JP2003274501A - 直流離線アーク測定方法 - Google Patents

直流離線アーク測定方法

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JP2003274501A
JP2003274501A JP2002072332A JP2002072332A JP2003274501A JP 2003274501 A JP2003274501 A JP 2003274501A JP 2002072332 A JP2002072332 A JP 2002072332A JP 2002072332 A JP2002072332 A JP 2002072332A JP 2003274501 A JP2003274501 A JP 2003274501A
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measuring
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Yasukazu Fujii
保和 藤井
Takahiro Fukutani
隆宏 福谷
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Railway Technical Research Institute
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は,離線によりパンタグラフ電流
がゼロになるまでに発生するアークが測定可能な直流離
線アーク測定法を提供する。 【解決手段】直流電源区間でパンタグラフ2が高圧母線
3で連結されている電気車において,電流測定用のクラ
ンプ形電流形4と,測定された電流を演算,記録するパ
ーソナルコンピュータ5を用い,トロリ線1,パンタグ
ラフ,及び高圧母線で構成される閉回路のアーク消滅時
間を算出することから,離線によりパンタグラフ電流が
ゼロになるまでに発生するアーク6を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は,鉄道直流区間にお
けるパンタグラフが高圧母線で連結されている電気車に
おけるパンタグラフの離線に伴うアークを測定する直流
離線アーク測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】電気車の運転に必要な電力は,電源であ
る変電所から送られ,地上に設備されたトロリ線とこれ
に接触する電気車上のパンタグラフを経由して車内に取
り込まれる。電気車の安定運転などのためには,パンタ
グラフを流れる電流が遮断されず,電気車内の負荷に送
られる必要がある。
【0003】パンタグラフは,低速走行時にはトロリ線
との接触状態である着線を維持するが,高速走行やトロ
リ線に凹凸があると,トロリ線から離れた状態である離
線に至る。パンタグラフが離線すると,パンタグラフが
集電している電流が,放電の一形態であるアークを経て
ゼロになる。アークの発生は電波雑音とすり板・トロリ
線の摩耗を増大させ,また,パンタグラフ電流がゼロに
なると車内停電などを生ずるので,これらの原因となる
離線が少ないことがトロリ線・パンタグラフでは重要と
なる。このため,離線は,トロリ線を含む架線とパンタ
グラフの集電特性の良否を判定する目安値の一つに用い
られ,新しい架線や列車の速度向上の可能性を離線の目
安値で判定するため,離線測定が必要となる。
【0004】電気車では通常1列車に2個以上のパンタ
グラフが搭載される。このとき,パンタグラフ間を接続
する直流1500V高圧母線がなく,パンタグラフが単
独の場合には,各パンタグラフの離線はそれぞれ独立と
なる。ところが,パンタグラフ間を高圧母線で接続する
と,1個のパンタグラフが離線しても,他のパンタグラ
フが着線していれば,列車負荷は着線パンタグラフから
取り込まれるので,離線パンタグラフは見かけ上着線し
ていることになる。このため,1列車に2個以上のパン
タグラフが搭載されているときは,離線低減のためパン
タグラフ間を高圧母線で接続する場合が多い。
【0005】ここで,従来の離線測定方法である電流式
離線測定方法について説明する。図1は電流式離線測定
方法の構成図,図5は原理を説明するための離線時の電
流変化図である。図1,5で,1はトロリ線,2はパン
タグラフ,3は高圧母線,4はクランプ形電流計,5は
パーソナルコンピュータ,6はアーク,8は着線,9は
離線,10は完全離線時間である。このように構成され
た離線測定方法の作動を次に説明する。
【0006】図1に示すように,電気車が電源電流から
分流した電流i3をトロリ線1,及びパンタグラフ2を経
由して集電しているとき,着線8しているパンタグラフ
2がトロリ線1から離れ離線9を生ずると,この離線パ
ンタグラフの電流i3は,図5に示すように変化する。パ
ンタグラフ2が高圧母線3で接続されているため,離線
直前の電流レベルにあった電流i3は,アーク発生後,電
流がゼロである完全離線となる。このパンタグラフ電流
の変化をクランプ形電流計4で測定し,パーソナルコン
ピュータ5により電流i3が設定したレベル以下で完全離
線とみなせるときを離線9と判定する。1ms以上の完全
離線時間10に注目する場合には,パンタグラフ電流波
形を2kHzでA/D変換してパーソナルコンピュータ5に取
込み,電気的雑音を除ける閾値にスライスレベルを設定
し,これ以下の電流をゼロとみなし離線と判定する処理
をソフト的に行う。さらに離線9について,完全離線時
間10と全測定時間との比で表される電流式離線率をパ
ーソナルコンピュータ5でソフト的に計算している。
【0007】しかし,従来の電流式離線測定方法では次
のような問題点があった。電流式離線測定方法では,離
線によりパンタグラフ電流がゼロになったときを離線と
判定するので,電流がゼロになるまでに発生するアーク
が測定できなかった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記のような
問題点を解決するためになされたもので,離線によりパ
ンタグラフ電流がゼロになるまでに発生するアークが測
定可能な直流離線アーク測定方法を提供することを目的
とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1におけ
る直流離線アーク測定方法は,パンタグラフを流れる電
流を測定するクランプ形電流計と,測定された電流を演
算,記録するパーソナルコンピュータを用い,離線によ
りパンタグラフ電流がゼロになるまでに発生するアーク
を測定することを特徴としている。本発明の請求項2
は,請求項1のアークの測定により,光学式離線率が測
定できることを特徴としている。本発明の請求項3は,
請求項1の電流の演算と請求項2の光学式離線率によ
り,電流式離線率と光学式離線率の比率が測定できるこ
とを特徴としている。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の直流離線アーク測定方法
は次のように作用する。 本発明の請求項1における直流離線アーク測定方法
によれば,アーク消滅時間から離線によりパンタグラフ
電流がゼロになるまでに発生するアークを測定すること
ができる。 本発明の請求項2における直流離線アーク測定方法
によれば,アークとアークが発生していない時間がわか
るので,光学式離線率が測定できる。 本発明の請求項3における直流離線アーク測定方法
によれば,電流式離線率と光学式離線率の比率が測定で
きる。
【0011】次に,本発明における直流離線アーク測定
方法の実施例について詳細に述べる。図1は本発明の請
求項1におけるアーク測定方法の実施例を示した構成
図,図2は本発明の請求項1におけるアーク測定方法に
用いる閉回路の説明図,図3は本発明の請求項1におけ
るアーク測定方法に用いる等価回路,図4は本発明の請
求1におけるアーク測定方法に用いるアーク消滅時間の
算出式である。
【0012】ここで,1はトロリ線,2はパンタグラ
フ,3は高圧母線,4はクランプ形電流計,5はパーソ
ナルコンピュータ,6はアーク,7はトロリ線,パンタ
グラフ,高圧母線からなる閉回路,8は着線,9は離
線,10は完全離線時間である。
【0013】本発明の請求項1における直流離線アーク
測定方法の実施例について,図1〜5を用いて説明す
る。図1において,2個のパンタグラフ2が高圧母線3
で連結されていると,図2に示すように,トロリ線1,
パンタグラフ2,及び高圧母線3で構成される閉回路7
ができる。パンタグラフ2が着線8している状態では,
電気車の電流は,電源電流i1から分流して2個のパンタ
グラフ2に電流i2,i3として流れ,電気車の電動機等の
負荷を通過後再び電源電流i1として電源側に戻る。パン
タグラフ2が離線9すると,離線9したパンタグラフの
電流i3がアーク6の電流になる。
【0014】前記状態を表わす等価回路が図3で,図3
(a)は着線時の等価回路,図3(b)は離線時の等価回路で
ある。着線時を表わす図3(a)の等価回路は次の内容を
表わす。電気車が必要な電流は,変電所の直流電源Eか
ら電源側電流i1として送り出され,変電所,電気を送る
き電線,電気車電動機,及びレールからなる電源側の抵
抗R1,インダクタンスL1を通り,2個のパンタグラフ2
に相当する抵抗R2,R3,インダクタンスL2,L3を分流し
て電流i2,i3として流れる。ここで,インダクタンスLc
は,図2のトロリ線1,パンタグラフ2,及び高圧母線
3からなる閉回路7のインダクタンスであり,後記する
ように,アーク消滅時間を算出するときに必要となるの
で,アークを測定する列車編成について,通常のインダ
クタンス測定器で測定,記録して置く。
【0015】離線9が発生すると,図3(b)の等価回路
で表わされる状態に移行する。図3(a)の着線時からの
変化は,アーク6を電気的に表わす最小アーク電圧Eaが
付加されたことである。これは,閉回路7において,離
線9に伴うアーク6を最小アーク電圧Eaで等価的に表わ
すことができるからである。銅系集電材料の最小アーク
電圧Eaは約12.5Vであり,通常の営業車の閉回路7にお
いて,パンタグラフ電流i2と回路抵抗R2による電圧降下
は最小アーク電圧Ea以下である。このため,離線直前に
パンタグラフ2を流れていた離線直前電流ipは,図4の
式1で表わされるアーク消滅時間τa後に消滅し,一方
のパンタグラフ2に移行する。
【0016】前記状況は図5で表わされる。パンタグラ
フ2に流れる電流i3は,パンタグラフ2が着線8してい
る間は電気車の運転状態によって変化しており,ある電
流のときに離線9に伴いアーク発生が生じたとすると,
このときの電流値及び電流レベルがそれぞれ離線直前電
流ip,離線直前電流ipレベルである。すると,図4の式
1に示すアーク消滅時間τaでアーク6が消滅し,電流i
3がゼロである完全離線となるが,この状態となってい
る時間が完全離線時間10である。このとき,もう一方
のパンタグラフ2の電流i2は電源側電流i1と同じ大きさ
となっている。
【0017】したがって,2個のパンタグラフの電流i
2,i3をクランプ形電流計4で測定し,例えば,i2がゼ
ロでなくi3のみがゼロつまり完全離線になったとする
と,i3が流れていたパンタグラフが離線したことがわか
る。このときのi2は全電流i1に等しく,i2の1/2が離
線直前電流ipとみなせるので,式1によりアーク消滅時
間τ aが求まる。図5に示すように,アーク消滅時間が
アークの発生している時間に等しいので,アーク消滅時
間が求まることにより離線により生ずるアークの測定が
可能となる。
【0018】前記の内容は,クランプ形電流計4で測定
した電流波形をA/D変換によりディジタル化し,パーソ
ナルコンピュータ5で処理することにより行う。A/D変
換周波数は,注目するアーク発生時間の長さやクランプ
形電流計4の周波数特性等によって決まるが,アークに
よるトロリ線1とすり板の摩耗に関しては1ms以上のア
ーク発生時間に注目する場合が多い。注目する時間が1m
sのときには,サンプリング定理により,パンタグラフ
電流波形を2kHzでA/D変換し,パーソナルコンピュータ
5にディジタル波形として取込む。このディジタル波形
について,電気的雑音を除ける閾値にスライスレベルを
設定し,ディジタル電流値がこれ以下になったときにパ
ンタグラフ電流がゼロとなったとみなし,完全離線と判
定する。さらに,閉回路7のインダクタンスLcを入力し
て置くことにより,式1によるアーク消滅時間τa,つま
りアーク6の発生時間もパーソナルコンピュータ5によ
りソフト的に算出する。これにより離線に伴うアークの
測定がディジタルできる。
【0019】前記の測定方法で得られたアーク6の発生
時間を合計すると測定中の全アーク時間となるので,こ
れから全アーク時間と全測定時間の比である光学式離線
率が測定できる。この測定は,アーク測定と同様に,A/
D変換したディジタル波形について,パーソナルコンピ
ュータ5によりアーク時間,測定時間を記録,演算して
行う。
【0020】さらに,前記したように,電流式離線率は
完全離線時間10と全測定時間との比で表される。本発
明においては,完全離線時間10,および全測定時間を
パーソナルコンピュータ5に記録しているので,電流式
離線率も測定できる。したがって,電流式離線率と光学
式離線率との比率も測定できる。この測定は,アーク測
定と同様に,パーソナルコンピュータ5によりソフト的
に行う。
【0021】
【発明の効果】前記の説明からわかるように,本発明の
直流離線アーク測定方法は次の効果を発揮する。 離線によりパンタグラフ電流がゼロになるまでに発
生するアークを測定することができる。 アーク発生時間とアークが発生していない時間がわ
かるので,これらから算出できる光学式離線率が測定で
きる。 電流式離線率との光学式離線率の比率が測定でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の請求項1におけるアーク測定方法の実
施例を示した構成図である。
【図2】本発明の請求項1におけるアーク測定方法に用
いる閉回路の説明図である。
【図3】本発明の請求項1におけるアーク測定方法に用
いる等価回路である。
【図4】本発明の請求項1におけるアーク消滅時間の算
出式である。
【図5】本発明の請求項1におけるアーク測定方法に用
いる離線時の電流変化である。
【符号の説明】
1トロリ線 2パンタグラフ 3高圧母線 4クランプ形電流計 5パーソナルコンピュータ 6アーク 7トロリ線,パンタグラフ,高圧母線からなる閉回路 8着線 9離線 10完全離線時間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G025 AA00 AB15 5H105 AA11 BA01 BB01 CC02 CC12 DD04 EE02 GG13 5H115 PA07 PC02 PG01 PI03 TO30 TR15

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鉄道直流区間におけるパンタグラフが高
    圧母線で連結されている電気車において,パンタグラフ
    を流れる電流を測定するクランプ形電流計と,測定され
    た電流を演算,記録するパーソナルコンピュータを用
    い,離線によりパンタグラフ電流がゼロになるまでに発
    生するアークを測定する直流離線アーク測定方法。
  2. 【請求項2】 請求項1のアークの測定により,光学式
    離線率が測定できる請求項1記載の直流離線アーク測定
    方法。
  3. 【請求項3】 請求項1の電流の演算と請求項2の光学式
    離線率により,電流式離線率と光学式離線率の比率が測
    定できる請求項1記載の直流離線アーク測定方法。
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