JPH03251005A

JPH03251005A - 車両用断流器

Info

Publication number: JPH03251005A
Application number: JP2045418A
Authority: JP
Inventors: Sankichi Hasegawa; 長谷川　三吉
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-02-28
Filing date: 1990-02-28
Publication date: 1991-11-08
Anticipated expiration: 2011-07-03
Also published as: JP2512187B2

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、電気車の保護遮断システムにおける故障時の
事故電流の拡大を抑止する車載形の断流器に関する。

〔従来の技術〕

従来の断流器は、実開昭６１−６５６４０号公報記載の
ように断流器箱全体を２重絶縁用碍子で絶縁状態として
電気車に搭載する構造となっていた。

第７図を用いて簡単に説明する。

主回路電流は架線１．集電器２を介して断流器収納箱１
２に入る。断流器収納箱１２には、ラインブレーカ３ａ
、３ｂ、及び高速度遮断器４が直列に配されており、断
流器収納箱１２を通過した主回路電流はフィルタリアク
トル５を介して、制御装置箱６に至る。制御装置箱６か
らの制御電流により主電動機７が駆動され、さらに車体
８．車軸９を介し、レール１０に流れ、図示しない変電
所に戻る。

ところで、ラインブレーカ３ａ、３ｂ及び高速度遮断器
４は共々気中遮断器であるので電流遮断時にアークが飛
ぶ。このアークが断流器収納箱１２に地絡しても絶縁碍
子１１により車体８とは絶縁状態となっているので、接
地事故とはならず、図示しない変電所の遮断器をトリッ
プさせない構成となっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

次に、第８図を用いてラインブレーカ３ａ。

３ｂ、高速度遮断器４等の気中遮断器の構造を簡単に説
明する。

図は現在遮断器が開いている状態を示している。

シリンダ２０．ピストン捧２３．パツキン２１によりピ
ストンは構成され、ピストン捧２３が上方（実線矢印）
に押し上げられると絶縁継手２４と共に可動接触子２５
ａ、連動腕３１が押し上げられる。すると、可動接触子
２５．固定接触子２５が接触し主回路電流がたわみ導体
３３を介して流れる。制御部に現在接触子同志が接して
いるか否かを知らせる機構は、カム３０．カムスイッチ
２７．固定接点台金２９．可動接点ばね３４及び端子２
８より構成されている。連動腕３１と共にカム３０が上
方に移動（実線矢印方向）する。

カムスイッチ２７が動作し可動接点ばね３４が開く。こ
の状態は、端子２８の出力として取り出される。この端
子に接続される制御用電源は、主回路電圧よりはるかに
低い電圧である、直流１００Ｖ、２４Ｖあるいは１５Ｖ
等が用いられている。

接触子２５．２６が離れ、電流を切ったときのアークの
うち一部は、断流器収納箱１２に流れ、むき出しとなっ
ている可動接点ばね３４．端子２８及び固定接点台金２
９に飛ぶ。これは、制御用電圧がきわめて低いためであ
る。また、カムスイッチ１０にはカバー３２が設けられ
ているが、イオン化した空気は簡単に入り込み、断流器
収納箱１２との電位差が大きくなると絶縁破壊を起こし
むき出しとなった個所に再びアークとなって地絡する。

端子２８に接続されている制御用電源線は、他の複数の
制御用引き通し線と共に束ねられて制御機器箱に接線さ
れる。この様な状態であるからアーク電流が流れると、
その制御用電源線に接続された機器は勿論、他の制御用
引き通し線にも大きな誘導電流が流れ、それに接続され
た機器、例えば、主幹制御器、インバータ制御装置など
、をも破壊してしまう。

ちなみに、これら電源線は収納箱被地絡のときに高低混
触しないように絶縁強化することができるが、前記むき
出し部に絶縁強化を施すことは困難である。

本発明の目的は、上記問題点を解決し、アークが断流器
収納箱に地絡しても、電気車の制御部を破壊しない構成
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、気中形の高速度遮断器をア
ークが気中にもれない高速度真空遮断器とし、ラインブ
レーカと別面に収納することにより達成される。

〔作用〕

事故時の大電流を３つの気中遮断器の直列体で遮断する
場合を第７図を用いて説明する。

１、トリップ信号を受けて、高速度遮断器４が開き、事
故電流は高速度遮断器４に並列に接続されている図示し
ない抵抗器及びアーク電流に分流する。

２、事故電流が上記抵抗器により減少したときに、ライ
ンブレーカ３ａ、３ｂを開く。これによりアークを伴っ
た事故電流は遮断される。

前記のように、高速度遮断器を高速真空遮断器にすると
、アークが気中に放出されないので、この部分からのむ
き出し部への２次アークは飛ばない。しかしながら、高
速度真空遮断器でも事故電流が完全になくなるわけでは
なく、後述する非直線抵抗による電流が流れており、ラ
インブレーカ３ａ、３ｂによりそれを遮断する。この電
流は、上記抵抗器に流れる電流に比べると小さいもので
あるが、ラインブレーカがこの電流を切る時アークを発
生する可能性がある。この時、高速度真空遮断器に接続
された各種制御線へ地絡する可能性が残る。これは、ラ
インブレーカと高速度真空遮断器を別霜に配置すること
により解決される。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図を用いて説明する。

主回路直流電流は、架線１から集電器２を介して取り込
まれ、ラインブレーカ箱１４に入る。ラインブレーカ３
ａ、３ｂを通過した主回路直流電流は、遮断器箱１５ａ
に入り、内部で直流高速度真空遮断器１５を介して出力
され、フィルタリアクトル５を介してインバータ装置６
に入力され、可変電圧可変周波数の３相交流に変換され
、誘導電動機７を駆動する。さらに車体８．車軸７を介
しレール１０に流れ込み、図示しない変電所に戻る。

直流高速度真空遮断器１５の遮断器箱１５ａは、取付具
１６によって車体８に直付けされる。これは、直流高速
度真空遮断器１５は、基本的にアークを放出しないため
、車体８から浮かす必要がないためである。この場合、
ラインブレーカ１４は２重絶縁構造をとることが望まし
く、また、遮断器箱１５ａはその必要がない。

本実施例によれば、遮断器箱１５ａへのアーク放出がな
いため、各種制御線を絶縁強化する必要がない。

次に、直流高速度真空遮断器１５について説明する。

空気中で、電流が流れているバルブを開放すると、電極
間に存在する原子がイオン化される。このイオンの流れ
がアークである。一方、真空中では電極間に原子が存在
しないので、原理的には、真空中でのバルブ開放時には
アークは発生しないこととなる。この原理を応用したも
のが真空遮断器である。これが、真空遮断器が高速で動
作する理由である。しかし、完全な真空状態を作り出す
ことは非常に困難であり、また、バルブ開放時に溶融し
た電極の金属原子がイオン化される等の理由により実際
には、数十ボルトのアーク電圧によるアークが発生して
おり、電流が流れ続ける。このアークを消弧させるため
に転流回路が必要なのである。

この転流回路の転流周波数を大きくすればコンデンサ、
インダクタンス共に小さくすることができるのであるが
、転流周波数の最大値には限度があり、その実現は不可
能と考えられていた（ＩＫＨｚが限界）。

そこで、本発明の発明者は実験をして次のような結果を
得た。

電流電圧１６００　（Ｖ）、　セット値２０８０（Ａ）
、転流周波数１１．１（ＫＨｚ）で遮断できることが立
証された。転流周波数は、従来言われていた値の約１０
倍である。この転流周波数を高周波にできることにより
、転流リアクトルを省略し、インダクタンス成分として
は配線にある漂遊インダクタンスのみとすることができ
、また転流コンデンサも５０μＦと小容量とすることが
できた。

上記漂遊インダクタンスは配線をいくら短くしても１　
（μＨ）位は残るので、転流周波数はおよそ３０　（Ｋ
Ｈｚ）−４０（ＫＨｚ）が限度である。

ちなみにこの時の転流コンデンサの値は約３０（μＨ）
である。

次に、第２図を用いて説明する。

直流型′ｒＡ１から主電流は、真空バルブ５０及び静止
形過電流引外し装置５７を介して負荷６に至る。その真
空バルブ５ｏの極間に並列に、転流コンデンサ５４及び
開閉手段である転流スイッチ５６の直列体が接続されて
いる。また、転流コンデンサ５４等とは別のループで、
真空バルブ５０を並列に酸化亜鉛非直線抵抗５２が接続
されている。この閉回路の漂遊インダクタンスは、転流
コンデンサ５４等から成る閉回路のそれより小さくなっ
ている。つまり、酸化亜鉛非直線抵抗５２と真空バルブ
５０で構成される閉回路の方が配線長が短いのである。

主１図示していないが、転流コンデンサ５４の両端には
、充電用の回路が接続されている。

静止形過電流引出し装置５７が異常電流を検知すること
により、真空バルブ５０が動作するのである。

以下、第３図を用いて、動作原理を説明する。

第３図（ａ）には、閉極された真空バルブ５０を介して
主電流が流れている様子が描かれている。

また、転流コンデンサ５４は図示の方向に充電されてい
る。故障条件により開指令が出されると、まず、（ｂ）
に示されるように真空バルブ５０が開極される。開極後
も主電流は、真空中をアークとなって流れ続ける。次に
電流スイッチ５６に○Ｎ指令が出て（ｃ）のように閉じ
る。その瞬間、転流コンデンサ５４に充電された電荷は
、転流コンデンサ５４→漂遊インダクタンス５５→転流
スイツチ５６→真空バルブ５ｏ→転流コンデンサ５４の
閉回路が形成されるため、主電流と逆方向の振動電流と
なって流れ始める。やがて、真空バルブ５０の電流が零
近辺（数Ａ）になるとアークを消弧する。しかし２通常
アークが消えても残存電流（アークとなって真空バルブ
ＶＩ中を流れていた電流）が存在し、アークが消えた瞬
間尖頭的な電圧（ｄｖ／ｄｔ）が真空バルブ５０の両端
に印加され再点弧してしまう。本実施例では、酸化亜鉛
非直線抵抗５２の配線長を転流回路の配線長より短くし
であるためインダクタンスが小さくなるようになってい
る。従って、変化する電流に対して、インダクタンスが
大きい場合に比べ、電流が酸化亜鉛非直型抵抗５２側に
流れ易い。

酸化亜鉛非直線抵抗５２は、容量分がありその大きさは
、真空バルブ５０の開極時の容量の２．０００　倍前後
である。

上述のことを踏まえて、真空バルブ５０のアーク再点弧
防止の現象を説明する。

アークが消弧した瞬間の残存電流は、一番流れ易い容量
分に向って流れ込む。この場合は、酸化亜鉛非直線抵抗
５２である。よって、尖頭的電圧が真空バルブ５０に印
加されるのを防ぎ、アークの再点弧が防止できるのであ
る。

尚、上記実施例には酸化亜鉛非直線抵抗を代表的に挙げ
ているが、定電圧特性を有しエネルギー消費型の素子で
あって、若干の容量分のあるものであれば他の素子を用
いても構わない。

また、転流電流のピーク■、は、実遮断電流の１．２倍
以上が良いとされている。実遮断電流の大きさは負荷と
なる電気車等の出力及び直流電源電圧によって決定され
る。電気車の出力５００ＫＷ〜６０００ＫＷ程度及び直
流電源電圧６００■〜３０００Ｖ位を考慮するとその転
流電源Ｉｐの大きさは、５０００（Ａ）以上が望ましい
。

これにより、アークは完全に消弧し、主電流は転流コン
デンサ５４を充電する（第３図（ｄ））。

酸化亜鉛非直線抵抗５２の定電圧は電源電圧Ｅより大き
いものを選び、転流コンデンサ５４の電圧が上昇しくｅ
）の如く、電流スイッチ５６を開くと、主回路のインダ
クタンスに蓄えられたエネルギーを消費する。この場合
酸化亜鉛非直線抵抗５２は抵抗として動作するのである
。

次に上記のように直流高速度真空遮断器を電気車に用い
た場合について第３図を用いて説明する。

通常直流高速度真空遮断器１５は閉極状態となっている
。次にパンタグラフ２を架線１に接触させ、ラインブレ
ーカ３ａ、３ｃを投入する。容量の大きいフィルタコン
デンサＦＣは、充電抵抗ＣＨＲｅを介し充電される。充
電完了後、ラインブレーカ３ｂが投入され運転可能状態
となる。図示していない主幹制御器を運転士が操作する
と、その操作量に応じて主電動機制御部が図示していな
い電動機を動作させる。

カ行運転中に運転士がノツチオフすると、主電動機制御
部（特にインバータの場合）は、主電流を減少させ、そ
の後ラインブレーカ３ａ、３ｂを開き遮断する。これを
、減流遮断という。

次に事故時について説明する。

事故の検出は、この場合２通りあり、第１は過電流検出
器ＣＴがセット値以上の主電流を検出した場合、第２は
主電動機制御部内部で素子等の故障が検知され、外部ト
リップ指令を送出した場合である。

これらの信号が直流高速度真空遮断器１５内部の制御部
（以下、制御部という）に入力されると、その制御部は
トリップ指令を反発コイル１に送出し、その反発力によ
り真空バルブ５０が開極し、ロック機構によりその状態
にロックされる。次に、有効に転流電流が働く地点まで
開極された頃（時間で動作する）に制御部は転流指令を
反発コイル２に送出し転流スイッチ５６を動作させる。

すると予め充電された転流コンデンサ５４から転流電流
が流れ、前述の如く遮断が完了する。遮断が完了すると
主電流が零になるので、制御部はＬＢオフ指令を送出し
ラインブレーカ３ａ、３ｂを開極する。

事故が回復すると、運転士が運転台にあるリセツ１〜釦
スイッチを押すことによりリセット動作が開始される。

制御部にリセット指令が入力されると、制御部はリセッ
ト指令をリセットコイルに送出し、ロック機構が解除さ
れ真空バルブ５０が閉極する。次に充電電流を流し転流
コンデンサ５４を所定値に充電し、直流高速度真空遮断
器１５は待機状態に入る。

上記した新規な直流高速度真空遮断器の実験内容及び詳
細説明等については、本出願人が先に出願した特願平１
−２０１１７８号（平成１年８月４日出願）に詳述しで
あるので参照されたい。

次に本発明の他の実施例について説明する。

上述のように、直流高速度真空遮断器の外部トリップ指
令等は、インバータ制御装置により与えられる。そこで
、第４図のように、インバータ制御装置箱６に直流高速
度真空遮断器１２を一体収納する。この場合インバータ
制御装置６ａからのトリップ指令線の配線長が短くなり
、インターフェースがとり易くなる。従って、本実施例
によれば、誘導障害等による。直流高速度真空遮断器１
２の制御部が誤動作する確率が極めて小さくなる。

ところで、このままでは、直流高速度真空遮断器１２の
架線１側に対する保護対象の１つであるフィルタリアク
トル５の保護が不完全なものとなる。これは、直流高速
度真空遮断器１２より電源側にフィルタリアクトル５が
位置しているためである。

過去の経験からりアクドルの接地事故は皆無ではあるが
、万一に備えて保護する必要がある。

この欠点を解決したものが第５図に示した他の実施例で
ある。

即ち、直流高速度真空遮断器１２の負荷側にフィルタリ
アクトル５を配置し、インバータ制御箱６に一体収納し
たものである。

この構成により、外観がすっきりした形になるばかりで
なく、保護範囲が増す。

尚、上記実施例は、インバータによる制御装置で示した
が、チョッパ、カム軸制御においても問題なく使用でき
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば高速度遮器部が無アークとなることから
、収納箱は非２重絶縁構造化が実現でき、不必要に変電
所の遮断器をトリップさせて、同一線上の他の電車を停
電によって停止させることがないのでサービス向上が図
れる。更に制御電線は通常レベルの絶縁電線で十分に機
能を発揮できる。

またインバータ装置とのインターフェースの情報指令線
の配線延長も不必要となり障害及び経済性両面の効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図は本発明に
適用される直流高速度真空遮断器を示す図、第３図は直
流高速度真空遮断器の動作説明図、第４図は直流高速度
真空遮断器を電気車に用いる場合の主要配線図、第５図
は本発明の他の実施例を示す図、第６図は本発明の他の
実施例を示す図、第７図は従来技術を説明するための図
、第８図は気中遮断器を説明するための図である。３ａ、３ｂ・・・ラインブレーカ、５・・・フィルタリ
アクトル、６・・・インバータ制御装置箱、１５・直流
高速度真空遮断器。菓１図第図主回路構成第図第図第第７図第図

Claims

【特許請求の範囲】１、電気車に搭載され、ラインブレーカと高速度遮断器
により主回路電流を遮断するものにおいて、前記高速度
遮断器を高速度真空遮断器とし、前記ラインブレーカ収
納箱と別箱に設置した車両用断流路。２、電気車駆動用電動機制御装置を収納する箱と、この
電気車に搭載され、主回路電流を遮断するラインブレー
カ及び高速度遮断器を備えたものにおいて、前記高速度遮断器を高速度真空遮断器とし、この高速度
真空遮断器を前記電気車駆動用電動機制御装置と一体箱
に収納した車両用断流器。３、電気車駆動用電動機制御装置を収納する箱と、この
電気車に搭載され主回路電流を遮断するラインブレーカ
及び高速度遮断器と、この電気車に搭載されたフィルタ
リアクトルとを備えたものにおいて、前記高速度遮断器を高速度真空遮断器とし、前記フィル
タリアクトルとこの高速度真空遮断器と前記電気車駆動
用電動機制御装置とを一体箱に収納した車両用断流器。