(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道の既設の変電所どうしの中間付近に設けられる装置であって、高圧配電線から受電し得る容量であり、既設変電所が受電する特別高圧送電線とは別の高圧配電線から受電し、当該装置が電力を供給するときの設定電圧は、列車の運転を持続することが可能なように電圧降下の程度を勘案して、き電線の標準電圧よりも低く設定され、当該装置の設置個所におけるき電線の電圧が上記設定電圧よりも低くなったときに上記設定電圧の電力をき電線側へ供給して、当該装置の設置個所におけるき電線の電圧を上記設定電圧となるように補完することを特徴とする変電所補完装置。
【請求項２】
屋外キュービクル内にすべての機器が収納され、予め工場等で製造される請求項１に記載の変電所補完装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道における既設の変電所どうしの中間付近の電圧降下を救済する小型の変電所設備に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
列車が電気運転を行うためには、一般電力系統の電力を電気運転に適した形に変成した変電所から、電力を電気車両に供給する電車線路が必要である。変電所から電車線路を経て電気車両に給電する回路をき電系統と称している。き電系統は、移動しながら変動の多い電気車両の負荷に対応して円滑な給電ができることと、高い信頼性及び新設又は保全コストの軽減などの条件が要求される。
【０００３】
また、き電系統では、一般にレールを帰線路としている。しかも、直流き電系統では、電流が大きいためトロリー線と平行してき電線を設け、このき電線とトロリー線とをき電分岐線で接続する給電方法が採られている。更に、き電線は、変電所の相互間を並列に接続して、電気車両の負荷による電圧降下の軽減を図るように工夫されている。
【０００４】
従来の直流電化区間では、およそ１０Ｋｍ離れるごとに、電力会社の特別高圧送電線（通常は、２２，０００〜７７，０００Ｖ）より受電する変電所を設け、標準電圧を１，５００Ｖに設定してき電している。変電所から列車負荷に電力を供給する場合、電流の通路である電車線路、レールの抵抗によって電圧降下が生じるため、列車が電力を受けるパンタグラフ点での電圧は大きく変動する。この電圧降下の大きさは、オームの法則から抵抗と電流の積で表される。また抵抗は、電車線路の材質と太さ、及び変電所から負荷点までの距離によって決まり、電流は列車種別及び編成両数によって決まる。従って、変電所どうしの中間付近で大きな負荷電流の列車が力行する場合などに、電圧降下が非常に大きくなる。電圧降下が大きくなると、列車の制御装置の特性により、運転が不可能になる。
【０００５】
そのため、従来では、このような変電所どうしの中間付近の列車負荷による電圧降下を救済するための手段として、き電線を太径化するか又は増設を行い、電車線路の抵抗を減少させる方法と、図２の図（Ａ）に示すように、既設変電所１，２どうしの中間付近に新たに変電所３を設置するという対策が取られていた。なお、同図において、符号４は列車である。また図（Ｂ）の細線は、変電所３を設置する前の電圧降下が生じた場合を示しており、太線は変電所３を設置した後の電圧降下を救済した場合を示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、き電線を太径化又は増設する場合は、特に深夜等の列車運転の合間での制約された時間内での作業となり、作業効率が悪く、多大な建設工事費と工期とを必要とする欠点があった。
また、変電所３を新設する場合は、その目的が既設変電所１，２どうしの中間付近の電圧降下を救済するためだけであるとしても、変電所３の設備自体は、既設の変電所１，２と同程度の容量のもの（標準電圧１，５００Ｖで、整流器容量４，０００Ｋｗ）を設置しており、広大な専用の敷地と、多大な建設工事費及び工期とを必要とする欠点があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は従来の前記課題に鑑みてこれを改良除去したものであって、小型且つ小容量で設置も容易な変電所どうしの中間付近の電圧降下を救済することのできる装置を提供せんとするものである。
【０００８】
而して、前記課題を解決するために本発明が採用した請求項１の手段は、鉄道の既設の変電所どうしの中間付近に設けられ、高圧配電線から受電し得る容量であり、既設変電所が受電する特別高圧送電線とは別の高圧配電線から受電し、当該装置が電力を供給するときの設定電圧は、列車の運転を持続することが可能なように電圧降下の程度を勘案して、き電線の標準電圧よりも低く設定され、当該装置の設置個所におけるき電線の電圧が上記設定電圧よりも低くなったときに上記設定電圧の電力をき電線側へ供給して、当該装置の設置個所におけるき電線の電圧を上記設定電圧となるように補完することを特徴とする変電所補完装置である。
このように、き電線の標準電圧（例えば、１，５００Ｖ）よりも低い動作電圧（例えば、１，２００Ｖ）が設定され、き電線の電圧が設定電圧よりも低くなったときに、き電線側へ電力を供給する設備であれば、その容量は例えば、５００Ｋｗ程度のもので十分であり、機器全体の大幅な小型化が図れる。
【０００９】
また、電力会社の６，６００Ｖ高圧配電線からの受電が可能である、つまり一般家庭へ供給するための高圧配電線から電力の供給を受けることができるから、特別な高圧配線作業が不要である。
【００１０】
本発明が採用した請求項２の手段は、屋外キュービクル内にすべての機器を収納でき、予め工場等で製造される請求項１に記載の変電所補完装置である。
変電所設備を小型化できることにより、そのすべての構成機器を屋外キュービクル内に収納でき、予め工場で製造し、これを現場へ搬入して設置するだけで施工でき、複雑な配線工事等が不要であり、工期の短縮及び低コスト化が可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の構成を図面に示す発明の実施の形態に基づいて説明すると次の通りである。図１は本発明の一実施の形態に係るものであり、図（Ａ）は既設の変電所１，２どうしの間に補完装置５を設置した場合の概略図、図（Ｂ）は補完装置５の設置前と設置後の電圧降下を示す特性図である。補完装置５と既設の変電所１〜３との構成機器において異なるのは、き電線側へ電力を供給する設定電圧が異なるということである。補完装置５が、き電線側へ電力を供給し始めるために設定された電圧は、変電所１〜３がき電線へ供給している標準電圧１，５００Ｖよりも低い電圧、例えば、１，２００Ｖである。この設定電圧は、具体的に補完装置５を設置する場所の電圧降下の程度によって決定される。
【００１２】
このように補完装置５が動作する設定電圧を、変電所１〜３の標準電圧１，５００Ｖよりも低い、１，２００Ｖとすることにより、変電所１〜３では４，０００Ｋｗの整流器が必要であったが、補完装置５では５００Ｋｗの整流器でよく、これに付随するその他の変電所設備機器の容量もその全部において、これを大幅に小容量化、ひいては小型化することが可能である。しかも、補完装置５は、電力会社からの受電を、一般家庭へ供給する高圧配電線である６，６００Ｖ高圧配電線から受けることが可能であり、従来の変電所１〜３の場合の２２，０００〜７７，０００Ｖの特別高圧配電線から受電する場合よりも簡単に受電することが可能である。６，６００Ｖ高圧配電線から受電するためには、その供給規定によれば使用電力量が２，０００Ｋｗ以下であることが規定されている。つまり、従来の変電所１〜３のように、２２，０００〜７７，０００Ｖの特別高圧配電線から受電する場合は、これらの特別高圧配電線を受電設備がある所まで新たに配線施工することが必要である。ところが、補完装置５の場合は、一般家庭へ供給する高圧配電線を利用することができ、この高圧配電線は市街地のほとんどの場所へ既に設置済みであり、特別に配線作業を行う必要はない。
【００１３】
更に、動作する設定電圧が１，２００Ｖで整流器容量も５００Ｋｗ程度の小型のものであれば、これらに付属する変圧器，交流しゃ断器等の変電所設備機器のすべてのものを小容量化且つ小型化することができる。そのため、補完装置５の全体を、例えば、高圧受電設備と、変圧・整流設備と、直流き電設備とに分けて、それぞれの設備を各キュービクル内へ収納設置することができ、予め工場等で配線接続して組み立てたものをトラック輸送して現場へクレーン等で搬入し、これらを連結設置して配線接続作業及びその施工を完了することができる。従って、現場での施工作業は、基礎部分をコンクリート打設する等の準備作業と、その後の輸送，搬入，組立作業を行うことで十分であり、大幅な工期の短縮、費用の削減が可能である。しかも、その設置スペースは、通常の変電所１〜３がそれぞれ約６００ｍ2 の広さを必要としているのに対し、補完装置５では、約２０ｍ2 でよく、駅等の小さな遊休地を利用して設置することが可能である。
【００１４】
このようにして設置された補完装置５は、図１の図（Ｂ）に示すように、変電所１及び２の中間付近で電圧降下があり、補完装置５の設置個所におけるき電線の電圧が１，２００Ｖよりも低くなった場合に始めて動作し、き電線へ１，２００Ｖの電圧の供給を開始する。そのため、補完装置５の設置個所におけるき電線の電圧は１，２００Ｖの電圧が確保されるようになる。つまり、変電所１，２の中間付近の電圧降下が補完装置５によって供給される１，２００Ｖの電圧によって、最低限の電圧降下を救済するように補完され、列車４の電動機を停止させることなく、運転を持続させることが可能である。
【００１５】
ところで、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、適宜の変更が可能である。例えば、変電所１，２どうしの間の設置間距離を通常の１０Ｋｍよりも長くし、その間の電圧降下の生ずる箇所に本発明に係る補完装置５を設置することで、トータル的な変電所の設置数を低減し、電力供給設備全体の簡略化を図ることも可能である。また補完装置５が動作する設定電圧は、前記実施の形態では１，２００Ｖに設定したが、これは実際の電圧降下の程度及び発生する度合い、列車負荷、前後の変電所の容量等を総合的に勘案して設定するようにすればよい。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明にあっては、鉄道の既設の変電所どうしの中間付近に、き電線の電圧が設定電圧よりも低くなったときに、当該設定電圧の電力をき電線側へ供給する小型の補完装置を設けて、変電所どうしの中間付近の電圧降下を救済するようにしたから、上記補完装置を構成する機器の小容量化及び小型化を図ることができ、広大な敷地等は不要である。また、このように小容量且つ小型の補完装置を構成したから、一般家庭へ供給するための高圧配電線から電力の供給を受けることができ、特別高圧配電線の架設作業は不要である。
【００１７】
更に、本発明にあっては、屋外キュービクル内に補完装置のすべての機器を収納できるので、予め工場等で製造しておき、これを現場へ搬入してクレーン等でつり下げて固定設置するだけで施工できる。そのため、複雑な配線工事等が不要であり、工期の短縮及び低コスト化が可能である。参考までに説明すると、本発明の補完装置であれば、基礎工事を含めて１ケ月もあれば十分であるが、従来の変電所を設置する場合は、およそ６ケ月〜１年程度の長い工事期間が必要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るものであり、図（Ａ）は変電所どうしの間に補完装置を設置した場合の概略図、図（Ｂ）は補完装置による電圧降下の救済措置を示す特性図である。
【図２】従来技術を示すものであり、図（Ａ）は変電所どうしの間に別の変電所を設置した場合の概略図、図（Ｂ）は変電所による電圧降下の救済措置を示す特性図である。
【符号の説明】
１〜３…変電所
４…列車
５…補完装置
【図１】
0004221682.tif 000002
【図２】
0004221682.tif 000003