JP3245716B2 - 電流遮断装置 - Google Patents
電流遮断装置Info
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- JP3245716B2 JP3245716B2 JP01887091A JP1887091A JP3245716B2 JP 3245716 B2 JP3245716 B2 JP 3245716B2 JP 01887091 A JP01887091 A JP 01887091A JP 1887091 A JP1887091 A JP 1887091A JP 3245716 B2 JP3245716 B2 JP 3245716B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電気車の電源回路の保護
に使用する真空バルブを用いた電流遮断装置に関する。
に使用する真空バルブを用いた電流遮断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的な電気車の電源回路の一例を図５
に示す。従来から電気車においては、架線１、パンタグ
ラフ２さらに、平常時の回路投入遮断用の主回路スイッ
チ （ＬＳ）３と事故時に急速に増大する電流を短時間
で遮断するため高速度遮断器（ＨＢ）と称する電流遮断
装置４が制御装置５の電源側に直列に挿入されている。
高速度遮断器４には通常、主回路電流Ｉとして電源から
流れる電流を検出する。電流検出器が設けられており、
主回路電流Ｉが過大になると自動的に主接点を開き電流
を遮断する機能を有している。その機能の詳細は、主回
路電流Ｉをコイルに流しこの電流により生じる電磁力に
よって、プランジャーを動作させ、機械的に主接点を開
き（トリップさせる）、その後は気中にアークを拡散し
電流を遮断する機構になっている。
に示す。従来から電気車においては、架線１、パンタグ
ラフ２さらに、平常時の回路投入遮断用の主回路スイッ
チ （ＬＳ）３と事故時に急速に増大する電流を短時間
で遮断するため高速度遮断器（ＨＢ）と称する電流遮断
装置４が制御装置５の電源側に直列に挿入されている。
高速度遮断器４には通常、主回路電流Ｉとして電源から
流れる電流を検出する。電流検出器が設けられており、
主回路電流Ｉが過大になると自動的に主接点を開き電流
を遮断する機能を有している。その機能の詳細は、主回
路電流Ｉをコイルに流しこの電流により生じる電磁力に
よって、プランジャーを動作させ、機械的に主接点を開
き（トリップさせる）、その後は気中にアークを拡散し
電流を遮断する機構になっている。
【０００３】最近、上記の気中式の高速度遮断器に替え
てアークレス、超高速度化等を追及して、電流遮断回路
に真空バルブを用いた遮断装置が開発されている。
てアークレス、超高速度化等を追及して、電流遮断回路
に真空バルブを用いた遮断装置が開発されている。
【０００４】図６により上記装置の遮断動作を説明す
る。
る。
【０００５】真空バルブ１１と、この真空バルブと並列
に、転流スイッチ１２と転流リアクトル１５と転流コン
デンサ１３を直列にした回路と、非線形抵抗１４とが接
続されている。なお、転流コンデンサ１３は図示せざる
充電装置により図６に示す極性に充電されている。
に、転流スイッチ１２と転流リアクトル１５と転流コン
デンサ１３を直列にした回路と、非線形抵抗１４とが接
続されている。なお、転流コンデンサ１３は図示せざる
充電装置により図６に示す極性に充電されている。
【０００６】この時外部から遮断指令が与えられると真
空バルブ１１が開極し、その後、転流スイッチ１２が投
入される。すると真空バルブ１１と、転流スイッチ１２
と転流リアクトル１５と転流コンデンサ１３とにより構
成される直列共振回路に、転流コンデンサ１３に蓄えら
れた電荷により共振電流が流れる。この電流の最大値は
主回路電流Ｉの最大値より大きくなるように共振回路の
定数を選んでいる。
空バルブ１１が開極し、その後、転流スイッチ１２が投
入される。すると真空バルブ１１と、転流スイッチ１２
と転流リアクトル１５と転流コンデンサ１３とにより構
成される直列共振回路に、転流コンデンサ１３に蓄えら
れた電荷により共振電流が流れる。この電流の最大値は
主回路電流Ｉの最大値より大きくなるように共振回路の
定数を選んでいる。
【０００７】真空バルブ１１の開極後、主回路電流Ｉは
真空バルブ１１内の真空ギャップ中をアークとなって流
れ続けるが、このとき、前記共振電流は電流の流れる方
向が交互に変化する交流であり、主回路電流Ｉは電流の
流れる方向が一方向の直流であり、両電流の方向が互い
に逆向きとなり、真空バルブ中の電流がゼロになる瞬間
が存在する。この瞬間真空バルブ１１は耐圧を回復しバ
ルブ両端に電圧が発生する。この電圧はその時点の転流
コンデンサ１３に蓄えられている電圧とほぼ等しくな
る。そして、主回路電流Ｉは転流コンデンサ１３を通っ
て流れ続ける。転流コンデンサ１３に主回路電流Ｉが流
れ続けることによって、転流コンデンサ１３は反対向き
に充電され、転流コンデンサ１３の電圧が逆転し更に押
し上げられる。
真空バルブ１１内の真空ギャップ中をアークとなって流
れ続けるが、このとき、前記共振電流は電流の流れる方
向が交互に変化する交流であり、主回路電流Ｉは電流の
流れる方向が一方向の直流であり、両電流の方向が互い
に逆向きとなり、真空バルブ中の電流がゼロになる瞬間
が存在する。この瞬間真空バルブ１１は耐圧を回復しバ
ルブ両端に電圧が発生する。この電圧はその時点の転流
コンデンサ１３に蓄えられている電圧とほぼ等しくな
る。そして、主回路電流Ｉは転流コンデンサ１３を通っ
て流れ続ける。転流コンデンサ１３に主回路電流Ｉが流
れ続けることによって、転流コンデンサ１３は反対向き
に充電され、転流コンデンサ１３の電圧が逆転し更に押
し上げられる。
【０００８】この電圧がある程度以上高くなると、非線
形抵抗１４に電流が流れ始める。この電圧は電源電圧よ
り高く設定されているので、主回路電流Ｉは減衰し、や
がてゼロになる。
形抵抗１４に電流が流れ始める。この電圧は電源電圧よ
り高く設定されているので、主回路電流Ｉは減衰し、や
がてゼロになる。
【０００９】図７は、上記の作用を時間的な経過に沿っ
て示したものである。図７中、ｔ１は転流スイッチ１２
が投入されたタイミングを、ｔ２は真空バルブ１１の電
圧がゼロになったタイミングを、ｔ３は非線形抵抗１４
に電流が流れ始めるタイミングを、ｔ４は主回路電流Ｉ
が完全に減衰したタイミングを示す。なお真空バルブ１
１はｔ１以前に既に開極している。図７中Ｖｉは真空バ
ルブ１１が耐圧を回復した直後に真空バルブ１１両端に
加わる電圧であり、この時点での転流コンデンサ１３電
圧とほぼ等しい。Ｖｎは非線形抵抗１４に電流が流れ始
める電圧、Ｖｅは電源電圧である。
て示したものである。図７中、ｔ１は転流スイッチ１２
が投入されたタイミングを、ｔ２は真空バルブ１１の電
圧がゼロになったタイミングを、ｔ３は非線形抵抗１４
に電流が流れ始めるタイミングを、ｔ４は主回路電流Ｉ
が完全に減衰したタイミングを示す。なお真空バルブ１
１はｔ１以前に既に開極している。図７中Ｖｉは真空バ
ルブ１１が耐圧を回復した直後に真空バルブ１１両端に
加わる電圧であり、この時点での転流コンデンサ１３電
圧とほぼ等しい。Ｖｎは非線形抵抗１４に電流が流れ始
める電圧、Ｖｅは電源電圧である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】真空バルブは、非常に
アークの拡散が早く、電流がゼロになった瞬間に耐圧が
回復し、電流は遮断されるが、電流の変化率があまりに
大きいと、一旦電流がゼロになっても再発弧し、再度電
流が今度は逆向きに流れ出すことがある。遮断失敗時の
波形を図８に示す。本来、真空バルブ中の電流がゼロに
なった瞬間からバルブの耐圧が回復し、以降真空バルブ
中の電流がゼロを維持するべきものが、バルブの極間電
圧がゼロのまま、電流として直流の主回路電流Ｉに共振
電流Ｉｐが重畳した波形で流れる。装置を小型化するた
めには、転流コンデンサや転流リアクトルの値は小さい
方が適しているが、共振電流Ｉｐのピーク値を一定に保
ち、各定数を小さくする様に選ぶと、共振電流Ｉｐの周
波数が高くなる。この結果、真空バルブの電流がゼロに
なる時点での電流変化率が大きくなってしまい、再発弧
による遮断不能の恐れがある。
アークの拡散が早く、電流がゼロになった瞬間に耐圧が
回復し、電流は遮断されるが、電流の変化率があまりに
大きいと、一旦電流がゼロになっても再発弧し、再度電
流が今度は逆向きに流れ出すことがある。遮断失敗時の
波形を図８に示す。本来、真空バルブ中の電流がゼロに
なった瞬間からバルブの耐圧が回復し、以降真空バルブ
中の電流がゼロを維持するべきものが、バルブの極間電
圧がゼロのまま、電流として直流の主回路電流Ｉに共振
電流Ｉｐが重畳した波形で流れる。装置を小型化するた
めには、転流コンデンサや転流リアクトルの値は小さい
方が適しているが、共振電流Ｉｐのピーク値を一定に保
ち、各定数を小さくする様に選ぶと、共振電流Ｉｐの周
波数が高くなる。この結果、真空バルブの電流がゼロに
なる時点での電流変化率が大きくなってしまい、再発弧
による遮断不能の恐れがある。
【００１１】本発明の目的は、上記の不具合を回避し電
流遮断装置の小型化を図ることにある。
流遮断装置の小型化を図ることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的は、コンデン
サ、開閉手段及びリアクトルまたは配線の浮遊インダク
タンスが直列に接続された第１の直列体と、該コンデン
サを充電する充電手段と、直流を遮断する真空バルブ
と、該真空バルブに並列に接続され前記配線の浮遊イン
ダクタンスに蓄えられているエネルギーを消費する素子
と、該素子と前記真空バルブを並列に接続した並列体に
可飽和リアクトルを直列に接続した第２の直列体と、該
第２の直列体と前記第１の直列体が並列に接続されたこ
とにより達成される。
サ、開閉手段及びリアクトルまたは配線の浮遊インダク
タンスが直列に接続された第１の直列体と、該コンデン
サを充電する充電手段と、直流を遮断する真空バルブ
と、該真空バルブに並列に接続され前記配線の浮遊イン
ダクタンスに蓄えられているエネルギーを消費する素子
と、該素子と前記真空バルブを並列に接続した並列体に
可飽和リアクトルを直列に接続した第２の直列体と、該
第２の直列体と前記第１の直列体が並列に接続されたこ
とにより達成される。
【００１３】上記目的は、コンデンサ、開閉手段及びリ
アクトルまたは配線の浮遊インダクタンスが直列に接続
された第１の直列体と、該コンデンサを充電する充電手
段と、直流を遮断する真空バルブと、該真空バルブに並
列に接続され、前記配線の浮遊インダクタンスに蓄えら
れているエネルギーを消費する素子と、該素子と前記真
空バルブを並列に接続した並列体に可飽和リアクトルを
直列に接続した第２の直列体と、該第２の直列体と前記
第１の直列体が並列に接続され、前記真空バルブ、可飽
和リアクトル、開閉手段及びコンデンサを含む閉回路の
共振周波数を２ＫＨｚ以上とし、転流電流を５０００Ａ
以上かつ前記閉回路に含まれる転流インダクタンスを１
μＨ以上としたことにより達成される。
アクトルまたは配線の浮遊インダクタンスが直列に接続
された第１の直列体と、該コンデンサを充電する充電手
段と、直流を遮断する真空バルブと、該真空バルブに並
列に接続され、前記配線の浮遊インダクタンスに蓄えら
れているエネルギーを消費する素子と、該素子と前記真
空バルブを並列に接続した並列体に可飽和リアクトルを
直列に接続した第２の直列体と、該第２の直列体と前記
第１の直列体が並列に接続され、前記真空バルブ、可飽
和リアクトル、開閉手段及びコンデンサを含む閉回路の
共振周波数を２ＫＨｚ以上とし、転流電流を５０００Ａ
以上かつ前記閉回路に含まれる転流インダクタンスを１
μＨ以上としたことにより達成される。
【００１４】上記目的は、コンデンサ、開閉手段及びリ
アクトルまたは配線の浮遊インダクタンスが直列に接続
された第１の直列体と、該コンデンサを充電する充電手
段と、直流を遮断する真空バルブと、該真空バルブに並
列に接続された容量性素子及び前記配線の浮遊インダク
タンスに蓄えられているエネルギーを消費する素子と、
該素子及び容量性素子と前記真空バルブを並列に接続し
た並列体に可飽和リアクトルを直列に接続した第２の直
列体と、該第２の直列体と前記第１の直列体が並列に接
続されたことにより達成される。
アクトルまたは配線の浮遊インダクタンスが直列に接続
された第１の直列体と、該コンデンサを充電する充電手
段と、直流を遮断する真空バルブと、該真空バルブに並
列に接続された容量性素子及び前記配線の浮遊インダク
タンスに蓄えられているエネルギーを消費する素子と、
該素子及び容量性素子と前記真空バルブを並列に接続し
た並列体に可飽和リアクトルを直列に接続した第２の直
列体と、該第２の直列体と前記第１の直列体が並列に接
続されたことにより達成される。
【００１５】上記目的は、コンデンサ、開閉手段及びリ
アクトルまたは配線の浮遊インダクタンスが直列に接続
された第１の直列体と、該コンデンサを充電する充電手
段と、直流を遮断する真空バルブと、該真空バルブに並
列に接続された容量性素子及び前記配線の浮遊インダク
タンスに蓄えられているエネルギーを消費する素子と、
該素子及び容量性素子と前記真空バルブを並列に接続し
た並列体に可飽和リアクトルを直列に接続した第２の直
列体と、該第２の直列体と前記第１の直列体が並列に接
続され、前記真空バルブ、可飽和リアクトル、開閉手段
及びコンデンサを含む閉回路のループ長より、前記真空
バルブ及び前記配線の浮遊インダクタンスに蓄えられて
いるエネルギーを消費する素子若しくは真空バルブ及び
前記容量性素子を含む閉回路のループ長を短くしたこと
により達成される。
アクトルまたは配線の浮遊インダクタンスが直列に接続
された第１の直列体と、該コンデンサを充電する充電手
段と、直流を遮断する真空バルブと、該真空バルブに並
列に接続された容量性素子及び前記配線の浮遊インダク
タンスに蓄えられているエネルギーを消費する素子と、
該素子及び容量性素子と前記真空バルブを並列に接続し
た並列体に可飽和リアクトルを直列に接続した第２の直
列体と、該第２の直列体と前記第１の直列体が並列に接
続され、前記真空バルブ、可飽和リアクトル、開閉手段
及びコンデンサを含む閉回路のループ長より、前記真空
バルブ及び前記配線の浮遊インダクタンスに蓄えられて
いるエネルギーを消費する素子若しくは真空バルブ及び
前記容量性素子を含む閉回路のループ長を短くしたこと
により達成される。
【００１６】上記目的は、コンデンサ、開閉手段が直列
に接続された第１の直列体と、該コンデンサを充電する
充電手段と、直流を遮断する真空バルブと、該真空バル
ブに並列に接続された容量性素子と、該容量性素子と前
記真空バルブを並列に接続した並列体に可飽和リアクト
ルを直列に接続した第２の直列体と、該第２の直列体と
前記第１の直列体が並列に接続されたことにより達成さ
れる。
に接続された第１の直列体と、該コンデンサを充電する
充電手段と、直流を遮断する真空バルブと、該真空バル
ブに並列に接続された容量性素子と、該容量性素子と前
記真空バルブを並列に接続した並列体に可飽和リアクト
ルを直列に接続した第２の直列体と、該第２の直列体と
前記第１の直列体が並列に接続されたことにより達成さ
れる。
【００１７】上記目的は、架線から主電動機に供給され
る直流電流を遮断する電気車の電流遮断装置において、
コンデンサ、開閉手段及びリアクトルまたは配線の浮遊
インダクタンスが直列に接続された第１の直列体と、該
コンデンサを充電する充電手段と、直流を遮断する真空
バルブと、該真空バルブに並列に接続され前記配線の浮
遊インダクタンスに蓄えられているエネルギーを消費す
る素子と、該素子と前記真空バルブを並列に接続した並
列体に可飽和リアクトルを直列に接続した第２の直列体
と、該第２の直列体と前記第１の直列体が並列に接続さ
れたことにより達成される。
る直流電流を遮断する電気車の電流遮断装置において、
コンデンサ、開閉手段及びリアクトルまたは配線の浮遊
インダクタンスが直列に接続された第１の直列体と、該
コンデンサを充電する充電手段と、直流を遮断する真空
バルブと、該真空バルブに並列に接続され前記配線の浮
遊インダクタンスに蓄えられているエネルギーを消費す
る素子と、該素子と前記真空バルブを並列に接続した並
列体に可飽和リアクトルを直列に接続した第２の直列体
と、該第２の直列体と前記第１の直列体が並列に接続さ
れたことにより達成される。
【００１８】上記目的は、架線から主電動機に供給され
る直流電流を遮断する電気車の電流遮断装置において、
コンデンサ、開閉手段及びリアクトルまたは配線の浮遊
インダクタンスが直列に接続された第１の直列体と、該
コンデンサを充電する充電手段と、直流を遮断する真空
バルブと、該真空バルブに並列に接続された容量性素子
及び前記配線の浮遊インダクタンスに蓄えられているエ
ネルギーを消費する素子と、該素子及び容量性素子と前
記真空バルブを並列に接続した並列体に可飽和リアクト
ルを直列に接続した第２の直列体と、該第２の直列体と
前記第１の直列体が並列に接続され、前記真空バルブ、
可飽和リアクトル、開閉手段及びコンデンサを含む閉回
路のループ長より、前記真空バルブ及び前記配線の浮遊
インダクタンスに蓄えられているエネルギーを消費する
素子を含む閉回路のループ長を短くしたことにより達成
される。
る直流電流を遮断する電気車の電流遮断装置において、
コンデンサ、開閉手段及びリアクトルまたは配線の浮遊
インダクタンスが直列に接続された第１の直列体と、該
コンデンサを充電する充電手段と、直流を遮断する真空
バルブと、該真空バルブに並列に接続された容量性素子
及び前記配線の浮遊インダクタンスに蓄えられているエ
ネルギーを消費する素子と、該素子及び容量性素子と前
記真空バルブを並列に接続した並列体に可飽和リアクト
ルを直列に接続した第２の直列体と、該第２の直列体と
前記第１の直列体が並列に接続され、前記真空バルブ、
可飽和リアクトル、開閉手段及びコンデンサを含む閉回
路のループ長より、前記真空バルブ及び前記配線の浮遊
インダクタンスに蓄えられているエネルギーを消費する
素子を含む閉回路のループ長を短くしたことにより達成
される。
【００１９】
【作用】本発明は、コンデンサを含む共振回路により主
回路電流とは逆向きに電流を流すことによって真空バル
ブ中に電流のゼロ点を作り、共振回路の各定数は小さく
して共振電流の周波数を高くし高い電流ピーク値が得ら
れるようにしたまま、真空バルブと直列に電流のゼロ点
付近のみ電流が小さくなるにつれてインダクタンスが高
くなる可飽和リアクトルを挿入し、この可飽和リアクト
ルの特性により電流のゼロ点付近の電流変化率を低くす
ることにより、真空バルブは電流がゼロになると耐圧が
回復し高速度で電流を遮断する。このようにして小さい
各定数で共振回路を構成することができるから電流遮断
装置が小型になる。
回路電流とは逆向きに電流を流すことによって真空バル
ブ中に電流のゼロ点を作り、共振回路の各定数は小さく
して共振電流の周波数を高くし高い電流ピーク値が得ら
れるようにしたまま、真空バルブと直列に電流のゼロ点
付近のみ電流が小さくなるにつれてインダクタンスが高
くなる可飽和リアクトルを挿入し、この可飽和リアクト
ルの特性により電流のゼロ点付近の電流変化率を低くす
ることにより、真空バルブは電流がゼロになると耐圧が
回復し高速度で電流を遮断する。このようにして小さい
各定数で共振回路を構成することができるから電流遮断
装置が小型になる。
【００２０】
【実施例】本発明の実施例を図を用いて説明する。
【００２１】図１は、本発明の一実施例の構成を示す回
路図である。
路図である。
【００２２】電気車においては、架線、パンタグラフ、
平常時の回路投入・遮断用の主回路スイッチ（ＬＳ）と
事故時に急速に増大する電流を短時間で遮断するため高
速度遮断器（ＨＢ）と称する電流遮断装置が制御装置の
電源側に直列に挿入されている。本実施例の電流遮断装
置においては、主回路スイッチ（ＬＳ）側に直流電流を
遮断する真空バルブ１１と可飽和リアクトル１６を直列
に接続した直列体の一方が接続し、この直列体の他方に
主電動機を制御する制御装置が接続している。真空バル
ブ１１と可飽和リアクトル１６からなる直列体には、転
流スイッチ１２と転流リアクトル１５または配線の浮遊
インダクタンス分と転流コンデンサ１３を直列にした直
列体が並列に接続されている。配線の浮遊インダクタン
ス分は配線を最短で行っても１μＨ以上存在する。転流
コンデンサ１３には図示していない充電用の充電装置が
接続されている。真空バルブ１１と並列に、配線の浮遊
インダクタンスに蓄えられているエネルギーを消費する
非線形抵抗１４が接続されている。真空バルブ１１と非
線形抵抗１４とで構成する閉回路の浮遊インダクタンス
は、真空バルブ１１、可飽和リアクトル１６、転流スイ
ッチ１２、転流リアクトル１５及び転流コンデンサ１３
とで構成する閉回路の浮遊インダクタンスより小さい。
従ってインダクタンスの大きい転流回路側よりインダク
タンスの小さい非線形抵抗１４側に電流は流れ易い。
平常時の回路投入・遮断用の主回路スイッチ（ＬＳ）と
事故時に急速に増大する電流を短時間で遮断するため高
速度遮断器（ＨＢ）と称する電流遮断装置が制御装置の
電源側に直列に挿入されている。本実施例の電流遮断装
置においては、主回路スイッチ（ＬＳ）側に直流電流を
遮断する真空バルブ１１と可飽和リアクトル１６を直列
に接続した直列体の一方が接続し、この直列体の他方に
主電動機を制御する制御装置が接続している。真空バル
ブ１１と可飽和リアクトル１６からなる直列体には、転
流スイッチ１２と転流リアクトル１５または配線の浮遊
インダクタンス分と転流コンデンサ１３を直列にした直
列体が並列に接続されている。配線の浮遊インダクタン
ス分は配線を最短で行っても１μＨ以上存在する。転流
コンデンサ１３には図示していない充電用の充電装置が
接続されている。真空バルブ１１と並列に、配線の浮遊
インダクタンスに蓄えられているエネルギーを消費する
非線形抵抗１４が接続されている。真空バルブ１１と非
線形抵抗１４とで構成する閉回路の浮遊インダクタンス
は、真空バルブ１１、可飽和リアクトル１６、転流スイ
ッチ１２、転流リアクトル１５及び転流コンデンサ１３
とで構成する閉回路の浮遊インダクタンスより小さい。
従ってインダクタンスの大きい転流回路側よりインダク
タンスの小さい非線形抵抗１４側に電流は流れ易い。
【００２３】図２は可飽和リアクトル１６の特性を示す
図表で、電流値が小さいときは非常に大きなインダクタ
ンス値を持ち、ある程度以上電流が大きくなると急激に
インダクタンス値が小さくなる。
図表で、電流値が小さいときは非常に大きなインダクタ
ンス値を持ち、ある程度以上電流が大きくなると急激に
インダクタンス値が小さくなる。
【００２４】次に本実施例の動作を説明する。
【００２５】図３に電流が遮断されるときの各素子の波
形を示す。基本的には図６と同様であるが、タイミング
ｔ２のとき、すなわち真空バルブの電流ゼロ点の直前に
おいて、電流変化率が著しく小さくなっている。転流コ
ンデンサ１３は図示せざる充電装置により図１に示す極
性に充電されている。外部から遮断指令が与えられると
真空バルブ１１が開極し、開極後に主回路電流Ｉは真空
バルブ１１内の真空ギャップ中をアークとなって流れ続
ける。その後ｔ１で転流スイッチ１２が投入される。す
ると真空バルブ１１と転流スイッチ１２と転流リアクト
ル１５と転流コンデンサ１３とにより構成される直列共
振回路に、転流コンデンサ１３に蓄えられた電荷により
共振電流が流れる。従来共振周波数は１ＫＨｚが上限と
されていたが、それは直列共振回路のインダクタンス分
として転流リアクトルを用いていた為である。本発明で
は転流リアクトルを配線の浮遊インダクタンスに代える
ことによりインダクタンス分が格段に小さくなり、共振
周波数を２ＫＨｚ以上に高めることが可能となる。この
電流の最大値は、主回路電流Ｉの最大値の1.2倍以上が
良いとされ、主回路電流Ｉは負荷となる電気車の主電動
機出力及び電源電圧によって決定される。電気車の主電
動機出力５００〜６０００Ｋｗ及び電源電圧６００〜３
０００Ｖ程度を考慮すると共振電流即ち転流電流の値
は、５０００Ａ以上が望ましい。そしてそのような値が
得られるように共振回路の定数を選んでいる。共振電流
は電流の流れる方向が交互に変化する交流であり、主回
路電流Ｉは電流の流れる方向が一方向の直流であり、両
電流の方向が互いに逆向きとなり、真空バルブ中の電流
がゼロになる瞬間ｔ２が存在する。このゼロ点の直前に
おいて、電流変化率が著しく小さくなっているので真空
バルブ１１に流れる電流は遮断され、この瞬間真空バル
ブ１１は耐圧を回復しバルブ両端に電圧Ｖｉが発生す
る。この電圧はその時点の転流コンデンサ１３に蓄えら
れている電圧とほぼ等しくなる。そして、主回路電流Ｉ
は転流コンデンサ１３を通って流れ続ける。転流コンデ
ンサ１３に主回路電流Ｉが流れ続けることによって、転
流コンデンサ１３は反対向きに充電され、転流コンデン
サ１３の電圧が逆転し更に上昇する。この電圧Ｖｎがあ
る程度以上高くなると、ｔ３で非線形抵抗１４に主回路
電流Ｉと反対方向の電流が流れ始める。この電圧Ｖｎは
電源電圧Ｖｅより高く設定されているので、主回路電流
Ｉは減衰しやがてｔ４でゼロになる。このようにして主
回路電流Ｉは高速度で遮断される。
形を示す。基本的には図６と同様であるが、タイミング
ｔ２のとき、すなわち真空バルブの電流ゼロ点の直前に
おいて、電流変化率が著しく小さくなっている。転流コ
ンデンサ１３は図示せざる充電装置により図１に示す極
性に充電されている。外部から遮断指令が与えられると
真空バルブ１１が開極し、開極後に主回路電流Ｉは真空
バルブ１１内の真空ギャップ中をアークとなって流れ続
ける。その後ｔ１で転流スイッチ１２が投入される。す
ると真空バルブ１１と転流スイッチ１２と転流リアクト
ル１５と転流コンデンサ１３とにより構成される直列共
振回路に、転流コンデンサ１３に蓄えられた電荷により
共振電流が流れる。従来共振周波数は１ＫＨｚが上限と
されていたが、それは直列共振回路のインダクタンス分
として転流リアクトルを用いていた為である。本発明で
は転流リアクトルを配線の浮遊インダクタンスに代える
ことによりインダクタンス分が格段に小さくなり、共振
周波数を２ＫＨｚ以上に高めることが可能となる。この
電流の最大値は、主回路電流Ｉの最大値の1.2倍以上が
良いとされ、主回路電流Ｉは負荷となる電気車の主電動
機出力及び電源電圧によって決定される。電気車の主電
動機出力５００〜６０００Ｋｗ及び電源電圧６００〜３
０００Ｖ程度を考慮すると共振電流即ち転流電流の値
は、５０００Ａ以上が望ましい。そしてそのような値が
得られるように共振回路の定数を選んでいる。共振電流
は電流の流れる方向が交互に変化する交流であり、主回
路電流Ｉは電流の流れる方向が一方向の直流であり、両
電流の方向が互いに逆向きとなり、真空バルブ中の電流
がゼロになる瞬間ｔ２が存在する。このゼロ点の直前に
おいて、電流変化率が著しく小さくなっているので真空
バルブ１１に流れる電流は遮断され、この瞬間真空バル
ブ１１は耐圧を回復しバルブ両端に電圧Ｖｉが発生す
る。この電圧はその時点の転流コンデンサ１３に蓄えら
れている電圧とほぼ等しくなる。そして、主回路電流Ｉ
は転流コンデンサ１３を通って流れ続ける。転流コンデ
ンサ１３に主回路電流Ｉが流れ続けることによって、転
流コンデンサ１３は反対向きに充電され、転流コンデン
サ１３の電圧が逆転し更に上昇する。この電圧Ｖｎがあ
る程度以上高くなると、ｔ３で非線形抵抗１４に主回路
電流Ｉと反対方向の電流が流れ始める。この電圧Ｖｎは
電源電圧Ｖｅより高く設定されているので、主回路電流
Ｉは減衰しやがてｔ４でゼロになる。このようにして主
回路電流Ｉは高速度で遮断される。
【００２６】本実施例によれば、共振回路の各定数値を
変えることなく、電流ゼロ点近傍での電流変化率を小さ
く出来、真空バルブの耐圧回復を確実にすることが出来
る。
変えることなく、電流ゼロ点近傍での電流変化率を小さ
く出来、真空バルブの耐圧回復を確実にすることが出来
る。
【００２７】次に、他の実施例を説明する。
【００２８】図４は他の実施例の構成を示す回路図であ
る。
る。
【００２９】上記実施例では真空バルブ１１の電流ゼロ
点近傍での電流変化率を抑えるために可飽和リアクトル
１６を挿入したが、真空バルブ１１の耐圧回復を妨げる
要因として、電流変化率のほか、耐圧を回復する過程に
おける電圧変化率も問題となる。即ち、電圧変化率が大
きいと、耐圧回復の過程で絶縁破壊が発生し、再発弧し
再度電流が流れだす現象が発生する。この現象を防止す
るため、真空バルブ１１の極間にコンデンサ１７を並列
に接続すれば、コンデンサ１７への充電により真空バル
ブ極間の電圧上昇が鈍化し、図３に示した真空バルブ極
間電圧の急俊な変化を緩慢にすることが出来る。このコ
ンデンサ１７の容量は真空バルブ１１の開極時の容量よ
り大きければ良いが、その限度は電気車に搭載可能な範
囲とする。真空バルブ１１とコンデンサ１７とで構成す
る閉回路の浮遊インダクタンスは、真空バルブ１１、可
飽和リアクトル１６、転流スイッチ１２、転流リアクト
ル１５及び転流コンデンサ１３とで構成する閉回路の浮
遊インダクタンスより小さい。従ってインダクタンスの
大きい転流回路側よりインダクタンスの小さいコンデン
サ１７側に電流は流れ易い。
点近傍での電流変化率を抑えるために可飽和リアクトル
１６を挿入したが、真空バルブ１１の耐圧回復を妨げる
要因として、電流変化率のほか、耐圧を回復する過程に
おける電圧変化率も問題となる。即ち、電圧変化率が大
きいと、耐圧回復の過程で絶縁破壊が発生し、再発弧し
再度電流が流れだす現象が発生する。この現象を防止す
るため、真空バルブ１１の極間にコンデンサ１７を並列
に接続すれば、コンデンサ１７への充電により真空バル
ブ極間の電圧上昇が鈍化し、図３に示した真空バルブ極
間電圧の急俊な変化を緩慢にすることが出来る。このコ
ンデンサ１７の容量は真空バルブ１１の開極時の容量よ
り大きければ良いが、その限度は電気車に搭載可能な範
囲とする。真空バルブ１１とコンデンサ１７とで構成す
る閉回路の浮遊インダクタンスは、真空バルブ１１、可
飽和リアクトル１６、転流スイッチ１２、転流リアクト
ル１５及び転流コンデンサ１３とで構成する閉回路の浮
遊インダクタンスより小さい。従ってインダクタンスの
大きい転流回路側よりインダクタンスの小さいコンデン
サ１７側に電流は流れ易い。
【００３０】本実施例によれば、真空バルブ極間にコン
デンサを並列に接続し真空バルブ極間電圧の急俊な変化
を緩慢にして真空バルブの再発弧の可能性を低減するこ
とが出来る。
デンサを並列に接続し真空バルブ極間電圧の急俊な変化
を緩慢にして真空バルブの再発弧の可能性を低減するこ
とが出来る。
【００３１】以上に述べたように、本実施例の電流遮断
装置は小さい定数値の共振回路で確実に電流を遮断する
から小型化が可能になり、電気車に搭載するに当たり省
スペース化が図れ配置設計の自由度が増す。
装置は小さい定数値の共振回路で確実に電流を遮断する
から小型化が可能になり、電気車に搭載するに当たり省
スペース化が図れ配置設計の自由度が増す。
【００３２】
【発明の効果】本発明によれば、小さい定数値の共振回
路で真空バルブに直列に可飽和リアクトルを接続して電
流ゼロ点付近の電流変化率を小さくし、或いは真空バル
ブに並列にコンデンサを接続して電流ゼロ点付近の電圧
変化率を小さくし真空バルブの耐圧回復を確実にするこ
とが出来、電流遮断装置の小型化が可能になる。
路で真空バルブに直列に可飽和リアクトルを接続して電
流ゼロ点付近の電流変化率を小さくし、或いは真空バル
ブに並列にコンデンサを接続して電流ゼロ点付近の電圧
変化率を小さくし真空バルブの耐圧回復を確実にするこ
とが出来、電流遮断装置の小型化が可能になる。
【図１】図１は本発明の一実施例の構成を示す回路図で
ある。
ある。
【図２】図２は可飽和リアクトルの特性を示す図表であ
る。
る。
【図３】図３は本発明の実施例の回路において電流が遮
断されるときの各素子の波形図である。
断されるときの各素子の波形図である。
【図４】図４は本発明の他の実施例の構成を示す回路図
である。
である。
【図５】図５は従来の電流遮断回路を備えた電気車の電
源系統図である。
源系統図である。
【図６】第６図は従来の真空バルブを使用した電流遮断
装置の回路図である。
装置の回路図である。
【図７】図７は従来の回路において電流が遮断されると
きの各素子の波形図である。
きの各素子の波形図である。
【図８】図８は従来の回路において電流遮断が失敗した
時の各素子の波形図である。
時の各素子の波形図である。
１ 架線 ２ パンタグラフ ３ 主回路スイッチ ４ 高速度遮断器 ５ 制御装置 １１ 真空バルブ １２ 転流スイッチ １３ 転流コンデンサ １４ 非線形抵抗 １５ 転流リアクトル １１ 真空バルブ １２ 転流スイッチ １３ 転流コンデンサ １４ 非線形抵抗 １５ 転流リアクトル １６ 可飽和リアクトル １７ コンデンサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内井 太郎 茨城県勝田市市毛1070番地 株式会社 日立製作所 水戸工場内 (56)参考文献 特開 平３−67429（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−144019（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−149873（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−133235（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01H 33/66 H01H 33/59
Claims (8)
- 【請求項１】 コンデンサ、開閉手段及びリアクトルま
たは配線の浮遊インダクタンスが直列に接続された第１
の直列体と、該コンデンサを充電する充電手段と、直流
を遮断する真空バルブと、該真空バルブに並列に接続さ
れ前記配線の浮遊インダクタンスに蓄えられているエネ
ルギーを消費する素子と、該素子と前記真空バルブを並
列に接続した並列体に可飽和リアクトルを直列に接続し
た第２の直列体と、該第２の直列体と前記第１の直列体
が並列に接続されたことを特徴とする電流遮断装置。 - 【請求項２】 コンデンサ、開閉手段及びリアクトルま
たは配線の浮遊インダクタンスが直列に接続された第１
の直列体と、該コンデンサを充電する充電手段と、直流
を遮断する真空バルブと、該真空バルブに並列に接続さ
れ前記配線の浮遊インダクタンスに蓄えられているエネ
ルギーを消費する素子と、該素子と前記真空バルブを並
列に接続した並列体に可飽和リアクトルを直列に接続し
た第２の直列体と、該第２の直列体と前記第１の直列体
が並列に接続され、前記真空バルブ、可飽和リアクト
ル、開閉手段及びコンデンサを含む閉回路の共振周波数
を２ＫＨｚ以上とし、転流電流を５０００Ａ以上かつ前
記閉回路に含まれる転流インダクタンスを１μＨ以上と
したことを特徴とする電流遮断装置。 - 【請求項３】 コンデンサ、開閉手段及びリアクトルま
たは配線の浮遊インダクタンスが直列に接続された第１
の直列体と、該コンデンサを充電する充電手段と、直流
を遮断する真空バルブと、該真空バルブに並列に接続さ
れた容量性素子及び前記配線の浮遊インダクタンスに蓄
えられているエネルギーを消費する素子と、該素子及び
容量性素子と前記真空バルブを並列に接続した並列体に
可飽和リアクトルを直列に接続した第２の直列体と、該
第２の直列体と前記第１の直列体が並列に接続されたこ
とを特徴とする電流遮断装置。 - 【請求項４】 コンデンサ、開閉手段及びリアクトルま
たは配線の浮遊インダクタンスが直列に接続された第１
の直列体と、該コンデンサを充電する充電手段と、直流
を遮断する真空バルブと、該真空バルブに並列に接続さ
れた容量性素子及び前記配線の浮遊インダクタンスに蓄
えられているエネルギーを消費する素子と、該素子及び
容量性素子と前記真空バルブを並列に接続した並列体に
可飽和リアクトルを直列に接続した第２の直列体と、該
第２の直列体と前記第１の直列体が並列に接続され、前
記真空バルブ、可飽和リアクトル、開閉手段及びコンデ
ンサを含む閉回路のループ長より、前記真空バルブ及び
前記配線の浮遊インダクタンスに蓄えられているエネル
ギーを消費する素子を含む閉回路のループ長を短くした
ことを特徴とする電流遮断装置。 - 【請求項５】 コンデンサ、開閉手段及びリアクトルま
たは配線の浮遊インダクタンスが直列に接続された第１
の直列体と、該コンデンサを充電する充電手段と、直流
を遮断する真空バルブと、該真空バルブに並列に接続さ
れた容量性素子及び前記配線の浮遊インダクタンスに蓄
えられているエネルギーを消費する素子と、該素子及び
容量性素子と前記真空バルブを並列に接続した並列体に
可飽和リアクトルを直列に接続した第２の直列体と、該
第２の直列体と前記第１の直列体が並列に接続され、前
記真空バルブ、可飽和リアクトル、開閉手段及びコンデ
ンサを含む閉回路のループ長より、前記真空バルブ及び
前記容量性素子を含む閉回路のループ長を短くしたこと
を特徴とする電流遮断装置。 - 【請求項６】 コンデンサ、開閉手段が直列に接続され
た第１の直列体と、該コンデンサを充電する充電手段
と、直流を遮断する真空バルブと、該真空バルブに並列
に接続された容量性素子と、該容量性素子と前記真空バ
ルブを並列に接続した並列体に可飽和リアクトルを直列
に接続した第２の直列体と、該第２の直列体と前記第１
の直列体が並列に接続されたことを特徴とする電流遮断
装置。 - 【請求項７】 架線から主電動機に供給される直流電流
を遮断する電気車の電流遮断装置において、コンデン
サ、開閉手段及びリアクトルまたは配線の浮遊インダク
タンスが直列に接続された第１の直列体と、該コンデン
サを充電する充電手段と、直流を遮断する真空バルブ
と、該真空バルブに並列に接続され前記配線の浮遊イン
ダクタンスに蓄えられているエネルギーを消費する素子
と、該素子と前記真空バルブを並列に接続した並列体に
可飽和リアクトルを直列に接続した第２の直列体と、該
第２の直列体と前記第１の直列体が並列に接続されたこ
とを特徴とする電気車の電流遮断装置。 - 【請求項８】 架線から主電動機に供給される直流電流
を遮断する電気車の電流遮断装置において、コンデン
サ、開閉手段及びリアクトルまたは配線の浮遊インダク
タンスが直列に接続された第１の直列体と、該コンデン
サを充電する充電手段と、直流を遮断する真空バルブ
と、該真空バルブに並列に接続された容量性素子及び前
記配線の浮遊インダクタンスに蓄えられているエネルギ
ーを消費する素子と、該素子及び容量性素子と前記真空
バルブを並列に接続した並列体に可飽和リアクトルを直
列に接続した第２の直列体と、該第２の直列体と前記第
１の直列体が並列に接続され、前記真空バルブ、可飽和
リアクトル、開閉手段及びコンデンサを含む閉回路のル
ープ長より、前記真空バルブ及び前記配線の浮遊インダ
クタンスに蓄えられているエネルギーを消費する素子を
含む閉回路のループ長を短くしたことを特徴とする電気
車の電流遮断装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01887091A JP3245716B2 (ja) | 1991-02-12 | 1991-02-12 | 電流遮断装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01887091A JP3245716B2 (ja) | 1991-02-12 | 1991-02-12 | 電流遮断装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04259719A JPH04259719A (ja) | 1992-09-16 |
| JP3245716B2 true JP3245716B2 (ja) | 2002-01-15 |
Family
ID=11983578
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01887091A Expired - Fee Related JP3245716B2 (ja) | 1991-02-12 | 1991-02-12 | 電流遮断装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3245716B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
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|---|---|---|---|---|
| JP4128806B2 (ja) * | 2002-06-05 | 2008-07-30 | 株式会社東芝 | 直流遮断装置 |
| JP6749319B2 (ja) | 2014-06-30 | 2020-09-02 | サイブレーク アーベーＳｃｉｂｒｅａｋ Ａｂ | 電流を遮断する装置、システム及び方法 |
| EP3240004B1 (en) * | 2014-12-26 | 2021-04-07 | Tokyo Institute of Technology | Circuit breaker |
| WO2016152147A1 (ja) * | 2015-03-24 | 2016-09-29 | 株式会社 東芝 | 直流遮断装置 |
| JP6448431B2 (ja) * | 2015-03-24 | 2019-01-09 | 株式会社東芝 | 直流遮断装置 |
| JP6386955B2 (ja) * | 2015-03-24 | 2018-09-05 | 株式会社東芝 | 直流遮断装置および直流遮断方法 |
-
1991
- 1991-02-12 JP JP01887091A patent/JP3245716B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04259719A (ja) | 1992-09-16 |
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