(57)【要約】【課題】交流電気鉄道のき電系統において、電源切替の際に、直流電圧成分を発生させないように切替開閉器を制御することにある。【解決手段】交流電気鉄道のき電系統において、電気車ＴＲが異電源の切替箇所となる切替セクション７を通過する際に、電源Ｂを切替セクション７に印加するための切替開閉器６Ｂを制御する切替開閉器の制御装置１０であって、電気車ＴＲが切替セクション７を通過後、電源Ｂの電圧の零点を検出する電圧零点検出部１０１と、この検出により、切替開閉器６Ｂを開放させる開放指令ＳＴを出力する開放指令出力部１０２とを備えている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電気鉄道のき電系統において、電気車が異電源の切替箇所となる切替セクションを通過する際に、前記異電源のうち前記電気車の進行方向側の電力系統に電力を供給するための電源から出力された電力を、前記切替セクションに供給するための切替開閉器を制御する切替開閉器の制御装置であって、
前記電気車が前記切替セクションを通過後、前記電源の電圧の零点を検出する零点検出手段と、
前記零点検出手段の検出により、前記切替開閉器を開放させる開放指令を出力する開放指令出力手段と
を備えたことを特徴とする切替開閉器の制御装置。
【請求項２】
前記交流電気鉄道のき電系統は、前記切替セクションに対して前記電気車の進行方向側の電力系統に設けられた計測用変圧器を備え、
前記零点検出手段は、前記計測用変圧器から受信した電圧信号に基いて検出すること
を特徴とする請求項１に記載の切替開閉器の制御装置。
【請求項３】
前記交流電気鉄道のき電系統は、前記切替セクションに設けられた計測用変圧器を備え、
前記零点検出手段は、前記計測用変圧器から受信した電圧信号に基いて検出すること
を特徴とする請求項１に記載の切替開閉器の制御装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の切替開閉器の制御装置を適用したこと
を特徴とする交流電気鉄道のき電系統。
【請求項５】
交流電気鉄道のき電系統において、電気車が異電源の切替箇所となる切替セクションを通過する際に、前記異電源のうち前記電気車の進行方向側の電力系統に電力を供給するための電源から出力された電力を、前記切替セクションに供給するための切替開閉器を制御する制御方法であって、
前記電気車が前記切替セクションを通過後、前記電源の電圧の零点を検出する手順と、
前記検出する手順の検出により、前記切替開閉器を開放させる開放指令を出力する手順と
を含むことを特徴とする切替開閉器の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電気鉄道の異電源の切替箇所となる切替セクションにおける電源の切り替えをするための切替開閉器を制御する切替開閉器の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、交流電気鉄道の異電源の切替箇所となる切替セクションにおける電源の切替は、次のように行われる。
【０００３】
電気車が切替セクションに進入する前、電気車の進行方向と反対側の切替開閉器（以下、「開放側切替開閉器」という。）は、投入状態である。一方、電気車の進行方向側の切替開閉器（以下、「投入側切替開閉器」という。）は、開放状態である。
【０００４】
電気車が切替セクションに進入すると、開放側切替開閉器を投入状態から開放とし、約３００ｍｓ後に投入側切替開閉器を開放状態から投入することにより、切替セクションにおける電源の切替を行う。
【０００５】
電気車が切替セクションを通過後は、投入側切替開閉器を開放し、その約３００ｍｓ後に開放側切替開閉器を投入することで、初期状態に戻す。
【０００６】
また、上述の電源切替によって、切替セクションには約３００ｍｓの無加圧時間が生じるが、その時間管理を行うために切替セクションの電圧を計測することを目的として、計器用変圧器が設置される場合がある。
【０００７】
更に、切替開閉器の新方式として、半導体を適用した開閉器が知られている。この開閉器の利点としては、電気車に搭載されている変圧器の励磁突入電流の抑制効果がある（特許文献１参照）。この際、切替セクションの電圧を計測する必要があるため、計器用変圧器が不可欠である。
【０００８】
上述のような交流電気鉄道の切替セクションにおいては、切替開閉器の投入又は開放は、時間管理のみによって行われる。このため、電源電圧に対する位相は不定である。投入側切替開閉器を開放するタイミングでは、電気車は切替セクションを通過しているので、投入側の電源の電圧が切替セクションの浮遊容量に充電される。蓄積された電荷は、時間経過に伴って放電する。投入側電源の電圧が波高値となるタイミング(９０度位相)で投入側切替開閉器を開放した場合には、充電電圧が最大となり、切替セクションの電圧は、その最大の電圧値から徐々に減衰する。即ち、切替セクションには、一時的な直流電圧が発生している状態となる。この直流電圧は、計器用変圧器に印加されるので、これによる直流磁束によって計器用変圧器の鉄心が飽和し、励磁電流が増加する。このために、鉄心の温度が上昇して不具合の原因になる。この計器用変圧器への直流電圧の印加は、短時間ではあるが、この２つの切替開閉器は、一日あたり１００回を越える多頻度の切替となるため、長期間の運用においては、無視できない現象である。
【０００９】
なお、開放側切替開閉器を開放するタイミングにおいても、開放側電源の電圧に対する位相は不定である。しかし、この場合には、切替セクションに電気車が在線しているため、電気車に搭載されている主変換器の交流発生電圧および補機回路からの交流逆起電圧によって切替セクションが加圧される。従って、切替セクションの電圧は交流条件を満足し、直流電圧は発生しない。よって、計器用変圧器に対する問題点は生じない。
【００１０】
上述の問題点の対策例としては、次のようなことが挙げられる。計器用変圧器そのものを飽和し難くする。具体的には、鉄心断面積を大きくして磁束密度を低減させる。抵抗を追加して、直流磁束を打消しつつ残留電荷の放電を速くする。リアクトルを追加して計器用変圧器の励磁電流を抑制する。計器用変圧器よりも飽和し難い他の変圧器を追加し、その二次側に抵抗を接続して残留電荷を放電する（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平０７−１１７５３１号公報
【特許文献２】特開平１１−２０８３２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述のような先行技術文献に開示された方法では、いずれも計器用変圧器回路が大型となり、費用も高くなる。
【００１２】
また、巻線形の計器用変圧器を用いず、抵抗分圧器やホール素子を利用した検出器を用いることも考えられる。しかし、切替セクションには特別高圧電気が印加される。このため、耐電圧性能を確保するため主回路検出部が大きくなる。また、主回路検出部と低圧回路との絶縁を維持するための受信部が複雑化するため、信頼性の低下が懸念される。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、交流電気鉄道のき電系統において、電源切替の際に、直流電圧成分を発生させないように切替開閉器を制御することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の観点に従った切替開閉器の制御装置は、交流電気鉄道のき電系統において、電気車が異電源の切替箇所となる切替セクションを通過する際に、前記異電源のうち前記電気車の進行方向側の電力系統に電力を供給するための電源から出力された電力を、前記切替セクションに供給するための切替開閉器を制御する切替開閉器の制御装置であって、前記電気車が前記切替セクションを通過後、前記電源の電圧の零点を検出する零点検出手段と、前記零点検出手段の検出により、前記切替開閉器を開放させる開放指令を出力する開放指令出力手段とを備えている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、交流電気鉄道のき電系統において、電源切替の際に、直流電圧成分を発生させないように切替開閉器を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る切替開閉器の制御装置１０の適用された交流電気鉄道のき電系統の構成図である。なお、以降の図における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。以降の実施形態も同様にして重複した説明を省略する。
【００１８】
本電力系統は、電圧位相の異なる２組の電源Ａ，Ｂの単相交流をそれぞれ方面別にき電する。電源Ａから受電した電力は、２つのき電用遮断器１１Ａを介して、電気車ＴＲの進行方向と反対側の方面の電力系統にき電する。電源Ｂから受電した電力は、２つのき電用遮断器１１Ｂを介して、電気車ＴＲの進行方向側の方面の電力系統にき電する。電源Ａから電力が供給される電力系統と、電源Ｂから電力が供給される電力系統とは、切替セクション７を介して、接続されている。
【００１９】
トロリ線３とレール４との間には、単巻変圧器（auto-transformer,ＡＴ）２が接続されている。レール４とき電線５との間にも、単巻変圧器２が接続されている。電源Ａから受電した電力は、単巻変圧器２を介して、トロリ線３及びレール４から電気車ＴＲに供給される。電源Ｂから受電した電力も、電源Ａと同様にして、単巻変圧器２を介して、トロリ線３及びレール４から電気車ＴＲに供給される。
【００２０】
切替セクション７は、電源Ａ又は電源Ｂから電力が供給される。電源Ａからの電力は、切替開閉器６Ａを介して、切替セクション７に供給される。電源Ｂからの電力は、切替開閉器６Ｂを介して、切替セクション７に供給される。
【００２１】
計器用変圧器９は、切替セクション７に設けられている。計器用変圧器９は、切替セクション７の電圧を測定するための変圧器である。計器用変圧器９で検出した電圧信号は、配電盤又は計測装置等に送られる。
【００２２】
計器用変圧器８は、電源Ｂから電力が供給される電力系統のトロリ線３とレール４との間に設けられている。計器用変圧器８は、電源Ｂの電圧を測定するための変圧器である。
【００２３】
制御装置１０は、切替開閉器６Ａ，６Ｂを制御する装置である。ここでは、説明の便宜上、切替開閉器６Ｂに関することについて主に述べる。
【００２４】
制御装置１０は、電圧零点検出部１０１と、開放指令出力部１０２とを備えている。
【００２５】
電圧零点検出部１０１は、計器用変圧器８により計測された電源Ｂの電圧を、電圧信号ＳＶとして受信する。電気車ＴＲが切替セクション７を通過後、電圧零点検出部１０１は、受信した電圧信号ＳＶにより、電源Ｂの電圧の零点を検出する。
【００２６】
図２は、第１の実施形態に係る切替開閉器の制御装置の適用された交流電気鉄道のき電系統に印加される電圧を示す波形図である。
【００２７】
ここで、電源Ｂ電圧の零点とは、図２に示すように、電源Ｂ電圧において、瞬時値が０Ｖとなる箇所である。
【００２８】
電圧零点検出部１０１は、図２に示すように、電源Ｂ電圧の零点を検出すると、開放指令出力部１０２に、切替開閉器６Ｂを開放させるための指令を出す。
【００２９】
開放指令出力部１０２は、電圧零点検出部１０１から指令を受け取ると、切替開閉器６Ｂを開放させるための開放指令信号ＳＴを出力する。
【００３０】
切替開閉器６Ｂは、開放指令出力部１０２から開放指令信号ＳＴを受信すると、開放される。
【００３１】
次に、本実施形態に係る制御装置１０による切替セクション７における電源の切替の動作について説明する。
【００３２】
まず、電気車ＴＲが切替セクション７に進入する前の初期状態は、切替開閉器６Ａが投入状態、切替開閉器６Ｂが開放状態である。
【００３３】
制御装置１０は、電気車ＴＲが切替セクション７に進入すると、切替開閉器６Ａを開放する。制御装置１０は、切替開閉器６Ａを開放した約３００ｍｓ後に、切替開閉器６Ｂを開放状態から投入する。
【００３４】
制御装置１０は、電気車ＴＲが切替セクション７を通過後、電源Ｂの電圧の零点を検出する。制御装置１０は、零点を検出すると、切替開閉器６Ｂを開放する。
【００３５】
制御装置１０は、切替開閉器６Ｂを開放した約３００ｍｓ後に、切替開閉器６Ａを開放状態から投入する。
【００３６】
制御装置１０は、上述の動作により、図２に示すように、切替セクション７の電圧が零点のときに、切替開閉器６Ｂを開放する。このような動作により、電源切替の際に、直流電圧成分を発生させないように切替開閉器６Ｂを制御することができる。
【００３７】
本実施形態によれば、切替開閉器６Ｂの開放時に、直流電圧成分を発生させないため、切替セクション７の計器用変圧器９には、直流電圧に対する特別な対策を必要とせず、一般的な計器用変圧器を用いることができる。
【００３８】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る切替開閉器の制御装置１０Ａの適用された交流電気鉄道のき電系統の構成図である。
【００３９】
制御装置１０Ａは、図１に示す第１の実施形態に係る制御装置１０において、計器用変圧器８から出力された電圧信号ＳＶを受信する代わりに、計器用変圧器９から出力された電圧信号ＳＶ１を受信する点以外は、同様である。
【００４０】
計器用変圧器９で検出した電圧信号ＳＶ１は、制御装置１０Ａに送られるとともに、配電盤又は計測装置等に送られる。
【００４１】
制御装置１０Ａは、第１の実施形態に係る制御装置１０の動作と同様に、受信した電圧信号ＳＶ１に基いて、切替セクション７の電圧が零点のときに、切替開閉器６Ｂを開放する。このような動作により、電源切替の際に、直流電圧成分を発生させないように切替開閉器６Ｂを制御することができる。
【００４２】
本実施形態によれば、切替開閉器６Ｂの開放時に、直流電圧成分を発生させないため、切替セクション７の計器用変圧器９には、直流電圧に対する特別な対策を必要とせず、一般的な計器用変圧器を用いることができる。
【００４３】
また、既に切替セクション７に計器用変圧器９が設けられている場合、この既設の計器用変圧器９を流用することができる。これにより、既設の計器用変圧器９の改造等をしなくとも、直流電圧に対する対策をとることができる。
【００４４】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る切替開閉器の制御装置の適用された交流電気鉄道のき電系統の構成図。
【図２】第１の実施形態に係る切替開閉器の制御装置の適用された交流電気鉄道のき電系統に印加される電圧を示す波形図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る切替開閉器の制御装置の適用された交流電気鉄道のき電系統の構成図。
【符号の説明】
【００４６】
２…単巻変圧器、３…トロリ線、４レール、５…電線、６…切替開閉器、７…切替セクション、８…計器用変圧器、９…計器用変圧器、１０，１０Ａ…制御装置、１１Ａ，１１Ｂ…き電用遮断器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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