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遮断器と無電流遮断
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今回はちょっとばかり無駄話。いや今までも無駄といえば(略)

今回は遮断器について触れます。
電気鉄道が惰行に入るとき、いったい何が起こっているのか。
惰行とは惰性走行のことですから、モーターの助けもかりずに勢いだけで走っていきます。
その時、電気はどうなっているのかというと、主回路についてはスイッチで遮断され、補助電源回路に流れていきます。補助電源回路というのは、クーラーや室内灯、ヒーターをはじめとしたサービス電源系統と、制御信号や前照灯、電動空気圧縮機、補助電源の根本である蓄電池などに供給する制御電源系統とがあります。

そっちの方はともかくとして、惰行時、あるいは電気制動失効時に主回路の電気を完全に断ち切るため、遮断器という高電圧大電流に対応した特殊なスイッチを用います。
スイッチで電流を遮断するとき、サージと呼ばれる突発的な電圧上昇が起こります。電気車の断流器には、直流電車なら1500Vもの電圧がかかっているので、サージをきっかけに電弧とかアーク放電という放電が起きます。コンセントからプラグをゆっくり引き抜くとバチッと火花が飛びますが、あれのもっと巨大なもの、と思ってもらえば分かりやすいかと思います。
これが起きた瞬間、パコン!とかスコッというような音を立てます。これは車両というか遮断器の構造によっては鳴らないものもありますが。

この放電が発生すると機器に悪影響を及ぼすので、電圧を下げるかそもそも発生しないようにします。初期は断流器と並列に抵抗器を接続するだけの単純な方法で放電を弱めていました。とはいってもノッチをオフにすると制御装置の抵抗器も接続されるため、サージ電圧はだいぶ低くなります。なぜなら、サージはリアクタンス、すなわちコイルから発生するものだからです。電気車のリアクタンスと言えばモーターがあります。つまりサージはモーターから発生し、回路を逆流していきます。しかし、ノッチオフすると再加速に備えて抵抗器がすべて接続されるので、抵抗器に阻まれながら通過していきます。

しかし、チョッパ制御やインバータ制御ともなると抵抗器はほとんど存在しません。そのため別の方法で電圧を下げてあげる必要があります。その解決策が無電流遮断と呼ばれる方法です。
仕組みは簡単で、主制御装置のスイッチング素子でモーターへの電流を弱めてから遮断します。一気にスイッチング素子をオフしてしまうと意味がないので、スイッチング素子をゆっくりと動作させて、電圧を下げてから遮断します。スイッチング素子がゆっくりと動作するため、ジワッという感じの音とともに遮断機からガチャッという音が鳴ります。

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