JP2004291712A

JP2004291712A - 電車線路の異常電圧防護装置

Info

Publication number: JP2004291712A
Application number: JP2003084193A
Authority: JP
Inventors: Koji Agui; 浩司安喰; Takaharu Kawahara; 敬治川原; Hiromi Morimoto; 大観森本; Ryogo Sato; 了吾佐藤
Original assignee: Railway Technical Research Institute; Sankosha Corp; Sankosha Co Ltd
Current assignee: Railway Technical Research Institute; Sankosha Corp; Sankosha Co Ltd
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2023-03-26
Also published as: JP4116912B2

Abstract

【解決手段】電車線路の給電回路（き電回路）の地絡事故から設備機器を防護する電車線路の異常電圧防護装置において、空気放電ギャップＧ１が形成された一対のアークホーン５ｆ、５ｈ間に、前記放電ギャップより早く放電する避雷器Ａｒを配設したものである。
【効果】放電ギャップが形成された一対のアークホーン間に、放電ギャップより早く放電する避雷器を配設したので、接地抵抗の低い鋼管柱等の電車線支持柱における地絡事故においても、確実に放電し、電車線路に配備された機器を、確実に保護することができるとともに、アークホーンの調整を皆無にすることができる。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電車線路の給電回路（き電回路）の地絡事故から電車線路に設けられた設備機器等を防護するための電車線路の異常電圧防護装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気鉄道における電化区間の給電回路（き電回路ともいう。）は、高電圧大電流が流れており、何らかの原因により給電回路が地絡事故を生じると、電車線路における地絡事故時に過大電圧電流が流れ、地絡点の大地電位上昇が生じる。地絡点の電位上昇が高電圧となると、地絡点近傍に設置された電車線路の設備機器である電力、通信及び信号設備等に絶縁破壊等の障害が生じることがある。
【０００３】
これらの障害の対策として、従来は給電回路（き電回路）の近傍に金属線路からなる保護線を設け、この保護線をレールに接続するとともに、更に、保護線を空気ギャップからなるギャップ放電器を介して、電車線路支持柱に接続していた。このような構成によって、給電回路（き電回路）に地絡事故が発生すると、地絡事故の地絡点に発生する電位は、ギャップ放電器の放電動作電圧以下に抑えられ、また、地絡点電位がギャップ放電器の放電動作電圧以下の場合は、ギャップ放電器は放電動作しないので、電車線路に設けられた設備機器等が防護されることになる。そして、ギャップ放電器の放電動作電圧を基準として、電車線路の設備機器の絶縁耐圧を決めている。
【０００４】
上述したような電車線路の異常電圧防護装置は、例えば、特開平９−６３３８３号公報、特開平１０−９２２４２号公報、特開平１１−１６２６１６号公報等に開示されている。
【０００５】
ところで、従来のギャップ放電器は、絶縁碍子間の吊り下げ金具と保護線支持金具とに、それぞれ棒状の略Ｓ字状の放電電極を配設し、該放電電極により空気ギャップを構成してなるアークホーンからなるギャップ放電器であり、このアークホーン構造のギャップ放電器においては、棒状体で略Ｓ字状に折り曲げられた放電電極の一方を吊り下げ金具に、また、他方を保護線支持金具に、ボルト・ナットにて締め付けたり或いは弛めたりして、棒状の略Ｓ字状の放電電極間のギャップの調整をして、所定のギャップにしていたものであった。このような、ナットを、スパナーで締め付けたり弛めたりして、所定のギャップに調整するギャップの調整作業には、大変な労力と時間を要していた。
【０００６】
また一般に、アークホーンは高所に配置されていることが多く、設置後のギャップ調整に更なる困難をもたらすとともに、列車通過の度重なる振動でアークホーンが振動し、ギャップが拡がったり狭まったりすることになり、従って、空気ギャップの信頼性が低下するということがあった。
【０００７】
更にまた、アークホーンの空気ギャップは、外気中に放置されていることから、天候、即ち、雨や雪や高湿度等によってギャップの放電電圧が、不必要な低い電圧で放電動作し得るという不安定なことが生じたり、また、気象条件等から、狭い空気ギャップの条件設定が困難である等の問題があった。従って、ギャップの調整を極力少なくし、外気条件に極力影響されないギャップ放電器に対する信頼性の維持向上が求められていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したようなアークホーンを有するギャップ放電器からなる電車線路の異常電圧防護装置においては、給電回路（き電回路）の近傍に設けられた保護線に、アークホーンを取り付けることから、高所に取り付けることを回避することはできず、また、上述したアークホーンの構造では、その構造上、アークホーンの取り付け後の空気ギャップの調整をなくすこともできず、更にまた、給電回路（き電回路）における地絡事故時に発生する異常高電圧から電力、通信及び信号設備等を防護する特性を向上させるために、アークホーンの空気ギャップのギャップ長を小さくすることは、雨や雪や湿度等を考慮すると不可能であるとともに、ギャップ長を更に小さくすることは、ギャップ長のバラツキを大きくするとともに、列車通過による振動により、ギャップ長を、所定長に維持できないという問題を有することになる。
【０００９】
更に、近年、電車線路支持柱として、従来のコンクリート柱から接地抵抗の低い鋼管柱、鉄柱等が採用されることが多く、鋼管柱等で電車線路地絡事故が発生した場合でも確実に放電するアークホーンとして、アークホーンの放電動作の低電圧動作化の要求が強く望まれている。また合わせて、電力、通信及び信号設備の小型化、半導体化による絶縁耐圧の低下に伴い、アークホーンの放電動作の低電圧動作化の要求が望まれている。
【００１０】
本発明の目的は、上述した従来の電車線路の異常電圧防護装置が有する課題を解決することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した目的を達成するために、電車線路の給電回路（き電回路）の地絡事故から設備機器を防護する電車線路の異常電圧防護装置において、放電ギャップが形成された一対のアークホーン間に、前記放電ギャップより早く放電する避雷器を配設したものである。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明の趣旨を超えない限り何ら、本実施例に限定されるものではない。
【００１３】
１は、鉄塔やコンクリート柱等の支柱であり、この支柱１の上部には、ロッド状の上部腕部材２が、略水平に取り付けられており、この上部腕部材２には、懸垂絶縁碍子３を介して、電車線（トロリー線）に電気を送る給電回路（き電回路）４が取り付けられているとともに、上部腕部材２には、図２等に示されているようなギャップ放電器５が取り付けられており、ギャップ放電器５には、給電回路４の地絡事故による大電流を電源に戻す保護線６が取り付けられている。
【００１４】
ギャップ放電器５は、クレビス５ａと、クレビス５ａに連接された柱状体５ｂに取着された懸垂碍子５ｃと、柱状体５ｂに取着されたキャップ部５ｄと、キャップ部５ｄの上面に所定の間隔を置いて立設された一対の取付けブロック５ｅとを有しており、一対の取付けブロック５ｅ間に、上部腕部材２を挿入するとともに、上部腕部材２及び一対の取付けブロック５ｅに穿設された透孔に、ボルトＢ１を挿通し、ボルトＢ１にナットＮ１を螺合させることにより、ギャップ放電器５を、上部腕部材２に取り付けるように構成されている。
【００１５】
５ｆは、上部アークホーンであり、上部アークホーン５ｆは、パイプバンド５ｇを構成する一方の半割りカラー５ｇ１に取着されており、上部アークホーン５ｆが取着された一方の半割りカラー５ｇ１ともう一方の半割りカラー５ｇ２とを、キャップ部５ｄの胴部に配置するとともに、半割りカラー５ｇ１、５ｇ２の端部に形成されたフランジカラー５ｇ１’、５ｇ２’に穿設された透孔に、ボルトＢ２を挿通し、ボルトＢ２にナットＮ２を螺合させることにより、ギャップ放電器５のキャップ部５ｄに、パイプバンド５ｇを介して、上部アークホーン５ｆを取り付けるように構成されている。
【００１６】
５ｈは、下部アークホーンであり、下部アークホーン５ｈの一方の端部付近には、固定挟持ブロック５ｈ１が取着されており、また、下部アークホーン５ｈの一方の端部にネジ部５ｈ２が形成されている。下部アークホーン５ｈの一方の端部を、クレビス５ａに挿入するとともに、クレビス５ａから出ている端部に可動挟持ブロック５ｈ３の透孔を挿通するとともに、下部アークホーン５ｈのネジ部５ｈ２に、ナットＮ３を螺合させることにより、クレビス５ａに、下部アークホーン５ｈを取り付けることができるように構成されている。なお、上部アークホーン５ｆと下部アークホーン５ｈの先端には、樹脂等で成形されたアークホーンキャップ５ｉが挿着されている。
【００１７】
上部アークホーン５ｆと下部アークホーン５ｈとの間に、空気放電ギャップＧ１が形成されており、空気放電ギャップＧ１の最狭部分の間隔は、例えば、上述したように、上部アークホーン５ｆの位置を調整することにより、適宜、設定することができるように構成されている。
【００１８】
７は、支柱１に配設された下部腕部材であり、下部腕部材７は、上部腕部材２の下方に配置されている。下部腕部材７は、長幹碍子７ａを介して、支柱１に取り付けられた水平ロッド７ｂと、水平ロッド７ｂの先端部と支柱１とを連結する連結ロッド７ｃとを有しており、連結ロッド７ｃの一端も、長幹碍子７ｄを介して、支柱１に取り付けられている。
【００１９】
下部腕部材７には、適当な吊架部材８が配設されており、吊架部材８の水平ロッド８ａには、補助吊架線９を介して、給電回路（き電回路）４からの電源を受けて電車に電力を供給するトロリー線１０が配設されている。
【００２０】
次に、図３を用いて、避雷器取付け部材１１について説明する。
【００２１】
１１ａは、金属板を、略Ｌ字状に折り曲げて形成されたリード板であり、１１ｂは、金属板を、略コ字状に折り曲げて形成された把持具であり、リード板１１ａの一方の辺部１１ａ１の端部及び把持具１１ｂの中間部１１ｂ１に穿設された透孔に、ボルトＢ４を挿通するとともに、ナットＮ４を螺合させることにより、リード板１１ａの一方の辺部１１ａ１に、把持具１１ｂを取り付けるように構成されている。また、リード板１１ａの把持具１１ｂが取り付けられていない、もう一方の辺部１１ａ２の端部には、該端部を、一方の辺部１１ａ１と反対方向に延在するように折り曲げることにより形成された突片部１１ａ３が形成されている。
【００２２】
Ａｒは、避雷器としてのガスアレスタであり、ガスアレスタＡｒは、一対のリード板１１ａの把持具１１ｂが取り付けられていないもう一方の辺部１１ａ２間に位置するように配置するとともに、ガスアレスタＡｒの電極とリード板１１ａのもう一方の辺部１１ａ２とをハンダ付けすることにより、リード板１１ａに取り付けられている。また、一対のリード板１１ａのもう一方の辺部１１ａ２の端部に形成された突片部１１ａ３は、その先端が対向するように配置されており、空気放電ギャップＧ２を形成するように構成されている。なお、ガスアレスタＡｒの電極とリード板１１ａのもう一方の辺部１１ａ２とのハンダ付けに使用されるハンダは、所定の温度で溶融するように構成されている。また、把持具１１ｂが取り付けられている一方の辺部１１ａ１には、バリスタＺが、リード板１１ａの一部を絶縁するとともに、ガスアレスタＡｒの一方の電極に接続するように配設されている。なお、バリスタＺに代えて、抵抗Ｒを接続してもよい。
【００２３】
上述した構成を有する避雷器取付け部材１１は、把持具１１ｂを残して防水処理する。このようなガスアレスタＡｒやバリスタＺが配設された避雷器取付け部材１１は、一方の把持具１１ｂで上部アークホーン５ｆを挟持し、もう一方の把持具１１ｂで下部アークホーン５ｈを挟持することにより、図４に示されているように、上部アークホーン５ｆと下部アークホーン５ｈとの間に架橋されるように構成されている。なお、図１に示されているように、上部腕部材２を、支柱１に取り付けるための金具２ａには、地絡導体１２が接続されている。
【００２４】
次に、上述のように構成された異常電圧防護装置の動作について説明する。
【００２５】
給電回路（き電回路）４が、雷等の閃絡による地絡事故を起こすと、ギャップ放電器５に取り付けられている避雷器取付け部材１１のガスアレスタＡｒが最初に放電動作を開始し、事故電流が保護線６に流れて、電車線路の設備機器等を防護する。ガスアレスタＡｒの放電動作が長時間にわたると、ガスアレスタＡｒに併設された、一対のリード板１１ａのもう一方の辺部１１ａ２の端部に形成された対向する突片部１１ａ３により構成される空気放電ギャップＧ２が放電するとともに、ガスアレスタＡｒの放電熱及び空気放電ギャップＧ２の放電熱等により、ガスアレスタＡｒの取り付けハンダが溶融して、ガスアレスタＡｒが落下して、図５に示されているように、一対のリード板１１ａ間が開放状態になる。このように、ギャップ放電器５やガスアレスタＡｒの動作に対する損傷状態を、ガスアレスタＡｒの落下により、容易に目視で確認することができる。更に、地絡事故が続行していれば、上部アークホーン５ｆと下部アークホーン５ｈとの間の空気放電ギャップＧ１が放電動作し異常電圧電流を吸収して、設備機器等を防護することになる。そして、地絡事故時の事故電流が帰回路（保護線６、レール）を介して変電所に送られて、所定の時間後に、遮断器を動作させて、給電回路への送電を停止する。このようにして、地絡事故を完全に処理する。なお、変電所の遮断器を動作させて送電を停止する前に、地絡事故等の程度により、ガスアレスタＡｒ及びギャップ放電器５で地絡事故を処理する。
【００２６】
上述したように、ギャップ放電器５に、放電開始動作が低い電圧で安定したガスアレスタＡｒを、空気放電ギャップＧ２とともに配設して、給電回路（き電回路）に地絡事故が生じた際には、始めに、ガスアレスタＡｒを放電動作して、地絡電流を帰回路（保護線６、レール）に流して処理し、更に、地絡事故が継続している場合には、空気放電ギャップＧ２を放電動作し、なお更に、地絡事故が継続している場合には、ギャップ放電器５の上部アークホーン５ｆと下部アークホーン５ｈとの間の空気放電ギャップＧ１を放電動作して、異常電圧電流を帰回路（保護線６、レール）に流して、地絡事故を処理する。
【００２７】
上述したように構成したので、低い電圧で安定した放電動作により、確実に、異常電圧電流を処理することができるとともに、上部アークホーン５ｆと下部アークホーン５ｈとの間に架橋された避雷器取付け部材１１に、ガスアレスタＡｒを配設したことにより、ガスアレスタＡｒの設置場所を特別に必要とするようなことがなく、更に、ガスアレスタＡｒの放電動作の上部アークホーン５ｆ及び下部アークホーン５ｈへの移行が素早く処理でき、従って、構造が簡単で、且つ、信頼性に優れた電車線路の異常電圧防護装置を提供することができる。
【００２８】
図６には、図３に示されている避雷器取付け部材１１に配設された避雷器の等価回路が示されている。
【００２９】
図６（ａ）は、避雷器としてのガスアレスタＡｒのみが配設された例であり、図６（ｂ）は、ガスアレスタＡｒとバリスタＺとが配設された例であり、図６（ｃ）は、ガスアレスタＡｒと抵抗Ｒとが配設された例である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は、上述したように構成されているので、以下に記載する効果を秦することができる。
【００３１】
放電ギャップが形成された一対のアークホーン間に、放電ギャップより早く放電する避雷器を配設したので、接地抵抗の低い鋼管柱等の電車線支持柱における地絡事故においても、確実に放電し、電車線路に配備された機器を、確実に保護することができるとともに、アークホーンの調整を皆無にすることができる。また、避雷器とギャップ放電器との放電の協調が図られ、且つ、構造簡単であり、更に、ギャップ放電器や避雷器の動作に対する損傷状態を、避雷器の落下により、容易に目視で確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の電車線路の異常電圧防護装置が配設された電車線路の構成図である。
【図２】図２は、本発明の電車線路の異常電圧防護装置を構成するギャップ放電器の正面図である。
【図３】図３は、本発明の電車線路の異常電圧防護装置を構成するギャップ放電器に配設される避雷器取付け部材の正面図である。
【図４】図４は、避雷器取付け部材が配設された状態の本発明の電車線路の異常電圧防護装置を構成するギャップ放電器の正面図である。
【図５】図５は、ガスアレスタが落下した状態のギャップ放電器等の部分斜視図である。
【図６】図６は、図３に示されている避雷器の等価回路である。
【符号の説明】
Ａｒ・・・・・・・ガスアレスタ（避雷器）
Ｇ１、Ｇ２・・・・空気放電ギャップ
１・・・・・・・・支柱
２・・・・・・・・上部腕部材
３・・・・・・・・懸垂絶縁碍子
４・・・・・・・・給電回路（き電回路）
５・・・・・・・・ギャップ放電器
５ｆ・・・・・・・上部アークホーン
５ｈ・・・・・・・下部アークホーン
６・・・・・・・・保護線
７・・・・・・・・下部腕部材
８・・・・・・・・吊架部材
９・・・・・・・・補助吊架部材
１０・・・・・・・電車線（トロリー線）
１１・・・・・・・避雷器取付け部材
１２・・・・・・・地絡導体

Claims

電車線路の給電回路（き電回路）の地絡事故から設備機器を防護する電車線路の異常電圧防護装置において、放電ギャップが形成された一対のアークホーン間に、前記放電ギャップより早く放電する避雷器を配設したことを特徴とする電車線路の異常電圧防護装置。