特開 2023-174893 ヘビーシンプル架線の監視システム

(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】P2023174893

(43)【公開日】2023-12-08

(54)【発明の名称】ヘビーシンプル架線の監視システム

(51)【国際特許分類】

   B60M 1/28 20060101AFI20231201BHJP

   B60M 1/13 20060101ALI20231201BHJP

【ＦＩ】

B60M1/28 R

B60M1/13 H

【審査請求】有

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023179976

(22)【出願日】2023-10-19

(62)【分割の表示】P 2020148133の分割

【原出願日】2020-09-03

(71)【出願人】

【識別番号】000005083

【氏名又は名称】株式会社プロテリアル

(72)【発明者】

【氏名】蛭田 浩義

(72)【発明者】

【氏名】安部 英則

(72)【発明者】

【氏名】田村 和彦

(57)【要約】

【課題】トロリ線とちょう架線の状態を常時監視することのできるヘビーシンプル架線の監視システムを提供する。
【解決手段】架線監視システム１００は、ヘビーシンプル架線１の光ファイバ入りちょう架線１０及び光ファイバ入りトロリ線２０の状態を監視するシステムであり、光ファイバ検知線１２２を内部に収容する光ファイバ入りちょう架線１０と、光ファイバ検知線２２を内部に収容する光ファイバ入りトロリ線２０と、光ファイバ検知線１２２及び光ファイバ検知線２２に光学的に接続され、光ファイバ検知線１２２及び光ファイバ検知線２２の長手方向の温度分布を測定する光ファイバ温度分布測定装置と、を備える
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

中空管の内部に光ファイバ検知線が収容された光ファイバ収容管、及び前記光ファイバ収容管の周囲を囲むように撚り合わされた複数本の素線からなるちょう架線本体を備えた、光ファイバ入りちょう架線と、
第２の光ファイバ検知線を内部に収容する光ファイバ入りトロリ線とを有し、
前記光ファイバ入りちょう架線により、ハンガーを介して前記光ファイバ入りトロリ線を支持してなるヘビーシンプル架線と、
前記光ファイバ入りちょう架線に含まれる前記光ファイバ検知線及び前記光ファイバ入りトロリ線に含まれる第２の光ファイバ検知線に光学的に接続され、前記光ファイバ検知線及び前記第２の光ファイバ検知線の長手方向の温度分布を測定する光ファイバ温度分布測定装置と、
を備えた、ヘビーシンプル架線の監視システム。

【請求項2】

前記光ファイバ検知線と前記第２の光ファイバ検知線の少なくとも一方の任意の点における温度が９０℃以上となった場合に、前記ヘビーシンプル架線が高温状態にあると判定する、
請求項１に記載のヘビーシンプル架線の監視システム。

【請求項3】

前記光ファイバ検知線と前記第２の光ファイバ検知線の両方の任意の点における温度が０℃以下となった場合に、前記ヘビーシンプル架線が低温状態にあると判定する、
請求項１に記載のヘビーシンプル架線の監視システム。

【請求項4】

前記光ファイバ検知線と前記第２の光ファイバ検知線の両方の任意の点における温度が連続して３分間以上１００℃以上となった場合に、前記ヘビーシンプル架線が局部加熱状態にあると判定する、
請求項１に記載のヘビーシンプル架線の監視システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光ファイバ入りちょう架線、ヘビーシンプル架線、及びヘビーシンプル架線
の監視システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、新幹線の架線（架空電車線）系は、メンテナンスフリー化、速度向上などの目的で、ヘビーコンパウンド架線からヘビーシンプル架線への移行が進められている。ヘビーシンプル架線では、ヘビーコンパウンド架線で用いられていた補助ちょう架線を用いないため、トロリ線とちょう架線に掛かる張力が高く、強度負担が大きい。そのため、安全性を確保するため、警報線としての光ファイバが溝内に収容されたトロリ線（例えば、特許文献１参照）などを用いてトロリ線の状態を常時監視することが望ましい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第２７３８１２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、ヘビーコンパウンド架線をヘビーシンプル架線に変更すると、トロリ線だけでなく、ちょう架線も同様に強度負担が増す。ヘビーシンプル架線のちょう架線の公称断面積は２００ｍｍ^２（断面積が２００ｓｑ）であり、ヘビーコンパウンド架線のちょう架線の公称断面積である１５０ｍｍ^２よりも大きいが、それでも架線張力の高さから強度が不足する可能性がある。そして、その場合であっても、質量の増加や施工性の低下などの理由から、ちょう架線の公称断面積を２００ｍｍ^２よりも大きくすることは好ましくない。そのため、架線の安全性を確保するため、トロリ線と同様にちょう架線の状態を常時監視することが好ましい。

【0005】

したがって、本発明の目的は、トロリ線とちょう架線の状態を常時監視することのできるヘビーシンプル架線の監視システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

【0007】

【0008】

本発明は、上記課題を解決することを目的として、中空管の内部に光ファイバ検知線が収容された光ファイバ収容管、及び前記光ファイバ収容管の周囲を囲むように撚り合わされた複数本の素線からなるちょう架線本体を備えた、光ファイバ入りちょう架線と、
第２の光ファイバ検知線を内部に収容する光ファイバ入りトロリ線とを有し、
前記光ファイバ入りちょう架線により、ハンガーを介して前記光ファイバ入りトロリ線を支持してなるヘビーシンプル架線と、
前記光ファイバ入りちょう架線に含まれる前記光ファイバ検知線及び前記光ファイバ入りトロリ線に含まれる第２の光ファイバ検知線に光学的に接続され、前記光ファイバ検知線及び前記第２の光ファイバ検知線の長手方向の温度分布を測定する光ファイバ温度分布測定装置と、を備えた、ヘビーシンプル架線の監視システムを提供する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、トロリ線とちょう架線の状態を常時監視することのできるヘビーシンプル架線の監視システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本発明の実施の形態に係るヘビーシンプル架線の模式図である。

【図2】図２（ａ）は、本発明の実施の形態に係る光ファイバ入りちょう架線の一例の径方向の断面図である。図２（ｂ）は、光ファイバ入りちょう架線に含まれる光ファイバ収容管の一例の径方向の断面図である。

【図3】図３は、本発明の実施の形態に係る光ファイバ入りトロリ線の径方向の断面図である。

【図4】図４は、本発明の実施の形態に係る架線監視システムの構成を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

〔実施の形態〕
図１は、本発明の実施の形態に係るヘビーシンプル架線１の模式図である。ヘビーシンプル架線１は、鉄道車両に電力を供給するための光ファイバ入りトロリ線２０と、ハンガー３０により光ファイバ入りトロリ線２０を吊り下げて支持する光ファイバ入りちょう架線１０とを備える。

【0012】

（光ファイバ入りちょう架線の構成）
図２（ａ）は、本発明の実施の形態に係る光ファイバ入りちょう架線１０の一例の径方向の断面図である。図２（ｂ）は、光ファイバ入りちょう架線１０に含まれる光ファイバ収容管１２の一例の径方向の断面図である。

【0013】

光ファイバ入りちょう架線１０は、中空管１２１の内部（中空部）１２３に光ファイバ検知線１２２が収容された光ファイバ収容管１２と、光ファイバ収容管１２の周囲を囲むように撚り合わされた複数本の素線１１１からなるちょう架線本体１１とを備える。

【0014】

光ファイバ入りちょう架線１０は、その内部に含まれる光ファイバ検知線１２２の温度を測定することによって、その状態を常時監視することができる。このため、ちょう架線本体１１と光ファイバ収容管１２の公称断面積を従来のヘビーシンプル架線のちょう架線と同じ２００ｍｍ^２としても、ちょう架線の伸びや損傷による事故などを未然に防ぎやすくなる。ここで、ちょう架線本体１１と光ファイバ収容管１２の公称断面積は、素線１１１の径方向の断面積に素線１１１の本数を乗じて、そこに中空管１２１の径方向の断面積を加えたもの（計算断面積）の近似値であり、例えば、計算断面積が１９２～２０９ｍｍ^２の場合に公称断面積が２００ｍｍ^２となる。

【0015】

ちょう架線本体１１を構成する素線１１１は、通常、図２（ａ）の例に示されるように、同心撚りで多層に撚り合わされる。この場合、ちょう架線１０は、中心の１本の光ファイバ収容管１２と、その光ファイバ収容管１２の周囲に複数本の素線１１１を同心円状に撚り合わせてなる多層構造のちょう架線本体１１を有する。素線１１１の撚り方向は、右撚り、左撚りのいずれでもよい。また、ちょう架線本体１１は、右撚りの層と左撚りの層とを交互に多段配置させた異方向撚りで構成されていることが好ましい。

【0016】

ちょう架線本体１１を構成する素線１１１は、例えば、銅や銅合金からなり、“ＪＩＳ Ｃ ３１０１ 電気用硬銅線”の規格を満たす引張強さ（素線強度）などの特性を有する。例えば、直径が２．６ｍｍのときは引張強さが４３４ＭＰａ以上、直径が２．７ｍｍのときは引張強さが４３３ＭＰａ以上、直径が２．８ｍｍのときは引張強さが４３２ＭＰａ以上、直径が３．２ｍｍのときは引張強さが４２７ＭＰａ以上、直径が３．５ｍｍのときは引張強さが４２４ＭＰａ以上、直径が３．７ｍｍのときは引張強さが４２２ＭＰａ以上、である。

【0017】

また、ちょう架線本体１１を構成する素線１１１の本数は、ちょう架線本体１１と光ファイバ収容管１２の公称断面積が２００ｍｍ^２になるように、素線１１１と中空管１２１の径方向の断面積に応じて設定される。例えば、素線１１１の直径が３．２～３．７ｍｍ、中空管１２１の外径と厚さがそれぞれ３．２～３．７ｍｍと１．０～１．１ｍｍの場合は、図２（ａ）の例に示されるように、１８本の素線１１１を用いる（素線１１１と中空管１２１の合計本数を１９本とする）ことにより、ちょう架線本体１１と光ファイバ収容管１２の公称断面積が２００ｍｍ^２になる。

【0018】

また、例えば、素線１１１の直径が２．６ｍｍ以上２．８ｍｍ以下、中空管１２１の外径が２．６ｍｍ以上２．８ｍｍ以下の場合は、３６本の素線１１１を用いる（素線１１１と中空管１２１の合計本数を３７本とする）ことにより、ちょう架線本体１１と光ファイバ収容管１２の公称断面積が２００ｍｍ^２になる。

【0019】

素線１１１は、所定の径の荒引線を引抜加工で伸線することにより形成されるため、直径が小さいほど強度が向上する。例えば、素線１１１の直径を３．７ｍｍから２．６ｍｍに変更することにより、強度を約３％以上向上させることができる。このため、直径が３．２～３．７ｍｍ（引張強さが４２２ＭＰａ以上）の素線１１１を１８本用いる場合よりも、直径が２．６～２．８ｍｍ（引張強さが４３２ＭＰａ以上）の素線１１１を３６本用いる場合の方が、ちょう架線本体１１の引張荷重（引張試験において試料が耐えうる最大の荷重）が大きくなる。

【0020】

以下の表１に、光ファイバ入りちょう架線１０の構成と特性の例（例１～３）を示す。表１に示される光ファイバ入りちょう架線１０の構成及び特性は、いずれも“ＪＩＳ Ｃ ３１０５ 硬銅より線”の規格を満たす。表１における「素線径」は素線１１１及び光ファイバ収容管１２の直径であり、「素線数」は素線１１１の本数に光ファイバ収容管１２の本数である１を加えた数であり、「引張荷重」、「外径」、「電気抵抗」、「質量」はそれぞれ光ファイバ入りちょう架線１０の引張荷重、外径、電気抵抗、質量である。

【0021】

【表1】

【0022】

ファイバ収容管１２の中空管１２１は、例えば、銅や銅合金からなる。また、中空管１２１の内部１２３に収容される光ファイバ検知線１２２としては、例えば、通常のシングルモードの光ファイバを用いることができる。光ファイバ検知線１２２の直径は、例えば、０．９～１．１ｍｍである。

【0023】

光ファイバ収容管１２における光ファイバ検知線１２２の充填率は、５０％以上、７０％以下であることが好ましい。ここで、光ファイバ収容管１２における光ファイバ検知線１２２の充填率は、中空管１２１の内部１２３の径方向の断面積に対する光ファイバ検知線１２２の径方向の断面積の比の値に等しい。

【0024】

光ファイバ検知線１２２の充填率を７０％以下とすることにより、光ファイバ収容管１２の局部曲げが生じた箇所での光ファイバ検知線１２２の曲がり度合いを抑え、光ファイバ検知線１２２の伝送損失を抑えることができる。

【0025】

また、光ファイバ検知線１２２の充填率を５０％以上とすることにより、列車振動により中空管１２１の内部１２３を光ファイバ検知線１２２が移動することを抑制できる。なお、光ファイバ検知線１２２の充填率が５０％に満たない場合は、中空管１２１の内部１２３にジェリーなどの充填剤を充填することにより、列車振動により中空管１２１の内部１２３を光ファイバ検知線１２２が移動することを抑制できる。

【0026】

中空管１２１の厚さは、中空管１２１の周囲に素線１１１を撚り合わせる際の撚り荷重に耐えられる強度を有するように設定される。例えば、ちょう架線本体１１が１８本の素線１１１からなり、素線１１１が、３．２～３．７ｍｍの直径を有する場合、中空管１２１が１．０ｍｍ以上の厚さを有する銅管又は銅合金管であれば、中空管１２１が周囲に素線１１１を撚り合わせる際の撚り荷重に耐えられる。

【0027】

中空管１２１の外径は、中空管１２１を撚線の中心線とするため、素線１１１の直径と等しいことが好ましい。

【0028】

以下の表２に、光ファイバ収容管１２の構成と特性の３つの例（例１～３）と光ファイバ検知線１２２の伝送損失が大きい例である比較例を示す。表２における「外径」、「内径」、「厚さ」はそれぞれ中空管１２１の外径、内径、厚さであり、「光ファイバ径」は光ファイバ検知線１２２の直径であり、「充填率」は光ファイバ検知線１２２の充填率であり、「ジェリー」は中空管１２１の内部１２３に充填される充填剤としてのジェリーの有無であり、「伝送損失」は素線１１１が直径３．７ｍｍの１８本の銅線である場合の光ファイバ検知線１２２の伝送損失である。

【0029】

【表2】

【0030】

表２の例１～３においては、中空管１２１の厚さが１．０ｍｍ以上であり、光ファイバ検知線１２２の充填率が７０％以下であるために、光ファイバ検知線１２２の伝送損失が０．５ｄＢ／ｋｍ以下と低く抑えられている。一方で、比較例においては、中空管１２１の厚さが１．０ｍｍに満たないために光ファイバ検知線１２２の伝送損失が大きくなっている。

【0031】

（光ファイバ入りトロリ線の構成）
図３は、本発明の実施の形態に係る光ファイバ入りトロリ線２０の径方向の断面図である。光ファイバ入りトロリ線２０は、トロリ線本体２１と、トロリ線本体２１の内部に長手方向に沿って設けられた孔２１４に収容された光ファイバ検知線２２を有する。光ファイバ入りトロリ線２０は、その内部に含まれる光ファイバ検知線２２の温度を測定することによって、その状態を常時監視することができる。

【0032】

トロリ線本体２１は、例えば、ＪＲＳ(日本国有鉄道規格)、ＪＩＳＥ２１０１、ＥＮ５０１４９に規定されたみぞ付硬銅トロリ線に該当する異形丸形のトロリ線であり、上部の小弧面２１１、下部の大弧面２１２、両側部の小弧面２１１と大弧面２１２の間のＶ字状のイヤー溝２１３とを有する。トロリ線本体２１は、銅合金、例えば、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｉｎ系合金又はＣｕ－Ｓｎ系合金を主成分とする。トロリ線本体２１の公称断面積は、例えば、１５０ｍｍ^２、又は１７０ｍｍ^２である。

【0033】

孔２１４は、トロリ線本体２１の上下方向の中間点よりも下側（大弧面２１２側）に設けられていることが好ましい。これは、パンタグラフと接触するトロリ線本体２１の底部の温度変化を検知し易くして、トロリ線本体２１の底部の氷や霜の付着を予測し易くするためである。

【0034】

図３に示される例では、２つの孔２１４がトロリ線本体２１に含まれている。この場合、２つの孔２１４に収容される光ファイバ検知線２２は、光ファイバ入りトロリ線２０の光ファイバ温度分布測定装置４０と反対側の端部で光接続され、光学的に連続した１本の光ファイバとなって折り返されて、光ファイバ入りトロリ線２０を往復して貫通する。

【0035】

光ファイバ検知線２２が孔２１４を１つだけ有する、すなわち、光ファイバ検知線２２が光ファイバ入りトロリ線２０を一方向にだけ貫通する構成であっても、光ファイバ検知線２２の温度を測定して光ファイバ入りトロリ線２０の状態を監視することは可能であるが、往復して貫通する構成には、次のような利点がある。まず、光ファイバ入りトロリ線２０上の各位置において、温度の測定値が２つ得られるため、温度測定の精度を向上させることができる。また、トロリ線本体２１の摩耗などにより光ファイバ検知線２２の一部が断線した場合でも、温度測定を続行することができるため、光ファイバ検知線２２の修復や交換までの間に温度が測定できない時間帯が生じることがない。

【0036】

（架線監視システムの構成）
図４は、本発明の実施の形態に係る架線監視システム１００の構成を示す模式図である。架線監視システム１００は、ヘビーシンプル架線１の光ファイバ入りちょう架線１０及び光ファイバ入りトロリ線２０の状態を監視するシステムであり、光ファイバ検知線１２２を内部に収容する光ファイバ入りちょう架線１０と、光ファイバ検知線２２を内部に収容する光ファイバ入りトロリ線２０と、光ファイバ検知線１２２及び光ファイバ検知線２２に光学的に接続され、光ファイバ検知線１２２及び光ファイバ検知線２２の長手方向の温度分布を測定する光ファイバ温度分布測定装置と、を備える。なお、図４では、ヘビーシンプル架線１の光ファイバ検知線１２２と光ファイバ検知線２２以外の構成の図示を省略している。

【0037】

架線監視システム１００において、光ファイバ入りちょう架線１０に含まれる光ファイバ検知線１２２は、その端部において、光貫通がいし５２と光スイッチ５１とを介して光ファイバ温度分布測定装置４０に光学的に接続される。また、光ファイバ入りトロリ線２０に含まれる光ファイバ検知線２２は、その端部において、光貫通がいし５３と光スイッチ５１とを介して光ファイバ温度分布測定装置４０に光学的に接続される。

【0038】

架線監視システム１００の光ファイバ温度分布測定装置４０及び光スイッチ５１は、例えば、変電所内に設置される。

【0039】

一般に、架線には、低温期においてトロリ線への着氷霜によりトロリ線やパンタグラフが損傷したり、高温期やダイヤ乱れ時においてトロリ線やちょう架線の温度が上昇して伸びが生じ、張力調整装置により調整しきれないほどトロリ線やちょう架線の張力が低下して列車の運行に支障をきたしたりといった問題が生じ得る。架線監視システム１００を用いてトロリ線とちょう架線の温度を測定することにより、トロリ線への着氷霜や、トロリ線やちょう架線の張力の低下などの予兆を検知し、対応することができる。

【0040】

また、光ファイバ検知線１２２、２２と光ファイバ温度分布測定装置４０による温度測定は、光を利用して実施されるため、電気的な影響を受けず、列車の走行中などのき電時間帯であっても実施することができる。このため、光ファイバ入りちょう架線１０及び光ファイバ入りトロリ線２０の状態を常時監視することができる。

【0041】

光ファイバ温度分布測定装置４０は、光ファイバ検知線１２２、２２にパルス光を送り、光ファイバ検知線１２２、２２内で生じる後方散乱光を利用して光ファイバ検知線１２２、２２の温度分布を測定する。光スイッチ５１により光ファイバ温度分布測定装置４０の接続先を光ファイバ検知線１２２と光ファイバ検知線２２の間で切り替えることにより、１台の光ファイバ温度分布測定装置４０で光ファイバ検知線１２２と光ファイバ検知線２２の両方の温度分布を測定することができる。光ファイバ温度分布測定装置４０の構成及び動作の具体例については後述する。

【0042】

光ファイバ温度分布測定装置４０と光スイッチ５１は、光ファイバ５４を介して光学的に接続されている。また、光スイッチ５１と光貫通がいし５２は、光ファイバ５５を介して光学的に接続され、光スイッチ５１と光貫通がいし５３は、光ファイバ５６を介して光学的に接続されている。

【0043】

光貫通がいし５２は、架線された光ファイバ入りちょう架線１０のちょう架線本体１１や中空管１２１などから、光ファイバ検知線１２２を、電気的に切り離した状態で地上に引き下ろし、光スイッチ５１から延びる光ファイバ５５に接続するための器具である。また、光貫通がいし５３は、架線された光ファイバ入りトロリ線２０のトロリ線本体２１などから、光ファイバ検知線２２を、電気的に切り離した状態で地上に引き下ろし、光スイッチ５１から延びる光ファイバ５６に接続するための器具である。

【0044】

図３に示されるように、２つの孔２１４がトロリ線本体２１に含まれ、光ファイバ検知線２２が光ファイバ入りトロリ線２０を往復して貫通する場合には、図４に示されるように、光ファイバ検知線２２の往路側と復路側の両方の端部が光スイッチ５１に光学的に接続されていることが好ましい。これによって、光ファイバ検知線２２の一部が断線した場合に、光ファイバ温度分布測定装置４０から発せられるパルス光を光ファイバ検知線２２の往路側と復路側の断線していない方から進入させるように光スイッチ５１を切り換えることにより、光ファイバ入りトロリ線２０の全体の温度測定を続行することができる。

【0045】

架線監視システム１００は、異なる複数のヘビーシンプル架線１、例えば、異なる線路に用いられる複数のヘビーシンプル架線１の温度を測定することもできる。この場合、各々のヘビーシンプル架線１に含まれる光ファイバ検知線１２２、２２が、それぞれ光スイッチ５１に光学的に接続される。そして、光スイッチ５１により、光ファイバ温度分布測定装置４０と接続される複数の光ファイバ検知線１２２、２２を切り替えることにより、温度測定対象とするヘビーシンプル架線１を切り替えることができる。

【0046】

また、図４には、光ファイバ温度分布測定装置４０の基本構成と動作の一例がブロック図で示されている。光ファイバ温度分布測定装置４０において、光源４１が光分波器４２の入射端に接続され、光分波器４２の入出射端には光ファイバ５４が接続され、光分波器４２の一方の出射端には光電変換器（以下Ｏ／Ｅ変換器という）４３ａが接続され、光分波器４２の他方の出射端にはＯ／Ｅ変換器４３ｂが接続されている。

【0047】

Ｏ／Ｅ変換器４３ａの出力端子にはアンプ４４ａ及びＡ／Ｄ変換器４５ａを介して演算制御部４６が接続され、Ｏ／Ｅ変換器４３ｂの出力端子にはアンプ４４ｂ及びＡ／Ｄ変換器４５ｂを介して演算制御部４６が接続されている。また、演算制御部４６は、パルス発生部４７を介して光源４１に接続されている。

【0048】

光源４１としては、例えば、レーザダイオードが用いられ、パルス発生部４７を介して入力される演算制御部４６からのタイミング信号に対応したパルス光を出射する。光分波器４２は、その入射端から光源４１から出射されたパルス光を取り込み、その入出射端から光スイッチ５１及び光貫通がいし５２、５３を介して光ファイバ検知線１２２、２２にパルス光を出射する。また、光分波器４２は、光ファイバ検知線１２２、２２内を伝播するパルス光の後方ラマン散乱光をその入出射端から取り込み、ストークス光とアンチストークス光に波長分離する。

【0049】

Ｏ／Ｅ変換器４３ａ、４３ｂとしては、例えば、フォトダイオードが用いられ、Ｏ／Ｅ変換器４３ａには光分波器４２の一方の出射端から出射されたストークス光が入射し、Ｏ／Ｅ変換器４３ｂには光分波器４２の他方の出射端から出射されたアンチストークス光が入射し、それぞれ入射光に対応する電気信号を出力する。

【0050】

アンプ４４ａとアンプ４４ｂは、それぞれＯ／Ｅ変換器４３ａとＯ／Ｅ変換器４３ｂから出力された電気信号を増幅する。Ａ／Ｄ変換器４５ａとＡ／Ｄ変換器４５ｂは、それぞれアンプ４４ａとアンプ４４ｂから出力された信号をディジタル信号に変換する。

【0051】

演算制御部４６は、Ａ／Ｄ変換器４５ａ、４５ｂから出力されたディジタル信号に基づいて後方散乱光の２成分、すなわち、ストークス光とアンチストークス光の強度比から温度を演算し、その時系列に基づいて光ファイバ検知線１２２、２２の長さ方向に沿った温度分布を表示手段（図示せず）に表示する。なお、演算制御部４６にはあらかじめ、強度比と温度の関係がテーブルや式の形で記憶されている。また、地理上の位置ごとの光ファイバ検知線１２２、２２の温度を取得するため、光ファイバ検知線１２２、２２上の位置と地理上の位置との関係がテーブルや式の形で演算制御部４６に記憶されていてもよい。
また、演算制御部４６は、光源４１にタイミング信号を送り、光源４１から出射される光パルスのタイミングを制御する。

【0052】

次に、温度分布測定の原理を説明する。ストークス光およびアンチストークス光の信号強度を光源４１における発光タイミングを基準にした時間の関数として表すと、光ファイバ検知線１２２、２２中の光速が既知であるので、光源４１を基準にして光ファイバ検知線１２２、２２に沿った距離の関数に置き換えることができる。すなわち、光ファイバ検知線１２２、２２の位置と発生したストークス光及びアンチストークス光の強度の関係を得ることができる。一方、アンチストークス光強度Ｉ_１とストークス光強度Ｉ_２はいずれも光ファイバ検知線１２２、２２の温度に依存し、さらに、両光の強度比Ｉ_１／Ｉ_２も光ファイバ検知線１２２、２２の温度に依存する。したがって、光ファイバ検知線１２２、２２の位置と強度比Ｉ_１／Ｉ_２の関係から、光ファイバ検知線１２２、２２の温度分布を知ることができる。

【0053】

（架線監視システムの動作例）
以下に、架線監視システム１００の動作例について説明する。第１の例では、架線監視システム１００が光ファイバ入りちょう架線１０に収容された光ファイバ検知線１２２と光ファイバ入りトロリ線２０に収容された光ファイバ検知線２２の温度分布の監視を続ける中で、光ファイバ検知線１２２と光ファイバ検知線２２の少なくとも一方の任意の点における温度が９０℃以上（以下、第１の条件と呼ぶ）となった場合に、ヘビーシンプル架線１が高温状態にあると判定する。

【0054】

上記の第１の条件を満たすのは、典型的には、気温が高く、かつ列車が過密状態にあり、そのためにヘビーシンプル架線１が高温状態にある場合である。このため、第１の条件が満たされたことにより、ヘビーシンプル架線１が高温状態にあると架線監視システム１００が判定した場合には、その判定に基づき、列車の間引き運転を行うなどの対策を実施することができる。

【0055】

第２の例では、架線監視システム１００が光ファイバ入りちょう架線１０に収容された光ファイバ検知線１２２と光ファイバ入りトロリ線２０に収容された光ファイバ検知線２２の温度分布の監視を続ける中で、光ファイバ検知線１２２と光ファイバ検知線２２の両方の任意の点における温度が０℃以下（以下、第２の条件と呼ぶ）となった場合に、ヘビーシンプル架線１が低温状態にあると判定する。

【0056】

上記の第２の条件を満たすのは、典型的には、気温が低い、湿度が高い、風速が低い、などの条件下で光ファイバ入りちょう架線１０や光ファイバ入りトロリ線２０に霜が付着し、そのためにヘビーシンプル架線１が低温状態にある場合である。このため、第２の条件が満たされたことにより、ヘビーシンプル架線１が低温状態にあると架線監視システム１００が判定した場合には、その判定に基づき、霜取り車を運行させるなどの対策を実施することができる。

【0057】

第３の例では、架線監視システム１００が光ファイバ入りちょう架線１０に収容された光ファイバ検知線１２２と光ファイバ入りトロリ線２０に収容された光ファイバ検知線２２の温度分布の監視を続ける中で、光ファイバ検知線１２２と光ファイバ検知線２２の両方の任意の点における温度が連続して３分間以上１００℃以上（以下、第３の条件と呼ぶ）となった場合に、ヘビーシンプル架線１が局部加熱状態にあると判定する。

【0058】

上記の第３の条件を満たすのは、例えば、故障などによって列車がエアセクションで停車することにより、２つの架線がパンタグラフで短絡し、そのためにヘビーシンプル架線１が局部加熱状態にある場合である。このため、第３の条件が満たされたことにより、ヘビーシンプル架線１が局部加熱状態にあると架線監視システム１００が判定した場合には、その判定に基づき、ヘビーシンプル架線１への通電を遮断するなどの対策を実施することができる。

【0059】

上記第１～３の条件が満たされた場合などにおける、架線監視システム１００によるヘビーシンプル架線１の状態の判定は、具体的には、例えば、光ファイバ温度分布測定装置４０に接続された架線状態判定装置６０が、光ファイバ温度分布測定装置４０により取得された光ファイバ検知線１２２、２２の温度分布のデータに基づいて行う。架線状態判定装置６０には、例えば、ＰＣ（Personal Computer）を用いることができ、例えば、図４に示されるように、光ファイバ温度分布測定装置４０の演算制御部４６から光ファイバ検知線１２２、２２の温度分布のデータを受信して判定を行う。また、この判定の結果は、例えば、架線状態判定装置６０に含まれるモニターなどの表示手段に表示される。

【0060】

（実施の形態の効果）
上記実施の形態によれば、光ファイバ入りちょう架線１０と光ファイバ入りトロリ線２０に含まれる光ファイバ検知線１２２、２２の温度を測定することにより、光ファイバ入りちょう架線１０と光ファイバ入りトロリ線２０の状態を常時監視することができる。これにより、トロリ線への着氷霜やトロリ線やちょう架線の張力の低下などの予兆を精度よく検知することができ、トロリ線の状態のみを監視するよりも、架線に生じる問題をより確実に回避することができる。そのため、本発明の実施の形態に係る光ファイバ入りちょう架線、ヘビーシンプル架線、及びヘビーシンプル架線の監視システムは、例えば、新幹線のヘビーシンプル架線に好適に用いることができる。

【0061】

（実施の形態のまとめ）
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。

【0062】

［１］中空管（１２１）の内部（１２３）に光ファイバ検知線（１２２）が収容された光ファイバ収容管（１２）と、光ファイバ収容管（１２）の周囲を囲むように撚り合わされた複数本の素線（１１１）からなるちょう架線本体（１１）と、を備えた、光ファイバ入りちょう架線（１０）。

【0063】

［２］ちょう架線本体（１１）が１８本の素線（１１１）からなり、素線（１１１）が、３．２～３．７ｍｍの直径を有する銅線又は銅合金線であり、中空管（１２１）が、１ｍｍ以上の厚さを有する銅管又は銅合金管であり、光ファイバ収容管（１２）とちょう架線本体（１１）の公称断面積が２００ｍｍ^２である、上記［１］に記載の光ファイバ入りちょう架線（１０）。

【0064】

［３］ちょう架線本体（１１）が３６本の素線（１１１）からなり、素線（１１１）が、２．６～２．８ｍｍの直径と４３２ＭＰａ以上の引張強さを有し、光ファイバ収容管（１２）とちょう架線本体（１１）の公称断面積が２００ｍｍ^２である、上記［１］に記載の光ファイバ入りちょう架線（１０）。

【0065】

［４］光ファイバ収容管（１２）における光ファイバ検知線（１２２）の充填率が５０％以上、７０％以下である、上記［１］～［３］のいずれか１項に記載の光ファイバ入りちょう架線（１０）。

【0066】

［５］光ファイバ収容管（１２）における光ファイバ検知線（１２２）の充填率が５０未満であり、中空管（１２１）の内部（１２３）に充填剤が充填された、上記［１］～［３］のいずれか１項に記載の光ファイバ入りちょう架線（１０）。

【0067】

［６］第２の光ファイバ検知線（２２）を内部に収容する光ファイバ入りトロリ線（２０）と、光ファイバ入りトロリ線（２０）をハンガー（３０）を介して支持する、上記［１］～［５］のいずれか１項に記載の光ファイバ入りちょう架線（１０）と、を備えた、ヘビーシンプル架線（１）。

【0068】

［７］第２の光ファイバ検知線（２２）を内部に収容する光ファイバ入りトロリ線（２０）と、光ファイバ入りトロリ線（２０）をハンガー（３０）を介して支持する、上記［１］～［５］のいずれか１項に記載の光ファイバ入りちょう架線（１０）とを備えたヘビーシンプル架線（１）と、光ファイバ入りちょう架線（１０）に含まれる光ファイバ検知線（１２２）及び光ファイバ入りトロリ線（２０）に含まれる第２の光ファイバ検知線（２２）に光学的に接続され、光ファイバ検知線（１２２）及び第２の光ファイバ検知線（２２）の長手方向の温度分布を測定する光ファイバ温度分布測定装置（４０）と、を備えた、ヘビーシンプル架線の監視システム（１００）。

【0069】

［８］光ファイバ検知線（１２２）と第２の光ファイバ検知線（２２）の少なくとも一方の任意の点における温度が９０℃以上となった場合に、ヘビーシンプル架線（１）が高温状態にあると判定する、上記［７］に記載のヘビーシンプル架線の監視システム（１００）。

【0070】

［９］光ファイバ検知線（１２２）と第２の光ファイバ検知線（２２）の両方の任意の点における温度が０℃以下となった場合に、ヘビーシンプル架線（１）が低温状態にあると判定する、上記［７］又は［８］に記載のヘビーシンプル架線の監視システム（１００）。

【0071】

［１０］光ファイバ検知線（１２２）と第２の光ファイバ検知線（２２）の両方の任意の点における温度が連続して３分間以上１００℃以上となった場合に、ヘビーシンプル架線（１）が局部加熱状態にあると判定する、上記［７］～［９］のいずれか１項に記載のヘビーシンプル架線の監視システム（１００）。

【0072】

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。

【0073】

また、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

【符号の説明】

【0074】

１ ヘビーシンプル架線
１０ 光ファイバ入りちょう架線
１１ ちょう架線本体
１１１ 素線
１２ 光ファイバ収容管
１２１ 中空管
１２２ 光ファイバ検知線
１２３ 内部
２０ 光ファイバ入りトロリ線
２１ トロリ線本体
２２ 光ファイバ検知線
３０ ハンガー
４０ 光ファイバ温度分布測定装置
６０ 架線状態判定装置
１００ 架線監視システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】