(57)【要約】【課題】電気鉄道におけるき電線の切換遮断器を、電磁操作方式とする場合、電源線の配線変更や電源設備の強化、太い配電線の敷設の必要や遮断器動作時の直流電源の端子電圧低下が生じている。【解決手段】複数の切替遮断器と並列に電気二重層キャパシタを接続し、切替遮断器操作時にこの電気二重層キャパシタよりの放電エネルギーを使用すると共に、直流電源から直流電流を供給する。また、初期充電用及びメンテナンス用として、直流電源と電気二重層キャパシタ間に、短絡スイッチと補助抵抗との並列回路と放電スイッチとを設ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源より配電線を介して電磁操作式の切替遮断器に操作電流を供給するものにおいて、
前記遮断器と並列に電気二重層キャパシタを接続し、この電気二重層キャパシタと遮断器との橋絡点と前記直流電源との間に、短絡スイッチと補助抵抗の並列回路と放電スイッチとを介挿したことを特徴とした電磁操作式切替遮断器用電源装置。
【請求項２】
前記電気二重層キャパシタに並列接続される切替遮断器は複数であることを特徴とした請求項１記載の電磁操作式切替遮断器用電源装置。
【請求項３】
前記複数の切替遮断器は、電気鉄道のき電区分所の上り方向用と下り方向用の２台の切替遮断器であることを特徴とした請求項２記載の電磁操作式切替遮断器用電源装置。
【請求項４】
前記短絡スイッチは、電気二重層キャパシタの予備充電時と完全放電時にはオフ状態に動作されることを特徴とした請求項１乃至３記載の電磁操作式切替遮断器用電源装置。
【請求項５】
前記放電スイッチは、電気二重層キャパシタを短絡及び充電電荷放電用の端子を備えたことを特徴とした請求項１乃至４記載の電磁操作式切替遮断器用電源装置。
【請求項６】
前記電気二重層キャパシタは、前記き電区分所に配置される切替遮断器の制御盤に配設されたことを特徴とした請求項２乃至５記載の電磁操作式切替遮断器用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁操作式による遮断器の電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気鉄道におけるき電線の切替には真空遮断器（真空スイッチ）などの切替遮断器が使用され、例えば、新幹線の切替遮断器の開閉操作方式にはエア操作式と電動操作式が存在している。
エア操作式は、コンプレッサーとエアタンクを設け、コンプレッサーによって圧縮，充填されたエアを配管を介して切替遮断器にまで導入し、このエアを遮断器投入用の動力としている。
また、電動操作式は、変電所のエアレス化を図るために採用されたもので、電磁コイル又は電動バネによって投入用の動力を得るものである。
【０００３】
切替遮断器を電動操作式としたものとしては、非特許文献１がある。
【非特許文献１】明電時報、通巻２８７、２００２、Ｎｏ．６、ｐ２０、
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
新幹線の変電所を始として、多くの変電所においては、コンプレッサーやエア配管をなくすことにより、変電所設備のメンテナンス軽減化が進められている。そのために、エア操作式の切替遮断器から順次電動操作式の切替遮断器への取り替えが行われている。
【０００５】
ところで、電動操作方式への切替に際しては、電動操作方式のうちでの電動バネ操作式の場合、操作電流が小さくて電源設備に変更が不要であるという利点がある反面、機構的には複雑であることから信頼性や保守性の上からき電線における区分開閉器のような多頻度開閉には向かない問題を有している。
【０００６】
一方、電磁操作式の場合には、機構がシンプルなことから多頻度開閉に向いている利点がある反面、遮断器の投入電流が大きいことから、その電源線の配線変更や電源設備の強化が必要となる。しかも、変電所構内は一般には広く、且つ、切替遮断器が設置される切替遮断器室と電源室との距離が遠く離れていることにより、電線のインピーダンス分の電圧降下を見込んで投入用電源のために６０〜１００mm2の配電線が必要となる。
また、大電流による直流電源（バッテリー）端子電圧の瞬時低下などの問題も有している。
【０００７】
そこで、本発明が目的とするところは、電磁操作式切替遮断器を使用したときにおける上記課題を解決した電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１は、直流電源より配電線を介して電磁操作式の切替遮断器に操作電流を供給するものにおいて、
前記遮断器と並列に電気二重層キャパシタを接続し、この電気二重層キャパシタと遮断器との橋絡点と前記直流電源との間に、短絡スイッチと補助抵抗の並列回路と放電スイッチとを介挿したことを特徴としたものである。
【０００９】
本発明の第２は、前記電気二重層キャパシタに並列接続される切替遮断器は複数であることを特徴としたものである。
【００１０】
本発明の第３は、前記複数の切替遮断器は、電気鉄道のき電区分所の上り方向用と下り方向用の２台の切替遮断器であることを特徴としたものである。
【００１１】
本発明の第４は、前記短絡スイッチは、電気二重層キャパシタの予備充電時と完全放電時にはオフ状態に動作されることを特徴としたものである。
【００１２】
本発明の第５は、前記放電スイッチは、電気二重層キャパシタを短絡及び充電電荷放電用の端子を備えたことを特徴としたものである。
【００１３】
本発明の第６は、前記電気二重層キャパシタは、前記き電区分所に配置される切替遮断器の制御盤に配設されたことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１４】
以上のとおり、本発明によれば、複数の切替遮断器と並列に１個の電気二重層
キャパシタを接続し、この並列回路と並列に、直流電源と放電スイッチ及び短絡スイッチの直列回路を接続することにより、切替遮断器の操作電源を電気二重層キャパシタとすることができる。更にこの電気二重層キャパシタは遮断器室の制御盤に持たせればよく、小型な設備追加だけですみ、且つ太い配電線を新に配線する必要がない。しかも、電気二重層キャパシタは、急速な充放電及びその繰り返しに強いため、必要容量に見合ったコンパクトなキャパシタとすることができる。
【００１５】
また、遮断器操作時の電流の大部分を電気二重層キャパシタから出力させることから、直流電源の瞬時電圧低下を防止することができる。  
さらには、何らかの理由によって直流電源が故障したとしても、電気二重層キャパシタの蓄積エネルギーにより数十回の切替動作を行うことができるので、システムの信頼性が向上するものである。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明の実施例を示す構成図である。１は操作スイッチ３を有する第１の切替遮断器、２は操作スイッチ４を有する第２の切替遮断器で、各遮断器は電気二重層キャパシタ５と並列に接続されている。なお、電気二重層キャパシタ５に接続される切替遮断器は２個以上の複数台でもよいが、ここでは電気鉄道のき電線における切替遮断器のように、き電区分所の遮断器室に２個セットにて設置される例にて説明する。
【００１７】
６は直流電源で、一般には遮断器室とは離れた電源室内に設置され、配電線７，放電スイッチ８及び短絡スイッチ９を介して遮断器室の制御盤に組み込まれる電気二重層キャパシタ５の端子に接続される。放電スイッチ８は端子Ａ，Ｂを有しており、可動接点部によって切替られる。１０は抵抗値Ｒａを有する補助抵抗で、短絡スイッチ９と並列に接続される。この補助抵抗１０は、電気二重層キャパシタ５の初期充電時に過大電流がキャパシタに流れるのを防止するためのものである。
【００１８】
次にその動作について説明する。
図２は、図１で示す電源装置の動作モードを示し、また、図３（ａ）は電気二重層キャパシタ５の組み込みから通常運転に至るまでのフローチャート、図３（ｂ）はメンテナンスのための電気二重層キャパシタ５の取り出し時のフローチャートを示したものである。
【００１９】
電磁操作式の切替遮断器が設置された状態で、電気二重層キャパシタ５を取り付ける場合には図３（ａ）のステップＳ１のようにモード５の状態とする。
すなわち、放電スイッチ８をオープン状態とし、短絡スイッチ９をオフ状態として負荷である遮断器と並列接続（Ｓ２）する。組み込みが完了すると、ステップＳ３でモード２の状態として電気二重層キャパシタ５を初期（予備）充電（Ｓ４）する。その場合、図２で示すように短絡スイッチ９を開放状態とし、放電スイッチ８の可動部を端子Ａ側に投入することで、直流電源６、放電スイッチ８、補助抵抗１０及び電気二重層キャパシタ５の閉ループが形成され、直流電源から過大電流が流れ込むことなしにキャパシタ５の初期充電が開始される。このときには、線路抵抗７の抵抗値をＲｓ、補助抵抗１０の抵抗値をＲａ、電気二重層キャパシタ５の抵抗値をＲｃとしたとき、（Ｒｓ＋Ｒａ＋Ｒｃ）と電気二重層キャパシタ５の静電容量の積で充電される。
【００２０】
ステップＳ５において、充電電圧Ｖｃが例えばＶｃ＞１００Ｖとなったか否かが判断され、１００Ｖ以上となったときにモード１（Ｓ６）に移行してステップＳ７の通常運転状態となる。
モード１では、放電スイッチ８は端子Ａ側に投入されていると共に、短絡スイッチ９もオン状態となっている。この状態で列車がき電区分所を通過するために、例えば操作スイッチ３が投入されると、電気二重層キャパシタ５に充電されていた電荷は、操作スイッチ３、遮断器１の励磁コイルを通して放電されると共に、直流電源６からも放電スイッチ８、短絡スイッチ９及び操作スイッチ３を通して遮断器１に直流電流が流れ、遮断器１は投入される。列車通過後に操作スイッチ３がオフ状態となったときに、遮断器１は開路される。
また、遮断器２の場合も同様に、操作スイッチ４のオン、オフ状態に対応して開路，閉路を繰り返す。
【００２１】
次に、図３（ｂ）に基づいてメンテナンスのために電気二重層キャパシタ５を回路より取り出す場合について説明する。この場合、安全を図るために電気二重層キャパシタ５を完全放電させる必要がある。
【００２２】
まず、ステップＳ１１においてモード４とする。すなわち、短絡スイッチ９をオフ状態として放電スイッチ９の可動部を端子Ｂ側に投入することで、電気二重層キャパシタ５、補助抵抗１０及び放電スイッチの端子Ｂの閉ループが形成されてステップＳ１２の完全放電動作に入る。Ｓ１３で充電電圧Ｖｃが例えばＶｃ＜１０Ｖとなったことが判断され、Ｓ１４でモード３に移行する。モード３では、放電スイッチ８は端子Ｂ側に投入されており、短絡スイッチ９がオン状態とされてキャパシタ５は短絡される。
短絡されてより１分程度の時間後（Ｓ１５）に、短絡スイッチ９をオフ、放電スイッチ８をオープン状態とするモード５（Ｓ１６）に切り替えた後、Ｓ１７で電気二重層キャパシタ５を取り出す。
【００２３】
図４は補助抵抗Ｒａ＝９Ωとしたときの充放電実験データで、同図（ａ）は予備充電時、（ｂ）は放電時である。予備充電時においては、Ｖｃ＝１００Ｖに達する時間は約８分となっており、また、完全放電時にはＶｃ＝１０Ｖまで約７分となっている。
【００２４】
なお、図１の実施例においては、電気二重層キャパシタに切替遮断器２台を並列接続した場合について説明してきたが、メンテナンスや初期充電のみを考慮した場合には、１台の遮断器の並列接続でもよいことは勿論である。
【００２５】
以上のように本発明によれば、き電区分所に設置される２台の切替遮断器１，２は、それぞれ線路の上り方向用下り方向用に特化されていることにより同時に投入，開放することがないことに注目し、２台の遮断器に対して１個の電気二重層キャパシタで対応したため小形な設備投資で電磁操作式切替遮断器の電源装置を提供することが出来る。しかも、電気二重層キャパシタは急速な充放電やその繰り返しに強いので、電気二重層キャパシタはその容量に見合った小形なものとすることができ、接続するための電線も５．５ｍｍ2程度の細いものでよい。すなわち、６０〜１００ｍｍ2の太い電線を新に配線することなく、容易に変電所のエアレス化に対応することができるものである。
【００２６】
また、遮断器投入時には、その電流の大部分は電気二重層キャパシタよりの放電電流にて賄うことができるので、直流電源の瞬時電圧低下を抑えることができる。
さらに、何らかの理由によって直流電源が故障した場合においても、電気二重層キャパシタの蓄積エネルギーにより数十回の切替動作が可能であるので、システムの信頼性が向上するものである。  
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態を示す構成図
【図２】本発明の運転モード図
【図３】電気二重層キャパシタの組込・取出時のフローチャートで、（ａ）は初期組込時、（ｂ）は取出時
【図４】実験データで、（ａ）は予備充電時、（ｂ）は完全放電時
【符号の説明】
【００２８】
１，２…遮断器  
３，４…操作スイッチ  
５…電気二重層キャパシタ  
６…直流電源  
７…線路抵抗  
８…放電スイッチ  
９…短絡スイッチ  
１０…補助抵抗  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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