特開 2022-47728 線条短絡確認装置および線条短絡確認方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022047728

(43)【公開日】2022-03-25

(54)【発明の名称】線条短絡確認装置および線条短絡確認方法

(51)【国際特許分類】

   B60M 1/28 20060101AFI20220317BHJP

   G01R 31/08 20200101ALI20220317BHJP

   G01R 31/52 20200101ALI20220317BHJP

【ＦＩ】

B60M1/28 R

G01R31/08

G01R31/52

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020153657

(22)【出願日】2020-09-14

(71)【出願人】

【識別番号】000196587

【氏名又は名称】西日本旅客鉄道株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000215110

【氏名又は名称】津田電気計器株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100074273

【弁理士】

【氏名又は名称】藤本 英夫

(74)【代理人】

【識別番号】100173222

【弁理士】

【氏名又は名称】藤本 英二

(74)【代理人】

【識別番号】100151149

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 幸城

(72)【発明者】

【氏名】中井 一成

(72)【発明者】

【氏名】青▲やぎ▼ 亨

(72)【発明者】

【氏名】江川 俊哉

(72)【発明者】

【氏名】肥山 裕一

(72)【発明者】

【氏名】伊東 和彦

(72)【発明者】

【氏名】川原 敬治

(72)【発明者】

【氏名】西川 敏明

(72)【発明者】

【氏名】長森 正樹

(72)【発明者】

【氏名】山▲さき▼ 洋輔

【テーマコード（参考）】

2G014

2G033

【Ｆターム（参考）】

2G014AA03

2G014AB31

2G014AC15

2G014AC18

2G033AA02

2G033AB02

2G033AC04

2G033AD11

2G033AD20

2G033AE05

2G033AF00

2G033AF03

(57)【要約】      （修正有）

【課題】架線の張替え作業終了後速やかに当該作業区間の架線相互間の状態の電気的確認を行い、故障点の探索・除去や復旧を早急に開始させる、架線相互間の状態確認のための線条短絡確認装置および線条短絡確認方法を提供する。
【解決手段】交流電気鉄道のＡＴき電回路の架線状態を確認する線条短絡確認装置であって、２００Ｈｚから１ｋＨｚの間の少なくとも一つの周波数の検査用交流電圧を発生する交流電圧発生部と、交流電圧発生部によって発生させた検査用交流電圧Ｖｔをき電線、トロリ線、保護線のうち２本の架線間に順次印加させるスイッチ部と、検査用交流電圧を架線間に印加させたときに架線間に流れる交流電流Ｉｔを計測する電流計測部と、検査用交流電圧と交流電流の関係から架線間のリアクタンスを演算する演算処理部と、このリアクタンスが容量特性であることによって架線間が短絡していない離隔状態であることを確認する架線状態確認部とを備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流電気鉄道のＡＴき電回路の架線状態を確認する装置であって、２００Ｈｚから１ｋＨｚの間の少なくとも一つの周波数の検査用交流電圧を発生する交流電圧発生部と、この交流電圧発生部によって発生させた検査用交流電圧をＡＴき電回路を構成するき電線、トロリ線、保護線のうち２本の架線間に順次印加させるスイッチ部と、前記検査用交流電圧を架線間に印加させたときに架線間に流れる交流電流を計測する電流計測部と、前記検査用交流電圧と交流電流の関係から架線間のリアクタンスを演算する演算処理部と、このリアクタンスが容量特性であることによって架線間が短絡していない離隔状態であることを確認する架線状態確認部とを備えることを特徴とする線条短絡確認装置。

【請求項2】

交流電気鉄道のＡＴき電回路の架線状態を確認する装置であって、２００Ｈｚから１ｋＨｚの間の少なくとも一つの周波数の検査用交流電圧を発生する交流電圧発生部と、この交流電圧発生部によって発生させた検査用交流電圧をＡＴき電回路を構成するき電線、トロリ線、保護線のうち２本の架線間に順次印加させるスイッチ部と、前記検査用交流電圧を架線間に印加させたときに架線間に流れる交流電流を計測する電流計測部と、前記検査用交流電圧の交流電流に対する位相角を演算する演算処理部と、この位相角が遅角であることによって架線間が短絡していない離隔状態であることを確認する架線状態確認部とを備えることを特徴とする線条短絡確認装置。

【請求項3】

交流電気鉄道のＡＴき電回路の架線状態を確認する装置であって、２００Ｈｚから１ｋＨｚの間の異なる２つの周波数の検査用交流電圧を発生する交流電圧発生部と、この交流電圧発生部によって発生させた検査用交流電圧をＡＴき電回路を構成するき電線、トロリ線、保護線のうち２本の架線間に順次印加させるスイッチ部と、前記２つの周波数の検査用交流電圧を架線間に印加させたときに架線間に流れる交流電流を計測する電流計測部と、前記検査用交流電圧と交流電流の関係から両周波数における架線間のインピーダンスの大きさをそれぞれ演算する演算処理部と、前記高い周波数のときのインピーダンスの大きさが低い周波数のときのインピーダンスの大きさより小さいことによって架線間が短絡していない離隔状態であることを確認する架線状態確認部とを備えることを特徴とする線条短絡確認装置。

【請求項4】

交流電気鉄道のＡＴき電回路の架線状態を確認する方法であって、２００Ｈｚから１ｋＨｚの間の少なくとも一つの周波数の検査用交流電圧を発生させ、この検査用交流電圧をＡＴき電回路を構成するき電線、トロリ線、保護線のうち２本の架線間に順次印加させた状態で、架線間に流れる交流電流を計測し、前記検査用交流電圧と交流電流の関係から架線間のインピーダンスを求め、このインピーダンスが離隔状態を示す範囲内であるときに架線間が短絡していない離隔状態であることを確認することを特徴とする線条短絡確認方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は交流電気鉄道のＡＴき電回路用の線条短絡確認装置および線条短絡確認方法に関するものであり、より詳細には、電鉄用交流き電回路のＡＴき電回路の架線として、き電線、トロリ線、保護線の張替え作業などの施工に際し、施工後の架線が健全な状態であること、つまり、２次元的には交錯するように配置された架線が３次元的には離隔している健全状態であるか、接触してしまっている短絡状態であるかを簡単に判別することができる線条短絡確認装置および線条短絡確認方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、交流電気鉄道の架線には、近接通信線への電磁誘導障害を軽減させるために、吸上変圧器を用いるＢＴき電回路と、単巻変圧器を用いるＡＴき電回路とが存在する。ＢＴき電回路においては例えば３～４ｋｍ等の架線の所定距離毎に吸上変圧器を介在させることにより、吸上変圧器の一次電流と二次電流をほぼ等しくして、レールに流れる電流を無くすことにより大地に流れる漏れ電流を小さくし、近接通信線への電磁誘導障害を軽減させることが行なわれている。

【0003】

他方、架線の例えば１０ｋｍ等の所定間隔毎に単巻変圧器を介在させたＡＴき電回路は、ＢＴき電回路に比べて変電所の送電電圧が約２倍になり、電源の得がたい地域において有用である。

【0004】

加えて、本願出願人は鋭意研究により、特許文献１（特開平４－２９９２７２号公報）に示す地絡点標定方法を発明し、実用化されるに至っている。すなわち、既存の架線に通電している状態において短絡故障が発生した場合に、特許文献１の発明を用いることにより、故障発生時に流れる故障電流の電流データと印加電圧の電圧データの関係を一定時間記録して、電流データと電圧データの関係から地絡点が変電所から何ｋｍ程度の位置であるかを標定することが可能となり、これによって復旧作業を行なうべき地点の目安を得ることができるので、早期復旧に貢献できる。

【0005】

他にも、本出願人は特許文献２（特開平１１－２２７５０３号公報）に示す短絡故障判別装置を発明し、実用化されるに至っている。この発明を用いることにより、ＡＴき電回路において通電時の短絡故障が発生した場合に故障が発生した架線がトロリ線であるかフィーダ線であるかを判別するために短絡故障時に測定したレールとトロリ線間の電圧波形と、吸上線に流れる電流の電流波形の間に生じる位相差を用いて判別することが可能である。

【0006】

なお、故障発生を予防するためには、老朽化による地絡故障などが発生する前に、架線を定期的に張替えることも行われている。このような計画的な保守作業を行なうことにより、予防的な防災メンテナンスを行なって、健全な架線の状態を保つことができるので、より安全で信頼できる運行が可能である。

【0007】

図１４、図１５はＡＴき電回路を張替えた後に装柱した２つの状態を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。

【0008】

図１４、図１５に示すように、前記保守作業において、通常ＡＴき電回路の架線９０（９０ａ，９０ｂ，９０ｃ）はあらかじめ決められた高さに装柱されており、装柱間で架線９０ａ，９０ｂ，９０ｃ相互間は印加される交流電圧に対して十分に離隔した状態を保つように配線されるものである。

【0009】

また、前記架線９０の張替え作業は、張替え対象となるき電線９０ａ，トロリ線９０ｂ，保護線９０ｃの区間を交流電源から切り離した状態で行なわれ、かつ、安全確保のために張替え作業対象となる架線のそれぞれを図外の接地線などによって接地電位に接続することにより、万一の事態に備えた状態で行なわれる。次いで、架線９０ａ，９０ｂ，９０ｃのうち少なくともいずれか１線の張替え作業を行い、架線９０ａ，９０ｂ，９０ｃを再び装柱して既存の架線に接続するのであるが、張替え完了後、その異常の有無を目視によって確認してから、前記接地線を取り外した後に通電を開始して、通常運転を行なっていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開平４－２９９２７２号公報

【特許文献2】特開平１１－２２７５０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

しかしながら、図１４、図１５に示すように、ＡＴき電回路のき電線９０ａや保護線９０ｃやトロリ線９０ｂ等は高さ方向に見ると決められた高さで並行に装柱されている架線９０でも水平方向に見ると交錯しているところもあり、このような箇所で架線９０の張替え作業を実施した場合には新規架線９０を装柱する際に、図１５に示すように、偶然ではあるが装柱位置の低い架線９０ａに装柱位置の高い架線９０ｃが接触してしまう場合がある。このような状況では変電所からのき電が不能となるので、作業終了後にはき電を開始する前に、作業区間内の架線９０の状況を目視で点検確認することが実施されているが、この目視確認が極めて困難であった。

【0012】

すなわち、架線９０の張替え作業のような保守作業は、通常夜間に実施されるものであるから、目視確認も夜間に行われることになり、架線９０の状態を暗闇において目視確認することは困難であった。つまり、架線９０は地上からかなり高い位置に配線されるものであるから、夜間に地上からの目視確認では架線９０ａ，９０ｂ，９０ｃ相互間の接触及び短絡が見逃されることがあった。このような事象が発生した場合には、変電所からき電開始されるまで架線９０相互間の接触及び短絡が判明できず、き電開始と共に故障電流が発生して、張替えたばかりの架線を損傷するだけでなく、故障点の探索・除去や復旧の開始時刻が遅くなり、列車の運行に多大な障害をきたすという問題がある。

【0013】

架線９０の張替え作業はＡＴき電回路において作業区間を区切って行われるが、ＡＴき電回路の架線９０は所定間隔毎に単巻変圧器によって、き電線９０ａやトロリ線９０ｂが連結されるものであるから、直流電圧を印加した場合には単巻変圧器を通して直流電流が流れるために、健全な状態であったとしても導通状態となり、一般的な絶縁計によっては架線９０が健全な状態であることを確認することはできなかった。

【0014】

本発明は上述の事柄を考慮に入れてなされたものであり、その目的は、架線の張替え作業終了後速やかに当該作業区間の架線相互間の状態の電気的確認を行い、異常が認められる場合には故障点の探索・除去や復旧を早急に開始させ、列車の運行への影響を最小限に抑え、架線相互間の状態確認ができる線条短絡確認装置および線条短絡確認方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0015】

前記課題を解決するため、第１発明は、交流電気鉄道のＡＴき電回路の架線状態を確認する装置であって、２００Ｈｚから１ｋＨｚの間の少なくとも一つの周波数の検査用交流電圧を発生する交流電圧発生部と、この交流電圧発生部によって発生させた検査用交流電圧をＡＴき電回路を構成するき電線、トロリ線、保護線のうち２本の架線間に順次印加させるスイッチ部と、前記検査用交流電圧を架線間に印加させたときに架線間に流れる交流電流を計測する電流計測部と、前記検査用交流電圧と交流電流の関係から架線間のリアクタンスを演算する演算処理部と、このリアクタンスが容量特性であることによって架線間が短絡していない離隔状態であることを確認する架線状態確認部とを備えることを特徴とする線条短絡確認装置を提供する。（請求項１）

【0016】

本発明における架線は交流電気鉄道のＡＴき電回路のき電線、トロリ線、保護線である。これらの架線の保守管理の一環として、老朽化などによる定期的な架線の張替え作業を実施するときには、変電所の交流電源と切り離した状態において、万一の事態に備えて安全を確保するために３本の架線のそれぞれに接地線を接続して張替え作業を行なうのであるが、新たに設けた架線を装柱位置に引き上げて既存の架線に接続したのちに、架線の状態が健全な状態であるかどうかを確認するときに本発明の線条短絡確認装置を用いることにより、容易かつ確実に架線の状態を確認することができる。

【0017】

前記交流電圧発生部は張替えられた架線のうち２本の間に印加することによって安定した交流電流を流すことができる程度の電力を供給できる高さの電圧であると共に、短絡電流が流れたとしても架線に故障を発生させることがない程度の電圧に抑えた検査用の交流電圧を発生する電源部である。つまり、電車を駆動する為の２５ｋＶ以上の高電圧ではない検査用に低く抑えた交流電圧である。

【0018】

前記検査用交流電圧の周波数は、電車駆動用の交流電圧および近接敷設される高圧配電線の影響を受ける可能性がある３次高調波成分よりも高い２００Ｈｚ以上で、架線の状態を検知することができる上限となる１ｋＨｚ以下の周波数の交流電圧である。なお、この検査用交流電圧の周波数は、架線の近傍に通信線が配線されていることを考慮に入れて、通信に用いるキャリア周波数近傍を避けて通信障害を発生させないようにすることが好ましい。また、三相交流の全波整流のリップルによって発生する３６０Ｈｚおよびその倍周波の高調波成分に相当する周波数（７２０Ｈｚ）を避けることにより近接する直流き電線からのノイズによる誤動作を避けることが好ましい。

【0019】

前記スイッチ部は前記交流電圧発生部によって発生させた検査用交流電圧を、架線のうち２本に順次選択的に接続して２本の架線間に印加させるためのスイッチ素子であって、例えば、電界効果トランジスタなどの半導体スイッチング素子、電磁リレーなどを用いることが可能である。また、例えば、架線との接続部には施工後の架線に接続されている接地線の接地側端部を接地状態から切り離して接続する接続端子を備えることが好ましい。なお、このスイッチ部を省略し、作業者が試験対象となる２本の架線に順次手動で接続するようにすることも容易に考えられる。

【0020】

前記電流計測部は交流電圧発生部から架線に流れる交流電流を計測するものであり、例えば、交流電圧発生部とスイッチ部の間に配置させたものである。あるいは、電流計測部をスイッチ部と各架線の間にそれぞれ設けてもよい。この交流電流は検査用交流電圧を印加している間流れるものであり、検査用交流電圧を印加した初期の段階では過渡現象によって不安定な電流が流れることが考えられるが、短い時間で印加する検査用交流電圧に対して架線の状態に応じて所定の安定した交流電流が流れる。

【0021】

前記演算処理部は検査用交流電圧と交流電流の関係から検査用交流電圧に対して９０°位相が異なる交流電流の成分の大きさを求めることにより、これが進みの電流であれば容量特性であることを検出できる。逆に検査用交流電圧に対して遅れの電流が流れている場合ば誘導特性であることを検出できる。

【0022】

すなわち、架線相互間に印加した検査用交流電圧と、これによって架線間に流れる交流電流の関係から、印加した検査用交流電圧の周波数におけるリアクタンスを求めることができ、このリアクタンスが容量特性であるなら、架線相互間は離隔した健全な状態であると判断することができる。他方、リアクタンスが誘導特性であるなら、架線相互間は短絡状態であることを明確に判断することができる。また、前記スイッチ部を順次切り替えて異なる架線相互間においても短絡が発生していないことを検知し、３本の架線相互間のいずれにおいても正常な離隔状態であることを確認し安全性を確保した後に、線条短絡確認装置と架線との接続を切り離して、架線にき電を開始することができる。

【0023】

なお、演算処理部が何れかの架線相互間が短絡していると判断した場合には、音および／または表示による警告発生部を用いて警告を出力しても、通信線を用いた有線または無線の通信によって短絡状態信号を出力してもよい。警告発生部による警告は簡易的には短絡状態の検知時にブザーなどの警告音を出力するものが考えられるが、ＬＥＤやＬＣＤなどの表示部による警告表示を行なうものであっても、音と表示の両方による警告を出力するものが考えられ、その何れを用いるものであってもよい。

【0024】

本発明の線条短絡確認装置を用いて架線相互間に異常が認められる場合には、変電所からのき電を開始することなく、速やかに接触点の探索と、異常の除去による復旧を行なうことができるので、列車の運行を開始するまでに確実に健全な状態を回復させることが可能となる。

【0025】

第２発明は、交流電気鉄道のＡＴき電回路の架線状態を確認する装置であって、２００Ｈｚから１ｋＨｚの間の少なくとも一つの周波数の検査用交流電圧を発生する交流電圧発生部と、この交流電圧発生部によって発生させた検査用交流電圧をＡＴき電回路を構成するき電線、トロリ線、保護線のうち２本の架線間に順次印加させるスイッチ部と、前記検査用交流電圧を架線間に印加させたときに架線間に流れる交流電流を計測する電流計測部と、前記検査用交流電圧の交流電流に対する位相角を演算する演算処理部と、この位相角が遅角であることによって架線間が短絡していない離隔状態であることを確認する架線状態確認部とを備えることを特徴とする線条短絡確認装置を提供する（請求項２）。

【0026】

第２発明における架線は交流電気鉄道のＡＴき電回路のき電線、トロリ線、保護線であり、架線の張替え作業の施工完了後に、架線の状態が健全な状態であるかどうかを確認するときに本発明の線条短絡確認装置を用いることにより、容易かつ確実に架線の状態を確認することができる。

【0027】

前記交流電圧発生部は２本の架線間に印加することによって安定した電流を流すことができ、かつ、たとえ短絡が発生していても架線に故障が発生することがない程度の電圧に抑えた検査用の交流電圧を発生する電源部であり、２００Ｈｚ以上～１ｋＨｚ以下の周波数の交流電圧を発生する電源部である。

【0028】

前記スイッチ部は前記交流電圧発生部によって発生させた検査用交流電圧を、架線のうち２本に順次選択的に接続して２本の架線間に印加させる、電界効果トランジスタなどの半導体スイッチング素子、電磁リレーなどからなる。

【0029】

前記電流計測部は交流電圧発生部から架線に流れる交流電流を計測するために、交流電圧発生部とスイッチ部の間、あるいは、スイッチ部と各架線の間にそれぞれ設けられるものである。

【0030】

前記演算処理部は検査用交流電圧と交流電流の関係から、この交流電流に対して検査用交流電圧の位相角を演算する。次いで、この演算によって求められた位相角が遅れである場合は、架線間は離隔した健全な状態である。他方、交流電流に対して検査用交流電圧の位相角が進み（検査用交流電圧に対して交流電流が遅れ）である場合には、架線間は短絡状態であることを明確に判断することができる。なお、演算処理部が架線間の短絡と判断した場合には、音および／または表示による警告手段を用いて警告を出力しても、通信線を用いた有線または無線の通信によって短絡状態信号を出力してもよい。

【0031】

第３発明は、交流電気鉄道のＡＴき電回路の架線状態を確認する装置であって、２００Ｈｚから１ｋＨｚの間の異なる２つの周波数の検査用交流電圧を発生する交流電圧発生部と、この交流電圧発生部によって発生させた検査用交流電圧をＡＴき電回路を構成するき電線、トロリ線、保護線のうち２本の架線間に順次印加させるスイッチ部と、前記２つの周波数の検査用交流電圧を架線間に印加させたときに架線間に流れる交流電流を計測する電流計測部と、前記検査用交流電圧と交流電流の関係から両周波数における架線間のインピーダンスの大きさをそれぞれ演算する演算処理部と、前記高い周波数のときのインピーダンスの大きさが低い周波数のときのインピーダンスの大きさより小さいことによって架線間が短絡していない離隔状態であることを確認する架線状態確認部とを備えることを特徴とする線条短絡確認装置を提供する。（請求項３）

【0032】

第３発明における架線は交流電気鉄道のＡＴき電回路のき電線、トロリ線、保護線であり、架線の張替え作業の施工完了後に、架線の状態が健全な状態であるかどうかを確認するときに本発明の線条短絡確認装置を用いることにより、容易かつ確実に架線の状態を確認することができる。

【0033】

前記交流電圧発生部は２本の架線間に印加することによって安定した電流を流すことができ、かつ、たとえ短絡が発生していても架線に故障が発生することがない程度の電圧に抑えた検査用の交流電圧を発生する電源部であり、２００Ｈｚ以上～１ｋＨｚ以下の周波数のうち、少なくとも異なる２つの周波数の交流電圧を発生する電源部である。検査用交流電圧の周波数は、例えば演算処理部からの制御信号に従って切替えられるものであることが考えられる。

【0034】

前記スイッチ部は前記交流電圧発生部によって発生させた、少なくとも２つの周波数の検査用交流電圧を、架線のうち２本に順次選択的に接続して２本の架線間に印加させる、電界効果トランジスタなどの半導体スイッチング素子、電磁リレーなどからなる。

【0035】

前記電流計測部は交流電圧発生部から架線に流れる交流電流を計測するために、交流電圧発生部とスイッチ部の間、あるいは、スイッチ部と各架線の間にそれぞれ設けられるものである。測定された交流電流は検査用交流電圧の周波数と同じ周波数の安定した交流電流となり、そのそれぞれが電流計測部によって計測される。

【0036】

前記演算処理部は各周波数毎に、検査用交流電圧と交流電流の関係から、架線間のインピーダンスの大きさをそれぞれ演算し、高い周波数のときのインピーダンスの大きさと低い周波数のときのインピーダンスの大きさを比較する。なお、このとき交流電圧発生部に対して発信する検査用交流電圧の周波数を指示する制御信号を出力することはいうまでもない。

【0037】

次いで、高い周波数のときのインピーダンスの大きさが低い周波数のときのインピーダンスの大きさより小さい場合、架線間は短絡していない健全な離隔状態であることを判断し、高い周波数のときのインピーダンスの大きさが低い周波数のときのインピーダンスの大きさより大きい場合、架線間は短絡していると判断する。インピーダンスの大きさによる判断を用いることにより、より明確な判断基準を得ることができるので、信頼性が向上する。

【0038】

なお、演算処理部が架線間の短絡を検知した場合には、音および／または表示による警告手段を用いて警告を出力しても、通信線を用いた有線または無線の通信によって短絡状態信号を出力してもよい。

【0039】

第４発明は、交流電気鉄道のＡＴき電回路の架線状態を確認する方法であって、２００Ｈｚから１ｋＨｚの間の少なくとも一つの周波数の検査用交流電圧を発生させ、この検査用交流電圧をＡＴき電回路を構成するき電線、トロリ線、保護線のうち２本の架線間に順次印加させた状態で、架線間に流れる交流電流を計測し、前記検査用交流電圧と交流電流の関係から架線間のインピーダンスを求め、このインピーダンスが離隔状態を示す範囲内であるときに架線間が短絡していない離隔状態であることを確認することを特徴とする線条短絡確認方法を提供する。（請求項４）

【0040】

第４発明における架線は交流電気鉄道のＡＴき電回路のき電線、トロリ線、保護線であり、架線の老朽化などによる張替え作業終了後に、この作業箇所において架線の状態が健全な状態であるかどうかを確認するための方法である。前記架線のうち２本の架線間に順次それぞれ接続させて、２００Ｈｚから１ｋＨｚの間の少なくとも一つの周波数の検査用交流電圧を印加させることにより、架線間が離隔した正常状態であるか、短絡した状態であるかを容易かつ確実に架線の状態を確認することができる方法である。

【0041】

検査用交流電圧は商用の交流電源の周波数である５０～６０Ｈｚおよびその３次高調波成分近傍であれば、多くの場合架線と平行して施設されている高圧配電線の影響を受けて誤動作を発生させる可能性があるが、検査用交流電圧の周波数を２００Ｈｚ以上とすることにより、安定した測定を行なうことができる。加えて、この周波数が１ｋＨｚ以上であれば、共振点が複数存在するために、測定値と周波数の相関関係が弱くなるために使用に適さない。

【0042】

上記周波数帯の間では、架線が接触して短絡した状態である場合、検査用交流電圧の周波数が高くなればなるほどインピーダンスはその大きさが大きく、誘導性リアクアンスが大きくなるのに対し、架線が正常な離隔状態である場合には、周波数が高くなればなるほどインピーダンスはその大きさが小さく、リアクタンスが容量性となる。そこで、検査用交流電圧を印加した状態において流れる交流電流と検査用交流電圧の関係から架線間のインピーダンスを求めることにより、架線の状態（接触しているか離隔しているか）を示す指標を得ることができる。

【0043】

検査用交流電圧として複数の周波数を用いてインピーダンスの変化を確認することにより、架線の状態をより確実に検知することが可能となるが、一つの周波数におけるインピーダンスまたは周波数掃引させたときにおけるインピーダンスの変化を確認するだけであっても架線間の短絡確認を行なうことが可能である。

【0044】

すなわち、前記架線間のインピーダンスが架線の離隔状態を示す範囲内であるときに架線が接触していない離隔状態であることを確認し、３本の架線間のいずれにおいても正常な離隔状態であることを確認し安全性を確保した後に、線条短絡確認装置と架線との接続を切り離して、架線にき電を開始することができる。

【0045】

なお、架線相互間が短絡していると判断した場合には、音および／または表示による警告手段を用いて警告を出力しても、通信線を用いた有線または無線の通信によって短絡状態信号を出力してもよい。いずれにしても、本発明の線条短絡確認方法によって架線相互間に異常が認められた場合には、変電所からのき電を開始することなく、速やかに接触点の探索と、異常の除去による復旧を行ない、線条短絡確認方法によって安全性が確保できるまで原因を追及できるので、列車の運行を開始するまでに確実に健全な状態を回復させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0046】

【図1】本発明にかかる線条短絡確認装置によって短絡確認を行なう架線の例を概念的に示す図である。

【図2】本発明にかかる線条短絡確認装置を用いて架線相互間の絶縁状態を確認する例を説明する図である。

【図3】第１実施形態の線条短絡確認装置の構成を示す図である。

【図4】図３に示す前記線条短絡確認装置における線条短絡確認方法を説明する図である。

【図5】き電線とトロリ線の相互間の離隔状態のインピーダンスの大きさおよび位相角の周波数特性を示す図である。

【図6】き電線とトロリ線の相互間の短絡状態のインピーダンスの大きさおよび位相角の周波数特性を示す図である。

【図7】トロリ線と保護線の相互間の離隔状態のインピーダンスの大きさおよび位相角の周波数特性を示す図である。

【図8】トロリ線と保護線の相互間の短絡状態のインピーダンスの大きさおよび位相角の周波数特性を示す図である。

【図9】保護線とき電線の相互間の離隔状態のインピーダンスの大きさおよび位相角の周波数特性を示す図である。

【図10】保護線とき電線の相互間の短絡状態のインピーダンスの大きさおよび位相角の周波数特性を示す図である。

【図11】第２実施形態に係る線条短絡確認装置の構成を示す図である。

【図12】第３実施形態に係る線条短絡確認装置の構成を示す図である。

【図13】図１２に示す線条短絡確認装置における線条短絡確認方法を説明する図である。

【図14】架線を装柱するときに架線の配置を説明する図である。

【図15】架線の装柱するときに架線が接触した短絡状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0047】

以下、図１～図４を用いて、本発明の第１実施形態に係る線条短絡確認装置および線条短絡確認方法を説明する。

【0048】

図１に示すように本発明の線条短絡確認装置１は交流電気鉄道のＡＴき電回路用の架線２を構成する、き電線２ａ、トロリ線２ｂ、保護線２ｃを張替え施工したときに、施工後の架線２相互間に短絡故障が発生していないことを確認するための装置である。ＡＴき電回路の架線２は、例えば１０ｋｍ毎に単巻変圧器３ａ，３ｂによって接続されており、変電所４においては、例えば遮断器５ａ，５ｂなどによって電車駆動用の交流電源６と切り離し可能に接続されている。７はレールであり、前記保護線２ｃに対して例えばＡＴやＡＴとＡＴの中間点付近で接続される連結部７ａ、７ｂ…を備えることにより、保護線２ｃはレールとほぼ同電位となるように構成している。

【0049】

８は架線２の老朽化に伴って、更新のための張替え作業の対象となっている施工対象区間を示しており、９はこの施工対象区間８における架線２の張替え作業を行なうために用いられる接地線を示している。なお、以下の説明において、き電線２ａ、トロリ線２ｂ、保護線２ｃの接地線９を区別する必要があるときは符号９ａ，９ｂ，９ｃを用いる。

【0050】

図２に示すように、架線２は何れも地上数ｍ～１０ｍ程度の高さに装柱されるものであり、１０はこれらの架線２ａ～２ｃを支持する支柱である。１０ａは支柱１０の上端部近傍に形成されて、き電線２ｂおよび保護線２ｃを支持する腕金、１０ｂはトロリ線２ａを支持する可動ブラケットである。

【0051】

１１はレール７に電気的に確実に連結するするように取付けられるバイスであり、このバイス１１には前記接地線９の接地側端子を接続する端子台１１ａを備える。

【0052】

図３に示すように、第１実施形態の線条短絡確認装置１は、交流電気鉄道のＡＴき電回路の架線２の状態を確認する装置であって、電源部２０と、２００Ｈｚから１ｋＨｚの間の少なくとも一つの周波数の検査用交流電圧Ｖｔを発生する交流電圧発生部２１と、この交流電圧発生部２１によって発生させた検査用交流電圧ＶｔをＡＴき電回路を構成するき電線２ａ、トロリ線２ｂ、保護線２ｃのうち２本の架線２間に順次印加させるスイッチ部２２と、前記検査用交流電圧Ｖｔを架線２間に印加させたときに架線２間に流れる交流電流Ｉｔを計測する電流計測部２３と、前記検査用交流電圧Ｖｔと交流電流Ｉｔの関係から架線２間のリアクタンスＸを演算する演算処理部２４と、このリアクタンスＸが容量特性であることによって架線間が短絡していない離隔状態であることを確認する架線状態確認部２５と、架線２が接触している状態であるときに警告表示を行なう警告発生部２６と、操作入力部２７とを備える。

【0053】

前記電源部２０を構成するバッテリーは好ましくは入手しやすい汎用の乾電池であるが、充電可能な二次電池であってもよい。交流電圧発生部２１は電源部２０から供給される電力を２００Ｈｚから１ｋＨｚの間の少なくとも一つの周波数の検査用交流電圧に変換するインバータであるが、その電圧は架線２相互間に印加することにより安定した交流電流を流すことができる程度以上の大きさで、かつ、仮に架線２間が短絡していた場合に大電流が流れることにより張替えたばかりの架線２を損傷することがない程度の大きさに抑えたものである。また、交流電圧発生部２１によって発生している検査用交流電圧Ｖｔの信号Ｓｖは演算処理部２４に出力する。

【0054】

検査用交流電圧Ｖｔの周波数は上述の範囲であればどの周波数を選んでも良いが、各種通信に用いるキャリアの周波数や直流き電線のリップルに発生する高調波成分の周波数を避けることが好ましい。本実施形態の場合、周波数の選択は交流電圧発生部２１内の周波数設定回路の時定数によって定められたものであっても、ディップスイッチやロータリースイッチなどによって任意の周波数に変更可能とするものであってもよい。

【0055】

前記スイッチ部２２は交流電圧発生部２１から供給される交流電圧Ｖｔを２本の架線２間に印加させるものであり、より具体的には、例えば電界効果トランジスタなどの半導体素子を用いて前記架線２（２ａ，２ｂ，２ｃ）のち何れか１本を選択的に共通電位Ｃｏｍに接続させる一方、残りの２本の架線２のうち１本を選択的に交流電圧発生部２１に接続する回路である。なお、検査用交流電圧Ｖｔの大きさを電界効果トランジスタの耐圧電圧以下とすることにより、スイッチ部２２を半導体素子によるスイッチング素子を用いて形成できるので、それだけ耐久性や信頼性が高くなるが、スイッチ部２２を接点リレーなどを用いて形成してもよいことはいうまでもない。

【0056】

また、前記スイッチ部２２は演算処理部２４からの制御信号Ｃによって検査用交流電圧Ｖｔを印加する架線２相互間を順次切替えることにより、３本の架線２ａ、２ｂ、２ｃの相互間の離隔状態を確認することができる。加えて、スイッチ部２２は前記接地線９の接地側の端子を接続するための端子台２２ａ，２２ｂ，２２ｃを備えて、接地線９の接続を容易とすることが好ましい。

【0057】

電流計測部２３は架線２に流れる電流Ｉｔを計測する電流計であり、交流電圧発生部２１とスイッチ部２２の間において計測することにより、どの架線２相互間に検査用交流電圧Ｖｔが選択的に印加されている場合であっても、選択された架線２相互間に流れる交流電流Ｉｔを計測することができる。なお、計測された交流電流Ｉｔの信号Ｓｉは演算処理部２４に出力する。

【0058】

前記演算処理部２４および架線状態確認部２５は何れもマイクロコンピュータなどの演算処理装置によって実行可能なプログラムを実行することによって実現するものである。すなわち、演算処理部２４は、前記検査用交流電圧Ｖｔおよび交流電流Ｉｔの信号Ｓｖ，Ｓｉをマイクロコンピュータに入力し、検査用交流電圧Ｖｔと交流電流Ｉｔの関係を演算処理することにより、検査用交流電圧Ｖｔに対して９０°遅れた位相の無効成分（複素成分）のリアクタンスＸを求めることができる。

【0059】

ここで、複素成分のリアクタンスＸが正の値であるとき、交流電流Ｉｔは検査用交流電圧Ｖｔに対して遅れて流れているので架線２相互間は誘導特性であり、リアクタンスＸが負の値であるとき、交流電流Ｉｔが検査用交流電圧Ｖｔに対して進んで流れているので架線２相互間は容量特性であることが判別できる。なお、検査用交流電圧Ｖｔを印加した直後には交流電流Ｉｔは架線２相互間を含む種々の回路の過渡現象によって安定しないことが考えられるが短い時間で安定するので、前記検査用交流電圧Ｖｔと交流電流Ｉｔの関係が安定することを確認した時点でリアクタンスの演算を行うことが好ましい。

【0060】

架線状態確認部２５は演算処理部２４によって求められたリアクタンスＸが容量特性（負の値）であるときに、架線２相互間が健全な離隔状態であると判断し、誘導特性（正の値）であるときに、架線２が相互に接触してしまっている短絡状態であると判断するものである。

【0061】

前記警告発生部２６は操作者に対して短絡状態となっている架線２間を明示して警告を出力するものであり、例えば、図１，図２に示すように配置された赤色の発光ダイオード２６ａ，２６ｂ，２６ｃを用いて短絡している架線２間を明示すると同時に、図外のブザーなどを用いて警告音を出力することが好ましい。他方、警告発生部２６は全ての架線２相互間において離隔状態を確認した後に、検査完了を示す短い終了音を出力し、緑色の発光ダイオード２６ｄを点灯させる。

【0062】

上記警告発生部２６による警告の発生方法はＬＣＤ表示部を用いたメッセージ表示や、短絡確認信号および／または離隔確認信号の出力など、種々の変形が考えられるが、どのような形をとったとしても架線２の状態を確認して短絡している場合には警告を出力するものであれば用いることができることはいうまでもない。

【0063】

前記操作入力部２７は作業者による操作を入力するためのボタンである。すなわち、操作者は線条短絡確認装置１に接地線９の接地側端を接続した状態で操作入力部２７のボタンを押すことにより、線条短絡確認装置１は各架線２相互間の状態を確認するための一連のシーケンスを実行することができる。

【0064】

図４は本実施形態の線条短絡確認装置１において線条短絡確認を行なう線条短絡確認方法を説明する図である。

【0065】

図４に示すように、線条短絡確認装置１を前記操作入力部２７のボタンを押すことにより起動すると、演算処理部２４を構成するマイクロコンピュータが実行可能な線条短絡確認プログラムＰを実行し、前記スイッチ部２２に架線２ａ～２ｃのうち、選択された２つの架線２間に前記交流電圧発生部２１からの検査用交流電圧Ｖｔを供給するように、切替接続させる制御信号Ｃを出力する（ステップＳ１）。

【0066】

また、前記交流電圧発生部２１は電源部２０から供給される直流電力を２００Ｈｚ以上かつ１ｋＨｚ以下の１つの周波数の検査用交流電圧Ｖｔに変換して発生し、この検査用交流電圧Ｖｔをスイッチ部２２によって選択された架線２間に印加する（ステップＳ２）。なお、前記交流電圧発生部２１は同時に自ら発生させた検査用交流電圧Ｖｔの信号Ｓｖを演算処理部２４に出力する。

【0067】

次いで、検査用交流電圧Ｖｔを印加することにより安定した交流電流Ｉｔが架線２間に流れると、前記電流計測部２３がこの交流電流Ｉｔを計測して信号Ｓｉを演算処理部２４に出力する（ステップＳ３）。

【0068】

演算処理部２４は、検査用交流電圧Ｖｔと交流電流Ｉｔの関係から、交流電圧Ｖｔに対して９０°遅れた位相の交流電流Ｉｔの無効電流を求めこれを基に架線間のリアクタンスＸを求める。（ステップＳ４）このとき、リアクタンスＸが正であれば遅れ特性であるから誘導特性であり、負であれば進み特性であるから容量特性である。

【0069】

リアクタンスＸが求められれば、選択された架線２間の状態はリアクタンスＸが容量特性であることにより正常な離隔状態であると判断出来、誘導特性であれば架線２間が接触した短絡状態であると判断できる（ステップＳ５）。なお、交流電流Ｉｔが流れない場合は、架線２に対する接続ができていない状態で計測不能であるから表示または音により接続確認を操作者に促す。

【0070】

架線２間が短絡状態である場合は警告発生部２６を構成する発光ダイオード２６ａ～２６ｃの赤色点灯などによって短絡している架線２間を明示するように警告表示を行なうことが可能であり、同時に、ブザー音などの警告音を発生させることにより、音によっても警告を発生する（ステップＳ６）。なお、架線２間が離隔した正常状態である場合は、警告発生部２６は何も警告表示を行なわないか、あるいは、緑色発光ダイオードの点灯、短い発信音などによって健全な離隔状態であることを示すことも可能である。

【0071】

次に、全ての架線２間の状態確認が完了したかどうかを確認する（ステップＳ７）。状態確認が出来ていない架線２間があれば，ステップＳ１に戻って短絡確認を実施できていない架線２間にスイッチ部２２を切替えて、ステップＳ２～Ｓ６の処理を繰返し行い、全ての架線２間の状態確認が完了した場合は、次のステップＳ８に進む。

【0072】

全ての架線２間の状態確認が完了すると、線条短絡確認の全てのシーケンスを終了したことを示す、緑色発光ダイオードの点灯および確認終了を示す短いブザー音などによって操作者に検査結果を示す（ステップＳ８）

【0073】

上述のように構成された線条短絡確認装置１を用いて線条短絡確認方法を実践することにより、張替え施工後の架線２を既存の架線に接続した後に、架線２相互間が離隔した正常状態であることを極めて容易、また確実に確認することができる。これによって、施工後の架線２に安心してき電を開始することが可能となる。

【0074】

前記架線状態確認部２５による離隔状態か短絡状態かの判断は、架線２間のリアクタンスＸが容量特性であるか誘導特性であるかに基づいて行なわれ、明瞭な判断基準があるので，信頼できるものである。

【0075】

なお、架線２相互間の電気特性による短絡状態の判断は、上述のリアクタンスＸのみならず、他の基準で行なうことも可能である。

【0076】

図５～図１０は、架線２相互間の状態と、インピーダンスの大きさ｜Ｚ｜および交流電流Ｉｔに対する交流電圧Ｖｔの位相差θの周波数特性を示す図であって、図５はき電線２ａとトロリ線２ｂの間が正常な離隔状態であるときにおける周波数特性を示す図であり、図６はき電線２ａとトロリ線２ｂの間が２ｋｍ先において短絡状態であるときにおける周波数特性を示す図であり、図７はトロリ線２ｂと保護線２ｃの間が正常な離隔状態であるときにおける周波数特性を示す図であり、図８はトロリ線２ｂと保護線２ｃの間が２ｋｍ先において短絡状態であるときにおける周波数特性を示す図であり、図９は保護線２ｃとき電線２ａの間が正常な離隔状態であるときにおける周波数特性を示す図であり、図１０は保護線２ｃとき電線２ａの間が２ｋｍ先において短絡状態であるときにおける周波数特性を示す図である。

【0077】

図５～図１０が示すように、どの架線２相互間においても架線２間が正常な離隔状態であるときには交流電流Ｉｔに対して検査用交流電圧Ｖｔの位相角θが負の値であるのに対し、架線２間が接触している短絡状態では交流電流Ｉｔに対して検査用交流電圧Ｖｔの位相角θが正の値である。したがって、この位相差θを判断基準として架線２相互間の状態確認を行なってもよい。

【0078】

図１１は第２実施形態に係る線条短絡確認装置３０の構成を示す図である。なお，図１１において図３と同じ符号を付した部材は同一または同等の部材であるから、その詳細な説明を省略する。

【0079】

図１１に示すように、本実施形態の線条短絡確認装置３０において、３１は架線２間に印加する検査用交流電圧Ｖｔとこの検査用交流電圧Ｖｔを印加したときに流れる交流電流Ｉｔの関係から交流電流Ｉｔに対する検査用交流電圧Ｖｔの位相差θを演算する演算処理部、３２は位相差θを用いて架線２間の状態を確認する架線状態確認部であり、本例の場合、架線状態確認部３２は位相角θが負であるときに架線２間は離隔状態であると判断し、位相角θが正であるときに架線２間は短絡状態であると判断するものである。

【0080】

図１２は本発明の第３実施形態に係る線条短絡確認装置４０の構成を示す図である。図１２において、４１は電源部２０から供給される直流電力を用いて周波数制御信号Ｃｆが示す２００Ｈｚから１ｋＨｚの間の周波数の検査用交流電圧Ｖｔを発生する交流電圧発生部、４２はこの交流電圧発生部４１に周波数制御信号Ｃｆを出力することにより２つの異なる発信周波数を順次指定すると共に前記検査用交流電圧Ｖｔと交流電流Ｉｔの関係から架線２間のインピーダンスＺの大きさ｜Ｚ｜を演算する演算処理部、４３は指定した２つの周波数と各周波数でのインピーダンスＺの大きさ｜Ｚ｜の関係から求めた傾きを用いて架線２間の状態を確認する架線状態確認部である。

【0081】

なお、インピーダンスＺの大きさ｜Ｚ｜の周波数特性は図５～図１０に示すとおりであるから、前記架線状態確認部４３は高い周波数のときのインピーダンスの大きさが低い周波数のときのインピーダンスの大きさより小さいことによって架線間が短絡していない離隔状態であることを判断することができる。その他の点は第１実施形態および第２実施形態の線条短絡確認装置と同様であるから、その詳細な説明を省略する。

【0082】

図１３は第３実施形態の線条短絡確認装置４０において線条短絡確認を行なう線条短絡確認方法を説明する図である。

【0083】

図１３に示すように、線条短絡確認装置１を前記操作入力部２７のボタンを押すことにより起動すると、演算処理部４２を構成するマイクロコンピュータが実行可能な線条短絡確認プログラムＰ１を実行し、前記スイッチ部２２に架線２ａ～２ｃのうち、選択された２つの架線２間に前記交流電圧発生部４１からの検査用交流電圧Ｖｔを供給するように、切替接続させる制御信号Ｃを出力する（ステップＳ１０）。

【0084】

また、前記交流電圧発生部４１は演算処理部４２からの周波数制御信号Ｃｆに従って、２００Ｈｚ以上かつ１ｋＨｚ以下の指定された第１周波数の検査用交流電圧Ｖｔに変換して発生し、この検査用交流電圧Ｖｔをスイッチ部２２によって選択された架線２間に印加する（ステップＳ１１）。

【0085】

第１周波数の検査用交流電圧Ｖｔを印加することにより安定した交流電流Ｉｔが架線２間に流れると、前記電流計測部２３がこの交流電流Ｉｔを計測して信号Ｓｉを演算処理部４２に出力する（ステップＳ１２）。

【0086】

演算処理部４２は、検査用交流電圧Ｖｔと交流電流Ｉｔの関係から、第１周波数のときの架線２間のインピーダンスＺの大きさ｜Ｚ｜を演算する。（ステップＳ１３）

【0087】

次いで、前記交流電圧発生部４１は演算処理部４２からの周波数制御信号Ｃｆに従って、２００Ｈｚ以上かつ１ｋＨｚ以下の指定された第２周波数の検査用交流電圧Ｖｔに変換して発生し、この検査用交流電圧Ｖｔをスイッチ部２２によって選択された架線２間に印加する（ステップＳ１４）。

【0088】

第２周波数の検査用交流電圧Ｖｔを印加することにより安定した交流電流Ｉｔが架線２間に流れると、前記電流計測部２３がこの交流電流Ｉｔを計測して信号Ｓｉを演算処理部４２に出力する（ステップＳ１５）。

【0089】

演算処理部４２は、検査用交流電圧Ｖｔと交流電流Ｉｔの関係から、第２周波数のときの架線２間のインピーダンスＺの大きさ｜Ｚ｜を演算する。（ステップＳ１６）

【0090】

２つの周波数でのインピーダンスＺの大きさ｜Ｚ｜が求められれば、選択された架線２間の状態は、高い周波数のときのインピーダンスＺの大きさ｜Ｚ｜と低い周波数のときのインピーダンスＺの大きさ｜Ｚ｜の比較によって行なうことができる。すなわち、高い周波数のときのインピーダンスＺの大きさ｜Ｚ｜が低い周波数のときのインピーダンスＺの大きさ｜Ｚ｜より小さいことによって架線間が短絡していない離隔状態であると判断することができる（ステップＳ１７）。

【0091】

架線２間が短絡状態である場合は警告発生部２６に警告表示を行なうことが可能であり、同時に、ブザー音などの警告音を発生させることにより、音によっても警告を発生する（ステップＳ１８）。

【0092】

次に、全ての架線２間の状態確認が完了したかどうかを確認する（ステップＳ１９）。状態確認が出来ていない架線２間があれば，ステップＳ１０に戻って短絡確認を実施できていない架線２間にスイッチ部２２を切替えて、ステップＳ１０～Ｓ１９の処理を繰返し行い、全ての架線２間の状態確認が完了した場合は、次のステップＳ２０に進む。

【0093】

全ての架線２間の状態確認が完了すると、線条短絡確認の全てのシーケンスを終了したことを示す、緑色発光ダイオードの点灯および確認終了を示す短いブザー音などによって操作者に検査結果を示す（ステップＳ２０）

【0094】

上述のように構成された線条短絡確認装置４０を用いて線条短絡確認方法を実践することにより、架線２間のインピーダンスＺの大きさ｜Ｚ｜の比較によって、架線状態の確認を行なうことができるので、より確実に短絡状態と離隔状態を確認することができる。これによって、施工後の架線２に安心してき電を開始することが可能となる。

【符号の説明】

【0095】

１，３０，４０ 線条短絡確認装置
２ 架線
２ａ き電線
２ｂ トロリ線
２ｃ 保護線
３ａ，３ｂ 単巻変圧器
６ 交流電源
７ レール
９（９ａ，９ｂ，９ｃ） 接地線
２０ 電源部
２１，４１ 交流電圧発生部
２２ スイッチ部
２３ 電流計測部
２４，３１，４２ 演算処理部
２５，３２，４３ 架線状態確認部
２６ 警告発生部
２７ 操作入力部
Ｖｔ 検査用交流電圧
Ｉｔ 交流電流
Ｐ，Ｐ１ 線条短絡確認方法を実行させる線条短絡確認プログラム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】