JPS5915409B2 - 直流給電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は直流変電所において、小形かつ経済的な静止
形電流しや断装置を得るための直流給電装置に関するも
のである。

従来、例えば電鉄直流変電所では、整流器出力側及び複
数組の変電所饋電回路に夫々機械的な直流しや断器が設
けられるので、直流しや断器の数が多く、その保守に相
当の人手と費用を必要とした。

そこで前記機械的直流しや断器をサイリスタチョッパに
置替し完全静止機器化する事により保守費用を低減する
事が考えられるが、製品コスト５ が従来の機械的しや
断器と比較して相当割高になる。従つて半導体装置化を
計る場合経済的なものとする事が非常に重要となる。こ
の発明は従来の直流しや断器を経済的に半導体装置化す
る事を可能にするものである。１０まず第１図において
従来の電鉄直流変電所における構成と動作を簡単に説明
しておく。

変電所陽極母線１はシリコン整流器２の直流出力陽極側
より主直流しや断器３を通して直流電力が供給される。
前記陽極母線１には饋電回路直流しや断器４１５を有す
る複数組の饋電回路５ａ、５ｂが接続され夫々図示され
ていない電車線回路に直流電力を供給する。一方前記整
流器２の直流出力陰極側は変電所陰極母線６に接続され
高調波フィルタＴの直列リアクトル８を通してレール９
に接続される。２０またフィルタ装置Ｔの高調波分路１
０は陽極母線１と直列リアクトル８の出力側に接続され
る。

かかる構成において例えば饋電回路５ａの出力回路で短
絡事故が発生した場合あるいは、単に通電の給電を停止
したい場合は饋電回路しや断器４のみ２５を開放して他
の饋電回路５ｂはそのまま給電を継続ｂいた。このよう
な従来の直流変電所の直流しや断器をサイリスタチョッ
パに置替した場合の例を第２図に示す。

即ち第１図における直流しや断器３、４３０は第２図に
おいてはサイリスタチョッパ３、４に夫々置替されてい
る。さらに第２図についで詳しく説明すると、チョッパ
装置３、４は主サイリスタ１１、ｌｌａ、Ｉｌｂ及び転
流回路１２、１２ａ、１２ｂより構成される。環流ダイ
オード１３ｍ、３５１３ｆはチョッパ装置３ないし４に
て電流をしや断し１こ後、各々チョッパ装置より負荷側
に存在するインダクタンス分のエネルギーを放出するた
めのものである。フイーダ回路５ａ，５ｂは夫々直流変
流器すなわらＤＣＣＴｌ４及び検出部１５を有しており
、この検出部１５の信号はチヨツパ装置を動作させる様
に構成される。第３図は第２図の転流回路１２，１２ａ
，１２ｂの１例の詳細を示している。

転流回路１２ａは転流コンデンサ１６、リアクトル１７
、補助サイリスタ１８の直列体で構成されており、前記
転流コンデンサ１６の両端は内部インピーダンスの高い
補助電源１９により図示の極性で充電されている。次に
第２図、第３図の如き構成における動作と問題点を説明
する。今饋電回路５ａの出力回路に短絡が発生した場合
ＤＣＣＴｌ４、検出部１５により事故電流を検出し、チ
ヨツパ装置４を動作させ饋電回路５ａのみをしや断する
。この時検出指令装置１５からの信号により補助サイリ
スタ１８を点弧せしめ転流コンデンサ１６の放電々流に
より主サイリスタ１１ａは瞬時にオフされ事故電流Ｉｄ
は転流回路１２ａに転流し、図示されない整流器電源一
整流器２一主チヨツパ３の主サイリスタ１１一陽極母線
１−チヨツパ４の転流回路１２ａ一饋電回路５ａ一図示
されない短絡回路一レール９一直列リアクトル８一陰極
母線一整流器２一図示されない整流器電源で循環し、直
列リアクトル８と整流器電源側のインダクタンスの合計
ＬＡによるエネルギーＬＡＩｄ２により転流コンデンサ
１６は第３図図示とは逆方向に過充電され異常電圧を発
生する危険がある。一方短絡回路に大きな残存インダク
タンス分が存在する場合は環流ダイオード１３ｆを設け
なければならない。即ち転流コンデンサ１６がある電圧
まで充電されると環流ダイオード１３ｆが働らき第３図
１Ｌの如くバイパスするのでコンデンサ１６は、負荷側
インダクタンスにより過充電される事は防止される。ち
なみにＤＣｌ５ＯＯＶ電鉄直流変電所の短絡電流は一般
に数１０ＫＡ〜１００ＫＡに及ぶ一方、直列リアクトル
８はフイルタ条件より数址のものが使用されるが、今短
絡電流１ｄ＝３０ＫＡ１直列リアクトル８及び整流器電
源のインダクタンスの合計ＬＡ＝２ｍＨの場合転流コン
デンサ１６の過充電電圧Ｅｃを４０００以下におさえる
場合の必要コンデンサ容量Ｃを一ＬＡＩｄ２＝−ＣＥＳ
２ なる関係より求めると、Ｃ＝＝１００，０００ＩｔＦ程
度となり膨大な転流コンデンサが必要となる事が分る。

各饋電回路にこれらコンデンサを含む転流回路を設置す
る事はコスト、寸法面で非常に問題となる。また主サイ
リスタ１１，１１ａ，１１ｂはチヨツパ用のターンオフ
時間の短いものが必要となるため高価なものとなる一方
、素子当りの通電容量も一般サイリスタに比較して小さ
く、その分並列数の多いものとしなければならないので
、コスト、寸法面で不利になる。従つてこの様なチヨツ
パ装置を数量の多い饋電回路に設置する事は経済的、寸
法的に問題となる。また、第２図において饋電回路５ａ
の出力回路で短絡事故などが発生した場合陽極母線１の
電圧は低下する。一方電鉄変電所などにおいては一般に
隣接変電所と直流側は並列接続して使用されるため、健
全な饋電回路５ｂの主サイリスタ１１ｂは逆方向の電圧
を受ける。このため主サイリスタ１１ｂにゲート信号を
送り続ける事は素子にとつて好ましくない。そこで健全
饋電回路へのゲート信号は有効にしや断し事故回路開放
後速やかに復帰しなければならない。この発明はかかる
経済的、寸法的欠点を改善すると共に健全饋電回路の素
子が安全でかつ最小の停電時間で給電を継続出来る様に
するものである。以下第４図の実施例について説明する
。変電所陽極母線１はサイリスタ整流器２の直流出力陽
極側に接続される。前記陽極母線１には、主サイリスタ
１１ａ１及びこれの逆方向電圧を検出し主サイリスタ１
１ａへのゲート信号を停止させるための逆電圧検出装置
１６ａから成る過電流しや断能力を持たないサイリスタ
スイツチ４ａ及び過電流及び零電流検出のためのＤＣＣ
Ｔｌ４、検出指令装置１５で構成される饋電回路５ａ及
び同様に構成された饋電回路５ｂが複数組接続され、夫
々図示されてない別々の電車線回路に直流電力を供給す
る。検出部１５の過電流信号は対応する饋電回路５ａの
主サイリスタ１１ａのゲート信号を停止させると同時に
サイリスタ整流器２のサイリスタゲート信号を操作して
過電流をしや断するべく働らくように構成する。一方高
調波フイルタ７は第１図で説明した従来のものと同様に
接続される。サイリスタ整流器２の直流陰極側は変電所
陰極母線６に接続される。以下第４図の本発明の実施例
についてその動作を説明する。

複数組の饋電回路５ａ，５ｂが夫々別の負荷に給電して
いる時饋電回路５ａに過電流が発生するとＤＣＣＴｌ４
、検出指令装置１５が過電流を検知し該饋電回路５ａの
主サイリスタ１１ａのゲート信号を停止すると同時にサ
イリスタ整流器２に過電流しや断指令を送り点弧位相角
を９０度以上に遅らせるか又はゲートしや断により過電
流をしや断させる。かくして該饋電回路５ａの電流が零
になると、主サイリスタ１１ａはゲート信号がすでにし
や断されているので非導通の状態となる。一方該饋電回
路５ａ０）ＤＣＣＴｌ４、検出指令装置１５は電流が零
になつた事を検出しサイリスタ整流器２に再通電指令を
送り運転を再開せしめる。一方サイリスタ整流器２の過
電流しや断動作期間陽極母線１の電圧が瞬時低下するた
め健全な饋電回路５ｂの電流が零になると負荷の逆起電
力あるいは隣接変電所電圧等により主サイリスタ１１ｂ
は逆電圧を受ける。この時逆電圧検出装置１６ｂが動作
しただらに主サイリスタ１１ｂのゲート信号を停止する
。しかし健全な饋電回路５ｂの負荷回路インダクタンス
及び負荷電流が大きくかつ饋電回路５ａの負荷回路イン
ダクタンス及び過電流量がそれ程大きくない時饋電回路
５ａの電流が先に零となる場合がある。この時は健全饋
電回路５ｂの電流が零になる前にサイリスタ整流器２の
出力電圧を回復すれば、主サイリスタ１１ｂは通電が継
続され逆電圧検出装置１６ｂは動作しない。異常饋電回
路より先に電流が零となり前記健全饋電回路５ｂの逆電
圧検出装置１６ｂが動作した場合、前記異常饋電回路５
ａが開放されサイリスタ整流器２が再通電し陽極母線１
の電圧が回復して健全饋電回路５ｂの逆電圧検出回路１
６ｂの動作が復帰すると再び主サイリスタ１１ｂにゲー
ト信号が送られ饋電回路５ｂは給電を再開する。従つて
この発明によれば過電流はサイリスタ整流器２でしや断
されるため饋電回路のサイリスタスイツチ４ａ，４ｂは
電流しや断能力を必要とせず、従つてコンデンサ、補助
サイリスタ等より成る転流回路を必要としないので装置
は非常に小形化されると共に経済的なものとなる。

また過電流はサイリスタ整流器２の如き半導体装置でし
や断されるため、その動作時間は操作時間も含めると従
来の機械的しや断器の数分の１から１／１０以下と非常
に短かく健全饋電回路の停電時間は数サイクル以下とす
る事が出来、電鉄負荷その他モータ負荷等においては問
題にならない時間内に回復する事が出来る。またこの方
式によると、饋電回路サイリスタ１１ａ，１１ｂはチヨ
ツパ用などのターンオフの短い高速サイリスタは必要と
しない。即ら第３図の如き転流回路を有するものでは主
サイリスタ１１ａが電流しや断後、過電流１ｄはコンデ
ンサ１６を図示と逆極性に充電するため主サイリスタ１
１はただちに順方向に電圧印加される。このため主サイ
リスタ１１はターンオフ時間の短いものにしなければコ
ンデンサ１６の容量は膨大なものになつてしまう。しか
し第４図の本発明によると饋電回路サイリスタスイツチ
４ａ，４ｂは転流回路を有していないので転流コンデン
サによる順電圧印加の必要がない。従つて異常饋電回路
５ａの過電流が零になつてから一般用サイリスタのター
ンオフ時間２００μｓ〜１０００μｓの間サイリスタ整
流器２の通電再開を遅らせてやればよく、この分だけ健
全饋電回路５ｂの停電時間が長くなつても前述の如く電
鉄負荷その他のモータ負荷等において何ら支障はない。
従つて主サイリスタ１１ａ，１１ｂは一般用のターンオ
フ時間の長いサイリスタを使用出来るので経済的である
。さらにこの発明では各饋電回路に過電流検出機能を有
し、過電流発生と共に、饋電回路で検出し、例えば第４
図サイリスタ整流器２の如く母線への給電側でしや断す
る。しかるに一般にサイリスタ整流器定格電流に比較し
て饋電回路定格電流は低く選定されるのでサイリスタ整
流器２の出力で検出するのと比較して検出設定値が低く
出来るので検出がはやくなりそれだけ動作時間が短縮さ
れ同時に過電流波高値も低くおさえる事が出来る。また
この発明は各饋電回路に零電流検出機能を有し、異常饋
電回路の電流が零になつた事を検出して、サイリスタ整
流器の通電を再開させるので、サイリスタ整流器２が例
えばインバータ動作により電流しや断作用を行なつてい
る期間中に故障饋電回路の電流が先に零になつた場合は
母線電圧は回復するので健全饋電回路は電流が切れる事
なく給電を継続する事が出来る。また一方故障饋電回路
電流が零になる前に健全饋電回路の電流が零になつた場
合でも母線電圧が復帰して逆電圧検出装置の動作が解除
されるとただらに健全饋電回路は給電を再開するので、
停電時間は最小とする事が出来る。第５図は本発明の別
の実施例で、第５図ａは第４図におけるサイリスタ整流
器２をシリコン整流器２に置換し、さらに電流しや断能
力をもつチヨツパ装置２ａを設置し異常饋電回路からの
信号によりチヨツパ装置２ａで過電流をしや断する様に
構成したものである。

第５図ｂはシリコン整流器２の交流側に過電流しや断能
力を持つサイリスタ装置２ａを設置し異常饋電回路から
の信号によりサイリスタ装置２ａで過電流をしや断する
様に構成したものである。また第４図、第５図の実施例
では１組の整流器及び半導体過電流しや断装置について
示したが、複数組の整流器及び半導体過電流しや断装置
が直流母線に接続され並列給電している場合においても
本発明は適用される事は勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の直流変電所の構成を示す接続図、第２図
は従来の機械的な直流しや断器をサイリスタチヨツパに
置換した例を示す接続図、第３図は第２図のチヨツパ転
流回路の詳細を示す接続図、第３図は本発明の実施例の
一部の詳細を示す接続図、第４図は本発明の一実施例を
示す接続図、第５図Ａ，ｂは本発明の別の実施例を示す
接続図である。 図において、２ａは過電流しや断能力を持つ半導体装置
、４ａ，４ｂは過電流しや断機能を持たないサイリスタ
スイツチ、１１ａ，１１ｂは主サイリスタ素子、１４は
直流変流器、１５は過電流及び零電流検出指令装置、１
６ａ，１６ｂは逆電圧検出装置である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 過電流しや断機能を有する整流器に直流母線を介し
   て直流電力が供給される直流饋電回路を複数並列接続し
   、該各直流饋電回路に、直流給電路を開閉する過電流し
   や断機能を持たない主サイリスタと、該主サイリスタに
   流れる電流を検出する電流検出装置と、該電流検出装置
   の検出電流によつて過電流検出時には上記主サイリスタ
   のゲート信号停止指令を与えると共に上記整流器に過電
   流をしや断すべくゲート信号操作指令を与え、零電流検
   出時には上記整流器へ給電再開指令を送出する検出指令
   装置とをそれぞれ具備したことを特徴とする直流給電装
   置。