｈ主
電力ｔ［’流に変換し几りするサイリスタ変換器でおり
、このサイリスタ変換器２１の交流側は変圧器２２ａお
よび交流跪断器（図示省略）を介して図示しない商用周
波′イ５源ｆｆｌ線に接続さｎ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ｎ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２
４ｂお工び負極母線３１を介してレール１７ａ、１７ｈ
Ｋ接続さ扛ている。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ッチ
２３ａお工び循環電流抑制用リアクトル２５が弁挿さｎ
てお９、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７ タスイツチ２３ｅｌが図示極性のように介挿さ庇ている
。こ扛らサイリスタスイッチ２３ａ、２３ｈ。

リアクトル２５および前ｄ己ダイオード２４ａ、、２４
ｂで回生力行切換装置１３２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ｔ−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２’２ｂお工び交流遮断器（
図示省略）を介して図示しない商用周波を源母線に接続
されている。順電力変換器２６の正側出力端は前記ぼ流
出ａ３に共通ｌ続さ扛、負側出力端は前記負極母線３１
に共通接続さルている。

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′−車ｇ５０下に存在する電気車１５がカ行
運転を行なう場合は、サイリスタ変８ 換器２１を図示しない制御回路に工って順変換器として
駆動させるとともに、サイリスタスイッチ２３ａ、２３
ｂｉ図示しない制御回路によってオフさせれば、サイリ
スタ変換器２１の直流側の一端からダイオード２４　ａ
　、　＋［流ａｔｉ　Ｎ　−第３ブリッジ回路１１ｃの
ダイオードｌ：ｚ、ｉ３サイリスタ壽断器１４ｃ、ダイ
オード１２に、断路器１３Ｃおよびｄ車線５０を介して
電気車１５に直流゛醒力が供給されるとともに、ハ＠電
力変排器２６の正側出力端からも同様にして直流電力が
供給さｎる。

次に例えば′ｔ’ｔ　ｊｉ　ｉｆｆ！ｉｔ　５　ｃ下に
存在する電気車１５が回生運転ヲ行なう場合は、サイリ
スタ変換器２１全図示しない制御回路によって逆変換器
として駆動させるとともに前記サイリスクスイッチ２３
ｄ。

２３ｔ＋を図示しない制御回路によってオンさせる。

９ 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、サイリスタ臆断器１４ｃ、ダイオー
ド１２）、直流母線３．サイリスタスイッチ２３ａ、リ
アクトル２５．サイリスタｆ換器２１および変圧器２２
ａを介して図示しない商用周波喧源母縁側へ回生さｎ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５ｈ又は５ｄ下に連
なる図示しないカ行車両にも供給さ扛る。

かかる定常運転時に於て、例えば電車＋１Ｊ５ａのＦ点
で短絡事故が発生したとする。この事故にエリ順鑞力ｆ
換器２６の出力側から１百流母線３．ダイオード１２ｈ
、サイリスタ癒断器ｔ４ａ＋ダイオード１２ｃおよび断
路器１３ａｉ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０ 換器２】からダイオード２４ａ、直流母１Ｗ３１ダイオ
ード１２ｂ、サイリスタ遮断器１４ａ、ダイオード１２
Ｃおよび断路器ｔａａｙ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。

１１”イオ−）”１２１．サイリスタ、ｌ１ｌｆｒ器１
４ｃｅダイオードｘ２ｊｅ直＃、母線３．ダイオード１
２ｂ。

サイリスタ漉断器１４ａ、ダイオード１２ｃお工び断路
器１３ａを介して事故漬Ｆ’ＩＣ事故電流が流入する。

このように上記経路全弁して事故点Ｆに事故電流が流れ
ると、ブリッジ回路１１ａのＩ［流出力側と電車Ｍ５ａ
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、この検知信号を以って第１サイリ
スタ鳩析器１．４ａを図示しない転流回路によってオフ
させる。この１ ような事故時の保護動作により事故点Ｆに流ｎ込む事故
電流が遮断さｎ、事故電流が零になった時点で断路器ｔ
ａａを開極して事故電路のみを選択烏断する。これによ
って他の健全邂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。

上記の工うにｘ’！ＪＬ線下のカ行車両に流ｎる力行電
流および１′に車線下の回生車両から厘滝母縁側に流詐
る回生′直流がともに共通のサイリスタ臆断器を通流す
るように構成したので、給′ポ、装置全体ＶＣ必要とす
るサイリスタ速断器の個数が非常に少なくて済み装置価
格を大幅に低兼化することができる。まｆｌ：、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〜１４ｄ２ を設けたので、回路事故が発生した直流電路のみを愚択
壺断することができ、こｎによっ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蕎を受けること無く
安定した運転状態を維持することができる。

尚、前記スイッチングｔｌｉｔ制御素子はザイリスタ厖
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↓扛ば、商用周ｒＢＬ可源母線工
り人力さｒる交流電力を直流電力に変換して電気車に力
行電１力を供給する順電力ｆ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ョンで区分され
几複数の電車線と金結ぶ複数の直流電路と、該′ａ数の
直流電路を介して導かｎ３ 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弐成気鉄道の
給電装置において、ダイオードをブリッジ接続して構成
さｎ、前記複数の直流電路に各々介挿さｗｅブリッジ回
路と、該ブリッジ回路の正負出力端間に各々接続さｎた
スイッチング制御素子とヲ備えたので、装置の構成が簡
単化されて信頼性が同上するとともにスイッチング制御
素子の個数が非常に少なくて済み装置価格が大幅に低兼
化する。また、電気車の運転状態に応じて確実に電力の
供給又は電力の回虫を行なうことができるとともに、ど
の電ｓ、ｍで地絡事故が発生しても事故電流を確実に部
所して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を選択遮断することができるので
、他の健全電　４ 車線下を走行する電気車は前記地絡事故の影譜を受ける
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ｎるばかりで無く、他の
電車線下に存在するカ行電気車にも供給されるので、電
力利用車が著しく同上する。さらに回生用のサイリスタ
臆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１１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
１Ｓ 置、３・・・直流母線、５ａ〜５ｄ・・・電車線、１ｌ
ｆｉ〜１１（１・・・ブリッジ回路、１２ａ〜１２ｐ・
・・ダイオード、１４ａ〜１４ａ・・・サイリスタ遮断
器、３５・・・１ｌｆｉ車、１６　ａ　、　１６　ｂ・
・・セクション、２１・・・サイリスタ変換器、２３ａ
、２３ｉ＋・・・サイリスタスイッチ、２４＆、２４ｈ
・・・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。 ６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｆｉｌ　商用周波電源母線より入力さルるダ流′電力を
   直流電力に変換して電気単にカ行電力を供給する順電力
   変換装置と、該順電力変換装置虚の出力側に設けた直流
   母線とセクションで区分さ０た複数の醒車線とを結ぶ複
   数のは流市略と、該複数の直流電路を介して導かｎ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＠１買とを有するｆｉｌ１式電気鉄道
   の給′イ装置において、ダイオード全ブリッジ接続して
   構成さｎ、前記複数の直流電路に各々介挿さｎたブリッ
   ジ回路と、該ブリッジ回路の端子間に各々接続さまたス
   イッチングｉｎ！ｌ　＜ＩｉＡ素子とを備えたことを特
   徴とする１■流式′ぼ気秩道の給電装置。 （２）　前記スイッチング制御素子はサイリスタ縞断器
   から成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記・
   戒の直流式電気鉄道の給ｍ　要１＊０