JP2004322745A

JP2004322745A - トロリ線摩耗検出方法

Info

Publication number: JP2004322745A
Application number: JP2003117430A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhisa Kishida; 光央岸田; Koichi Shikama; 宏一鹿間; Toyokazu Matsue; 豊和松栄
Original assignee: Hitachi Cable Ltd; Central Japan Railway Co
Current assignee: Hitachi Cable Ltd; Central Japan Railway Co
Priority date: 2003-04-22
Filing date: 2003-04-22
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2023-04-22
Also published as: JP3733125B2

Abstract

【課題】電車の走行中にもリアルタイムでトロリ線の摩耗の検出を行い、摩耗限界への到達のみならずその予兆をも検出可能とするとともに、その位置を標定することの出来る、トロリ線摩耗検出方法を提供する。
【解決手段】トロリ線１０の断面の所定位置に長手方向に連続して内蔵した少なくとも１本の検知光ファイバ１２に、ＯＴＤＲ２２よりパルス光を入射し、このパルス光による後方散乱光をＯＴＤＲ２２で測定することにより、前記検知光ファイバ１２の異常を検出し、トロリ線１０の摩耗の摩耗限度への到達およびその予兆およびその位置を検出するようにしたものである。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トロリ線に検知線として内蔵した光ファイバを利用してトロリ線の摩耗を検出する方法に係り、特に光ファイバの異常によりトロリ線の摩耗限度への到達およびその予兆を検出することができるトロリ線摩耗検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のトロリ線摩耗検出方法について図６により説明する。
【０００３】
図６に示すようにトロリ線５０は、導体５１ａを絶縁体５１ｂによりトロリ線本体５０ａとは電気的に絶縁した検知線５１を２本内蔵することにより構成されている。
【０００４】
トロリ線５０が電車のパンタグラフの摺動により摩耗し、摩耗量が摩耗限界に達した時には、トロリ線本体５０ａの所定の位置に内蔵された検知線５１が断線、または検知線５１の絶縁体５１ｂが摩耗し検知線５１の導体５１ａがトロリ線本体５０ａと接触する（以下、摩耗接触という）ことにより摩耗検出を行うものである。
【０００５】
図７〜図１０は、従来のトロリ線の摩耗検知方法を示したものである。
【０００６】
図７において、トロリ線本体５０ａの始端側には、トロリ線５０の摩耗検出を行う検出装置５２が設けられており、検出装置５２内ではトロリ線本体５０ａとそれぞれの検知線５１の間に直流電源５３が接続されている。
【０００７】
トロリ線本体５０ａの終端側は相互に接続されており、検出装置５２からみると検知線５１、５１はトロリ線本体５０ａと絶縁されてループ状に構成されている。
【０００８】
そして、検出装置５２の内部には片方の検知線５１とトロリ線本体５０ａとの間にリレーＢ５５が設けられ、トロリ線本体５０ａと直流電源５３との間にリレーＡ５４が設けられており、判定部６０により、これらのリレーＡ５４、リレーＢ５５を駆動させることが可能である。
【０００９】
また、それぞれの検知線５１、５１には電流検出用の検知抵抗５６、５６を備えており、ここに流れる電流Ｉ１、Ｉ２を判定部６０で検出できる構成となっている。
【００１０】
本トロリ線摩耗検出方法について、まず正常時の状態について説明する。
【００１１】
図７のようにリレーＡ５４を閉じ、リレーＢ５５は開とする。正常時には、両検知線５１，５１の検知抵抗５６、５６には電流は流れない（Ｉ１＝０、Ｉ２＝０）。
【００１２】
次に図８に示すようにリレーＡ５４を開とし、リレーＢ５５を閉とする。正常時には、図のように両検知線にＩ１、Ｉ２の電流が流れる。
【００１３】
次にトロリ線が摩耗し、内部の検知線が断線または検知線内部の導体がトロリ線と接触した場合について説明する。
【００１４】
図９のようにリレーＡ５４は閉じ、リレーＢ５５は開とする。検知線５１がトロリ線と電気的に接触した状態では、接触点５７を通じてＩ１、Ｉ２の電流が流れる。
【００１５】
次にリレーＡ５４を開とし、リレーＢ５５を閉じると、検知線５１が断線した状態では、リレーＢと接続されている検知線５１の検知抵抗５６のみに電流Ｉ２が流れる。
【００１６】
以上のようにそれぞれの検知抵抗５６、５６に流れる電流により、図１０に示すように、トロリ線５０内の検知線５１、５１の断線あるいはトロリ線本体５０ａとの接触を知ることにより、トロリ線１０の摩耗の摩耗限界への到達を検出することが可能となる。
【００１７】
この判定方法を表１にまとめる。
【００１８】
【表１】

【００１９】
以上のようにしてリレーＡとリレーＢを交互に動作させ、そのときに検知抵抗に流れる電流のあり、摩耗接触あり及び検知線断線ありと検出することが可能となり、この場合にトロリ線が摩耗限界に到達したと判定することが可能となる。
【００２０】
【特許文献１】
特開２０００−２７２３８２号公報
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の検出方法には以下に示すような問題点があった。
【００２２】
トロリ線には電車走行の際に列車電流が流れる。トロリ線内の列車電流分布は一様ではなく、また、トロリ線内の２本の検知線の位置は製造上、完全に対称とはならない。このため、ループ状に構成された検知線内にはトロリ線に流れる列車電流に起因する循環電流が流れ、この電流を検出抵抗にて検出してしまうと誤検出の原因となる。
【００２３】
また、トロリ線本体と何れかの検知線が摩耗接触した状態で、トロリ線に列車電流が流れた場合、以下に示す電圧が検出装置に印加される。
【００２４】
Ｖ＝Ｉｔ・Ｒｔ・Ｌ
ここでＶ：発生電圧
Ｉｔ：列車電流
Ｒｔ：トロリ線の単位長あたりの抵抗
Ｌ：検出装置から摩耗接触点の距離
この電圧は、検出装置から最遠端で摩耗接触した場合に最大となり、これに耐える電源装置あるいは保護装置はコスト、大きさ等において非現実的である。
【００２５】
係る問題点を解決すべく、別の従来例として特許文献１が提案されている。
【００２６】
この要点としては、図１１に示すようにトロリ線５０に列車電流が流れる時間帯においては、リレー５８、５９を介してトロリ線本体５０ａとそれぞれの検知線５１、５１を短絡し、循環電流及び摩耗接触による過電圧から検出装置を保護するようにしたものである。
【００２７】
故に従来の検出方法は、本質的にトロリ線に列車電流の流れる電車の営業時間中は、トロリ線の摩耗の検出が出来ず、列車電流の流れない、き電停止中の夜間のみに摩耗発生有無の検出を行うものである。
【００２８】
このことは、実際に電車の走行している営業時間中にトロリ線に急激な摩耗の進展があっても、それを検出することが出来ず、最悪の場合にはトロリ線の断線等の事故に至る危険性を有することを意味した。
【００２９】
そこで、本発明の目的は、上記実情に鑑み、電車の走行中にもリアルタイムでトロリ線の摩耗の検出を行い、摩耗限界への到達のみならずその予兆をも検出可能とするとともに、その位置を標定することの出来る、トロリ線摩耗検出方法を提供することである。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、トロリ線の断面の所定位置に長手方向に連続して少なくとも１本の検知光ファイバを内蔵し、その検知光ファイバの異常を検出することにより、トロリ線の摩耗の摩耗限度への到達およびその予兆およびそれらの位置を検出するようにしたトロリ線摩耗検出方法である。
【００３１】
請求項２の発明は、トロリ線の断面の所定位置に長手方向に連続して内蔵した少なくとも１本の検知光ファイバに、パルス光を入射し、このパルス光による後方散乱光を測定することにより、前記検知光ファイバの異常を検出し、トロリ線の摩耗の摩耗限度への到達およびその予兆およびその位置を検出するようにしたトロリ線摩耗検出方法である。
【００３２】
請求項３の発明は、トロリ線の断面の所定位置に長手方向に連続して２本の検知光ファイバを内蔵し、トロリ線の終端部において前記検知光ファイバを接続すると共に、始端側からパルス光を入射しこのパルス光による後方散乱光を測定することにより、前記検知光ファイバの異常を検出し、トロリ線の摩耗の摩耗限度への到達およびその予兆およびそれらの位置を検出するようにしたトロリ線摩耗検出方法である。
【００３３】
請求項４の発明は、検知光ファイバの入射端に戻ってくる後方散乱光について、正常時の値を基準値とし、以後測定データを基準値と比較し、基準値と測定値との差分が所定のしきい値を超えた場合に、その位置で光ファイバに異常が発生したと判定する請求項２、３記載のトロリ線摩耗検出方法である。
【００３４】
請求項５の発明は、トロリ線に内蔵した複数の光ファイバのうち、通常時はこのうちの１本の端部よりパルス光を入射することにより異常の監視を行い、異常を検出した場合に他の検知光ファイバの端部からもパルス光を入射して監視を行う請求項３、４記載のトロリ線摩耗検出方法である。
【００３５】
請求項６の発明は、光スイッチにより監視系統を切り替え、１組の測定系により複数のトロリ線の摩耗監視を行う請求項１〜５記載の摩耗検出方法である。
【００３６】
請求項７の発明は、検知光ファイバが、光スイッチを介して光ファイバアナライザに接続され、光ファイバアナライザから光スイッチを介してパルス光が検知光ファイバに入射され、光スイッチ、光ファイバアナライザで検出された後方散乱光のデータを、パソコンなどからなる制御判定部で標定して異常を判定する請求項１〜６記載のトロリ線摩耗検出方法である。
【００３７】
請求項８の発明は、検知光ファイバには、光スイッチ、光アイソレータを介して発光回路と受光回路が接続され、発光回路からの光を検知光ファイバに入射し、その検知光ファイバからの光を光アイソレータを介して受光回路で検出し、その受光回路の検出値から判定制御回路で断線異常を判定する請求項１記載のトロリ線摩耗検出方法である。
【００３８】
本発明の要点は、トロリ線の摩耗限度に対応する位置に検知光ファイバを内蔵し、トロリ線の始端側に検出装置を設け、検知光ファイバを検出装置に接続する一方、トロリ線の終端側では、それぞれの検知光ファイバを互いに接続しループ状に構成するとともに、検出装置は、光スイッチを介して光ファイバアナライザ（ＯＴＤＲ）を有し、ＯＴＤＲから検知光ファイバへパルス光を入射し、このパルス光による後方散乱光をＯＴＤＲで受光し、この結果をもとに判定制御回路により検知光ファイバの断線を検出することにより、トロリ線の摩耗限界への到達、またはその予兆と位置を検出することにある。
【００３９】
検知光ファイバの状態の判定は、正常時のデータを基準値として記憶しておき、毎回の測定値を基準値と比較することにより行う。
【００４０】
発光回路からのパルス光の入射は、通常、ループ状に構成した検知光ファイバの片端のみから行い、異常が発生した場合には反対側からもパルス光を入射して判定を行う。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００４２】
先ず、図１により、トロリ線摩耗検出方法に用いるトロリ線１０を説明する。
【００４３】
図１において、トロリ線１０は、導体で形成されたトロリ線本体１０ａ内には２本の検知光ファイバ１２、１２がトロリ線１０の摩耗限度に対応する位置に内蔵されて形成される。
【００４４】
図２は、トロリ線１０の検知光ファイバ１２、１２に接続する検出装置２０を示したものである。
【００４５】
先ず、トロリ線１０の始端側には光ファイバ貫通碍子１４を介して検出装置２０が接続され、トロリ線１０の終端側は、それぞれの検知光ファイバ１２、１２同士が接続され検出装置２０から見てループ状１３に構成されている。
【００４６】
検出装置２０は、光スイッチ２１、光ファイバアナライザ（以下、ＯＴＤＲと称す）２２、パソコン２３からなり、２本の検知光ファイバ１２，１２は光スイッチ２１を介してＯＴＤＲ２２と接続され、ＯＴＤＲ２２からのデータをパソコン２３に取り込めるようになっている。
【００４７】
以下に検出方法について詳細に説明する。
【００４８】
測定時には、トロリ線１０内の一方の検知光ファイバ１２の始端より光スイッチ２１を介してＯＴＤＲ２２からのパルス光を入射する。
【００４９】
検知光ファイバ１２内部の屈折率は均一ではないため、検知光ファイバ１２の長手方向の各部から入射されたパルス光と同じ波長の後方散乱光がＯＴＤＲ２２側に戻ってくる。
【００５０】
検知光ファイバ１２内を伝搬する光の速度は既知であるので、後方散乱光が戻ってくる時間から距離が算出でき、この後方散乱光のレベルを各サンプリング距離でのデータとして測定することにより検知光ファイバ１２の健全性を監視することが可能なのがＯＴＤＲ２２である。
【００５１】
正常時には、各サンプリング距離での後方散乱光のレベルは、図３のような距離に応じた基準値レベルの基準線ｍとなっているとする。
【００５２】
トロリ線１０がパンタグラフによる摺動により摩耗し、その摩耗が検知光ファイバ１２の直下まで進行してくると、パンタグラフの押し上げ力、あるいはトロリ線１０の変形などにより検知光ファイバ１２に応力が加わるようになる。
【００５３】
これにより検知光ファイバ１２の損失が増大し、戻ってくる後方散乱光は基準値より減衰することとなる。更に摩耗が進行すると、ついには検知光ファイバが断線し、後方散乱光は断線位置から先は戻って来なくなる。
【００５４】
これらの状態は、初めに正常時の基準線ｍを記憶しておき、毎回の測定時に基準線ｍの各距離における基準値と測定値と比較を行う。
【００５５】
この際、基準値と測定値との差に段階的にしきい値を設けておけば、摩耗注意、摩耗警告、摩耗限度到達などの警報を段階的に発生させる予兆を行うことが可能となる。
【００５６】
すなわち、距離ｘ０から距離ｘ１間で、測定値と基準線ｍの基準値との差分ΔＬがあり、その差分ΔＬが、
ΔＬ＞注意しきい値であれば、摩耗注意を、
ΔＬ＞警告しきい値であれば、摩耗警告を、
ΔＬ＞断線しきい値であれば、摩耗限度到達
として、図２に示したパソコン２３のディスプレイで表示する。
【００５７】
この摩耗注意、摩耗警告、摩耗限度到達は、実際のトロリ線に応じて設定するが、これらの値は、
断線しきい値（摩耗限度到達）＞警告しきい値（摩耗警告）＞注意しきい値
とする。
【００５８】
また、これら測定データの経時変化を記録しておき、その変化値の変化から摩耗断線を予兆することも可能である。
【００５９】
上述してきた判定は、正常時には、一方の検知光ファイバ１２から測定を行うが、検知光ファイバ１２のどこかに断線などの異常が発生した場合には、ＯＴＤＲ２２による測定では異常点以降の測定が困難となる可能性があり、また断線した場合には断線部以降の測定は不可能となる。そこで異常の発生時には、光スイッチ２１を切り替えて、他方の検知光ファイバ１２からの測定を行う。これにより、先の異常位置の標定に正確さを増すことが出来るとともに、最大２ヶ所までの断線の検出が可能となる。
【００６０】
次に、実際の運用システム例を図４により説明する。
【００６１】
本実施形態では、摩耗検知装置を中心として東京方の上下線のトロリ線１０Ｔ、大阪方の上下線のトロリ線１０Ｋ、き電区分のために設けられる中間セクションの上下線トロリ線１０Ｎの合計６系統のトロリ線１０の監視を行う構成である。
【００６２】
検知光ファイバ１２としては、各トロリ線１０に２本づつ挿入されているので合計１２本となり、これをそれぞれ光ファイバ貫通碍子１４にて検出装置２０に接続する。
【００６３】
この検出装置２０は、ＯＴＤＲ２２と、パソコン２３と。光スイッチとして１２チャンネルの光スイッチ２１ａを用い、この光スイッチ２１ａを切り換えることにより、各トロリ線１０の監視が可能となる。
【００６４】
上述の実施の形態では、トロリ線１０に検知光ファイバ１２を内蔵し、これをＯＴＤＲを用いて、後方散乱光を測定する形態について説明してきたが、ＯＴＤＲを用いなくとも、検知光ファイバ１２の断線は容易に検出できる。この形態を図５により説明する。
【００６５】
図５に示すように、検知光ファイバ１２、１２は、光ファイバ貫通碍子１４にて検出装置２０に接続される。この検出装置２０は、検知光ファイバ１２、１２を切り換える光スイッチ２１、光を方向によって分離する光アイソレータ２４、光アイソレータ２４、光スイッチ２１を介して検知光ファイバ１２にパルス光等を入射する発光回路２５、光アイソレータ２４で分離された反射光を受光する受光回路２６、発光回路２５を駆動制御すると共に受光回路２６の受光量から断線の有無を検出する制御判定回路２７から構成される。
【００６６】
この図５の実施の形態においては、制御判定回路２７が発光回路２５を駆動制御し、発光回路２５から光スイッチ２１にて検知光ファイバ１２に光パルスが入力される。トロリ線１０が摩耗し、検知光ファイバ１２に断線があれば、その端面より検出装置２０側に反射光が戻ってくるため、その反射光を受光回路２６が検視する。この際、制御判定回路２７は、光パルスの発射から受光までの時間を計測することで、断線位置を判定することができ、また光スイッチ２１を切り換えて他方の検知光ファイバ１２に光パルスを入射させることで、その断線位置をさらに確認することができる。
【００６７】
なお、パソコンも専用の制御判定回路に置き換えることが可能である。
【００６８】
以上の実施の形態では、トロリ線１０に２本の検知光ファイバ１２、１２を内蔵させ、これらを検出装置２０からみてループ状１３に構成した例について説明してきたが、簡素化のためにトロリ線１０に内蔵する検知光ファイバ１２を１本とし、片端のみからの測定としても検出できることは勿論である。この場合、摩耗点が１点のみになるということ以外は、初期の目的を達成可能なのは、言うまでもない。
【００６９】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、電気的なノイズの影響を受けない検知光ファイバの状態変化により摩耗を検出するので、トロリ線が課電中の営業時間中においても常時摩耗の監視が可能となるとともに、摩耗限度へ至る予兆が検出可能となることで、電車運転に対する安全性が飛躍的に高まる。また、検知光ファイバへパルス光を入射し、これによる後方散乱光により検知光ファイバの異常を判定するため、異常位置の正確な標定が可能となり、保守における合理化を図ることが可能である。加えて、光スイッチを用いることにより、１台の検出装置によって複数の系統のトロリ線の監視を行うことが可能となり、経済的にも優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における検知光ファイバ内蔵型トロリ線の断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態を示す構成図である。
【図３】本発明における光ファイバ異常の判定方法を説明する図である。
【図４】本発明における別の実施の形態を示す構成図である。
【図５】本発明におけるさらに別の実施の形態を示す構成図である。
【図６】従来の検知線内蔵型トロリ線の断面図である。
【図７】従来のトロリ線摩耗検出装置の正常時の状態を示す図である。
【図８】同じく従来のトロリ線摩耗検出装置の正常時の状態を示す図である。
【図９】従来のトロリ線摩耗検出装置の摩耗接触時の状態を示す図である。
【図１０】従来のトロリ線摩耗検出装置の検知線断線時の状態を示す図である。
【図１１】従来のトロリ線摩耗検出装置の別の例を示す図である。
【符号の説明】
１０トロリ線
１２検知光ファイバ
２０検出装置
２１光スイッチ
２２ＯＴＤＲ（光ファイバアナライザ）

Claims

トロリ線の断面の所定位置に長手方向に連続して少なくとも１本の検知光ファイバを内蔵し、その検知光ファイバの異常を検出することにより、トロリ線の摩耗の摩耗限度への到達およびその予兆およびそれらの位置を検出することを特徴とするトロリ線摩耗検出方法。
トロリ線の断面の所定位置に長手方向に連続して内蔵した少なくとも１本の検知光ファイバに、パルス光を入射し、このパルス光による後方散乱光を測定することにより、前記検知光ファイバの異常を検出し、トロリ線の摩耗の摩耗限度への到達およびその予兆およびその位置を検出することを特徴とするトロリ線摩耗検出方法。
トロリ線の断面の所定位置に長手方向に連続して２本の検知光ファイバを内蔵し、トロリ線の終端部において前記検知光ファイバを接続すると共に、始端側からパルス光を入射しこのパルス光による後方散乱光を測定することにより、前記検知光ファイバの異常を検出し、トロリ線の摩耗の摩耗限度への到達およびその予兆およびそれらの位置を検出することを特徴とするトロリ線摩耗検出方法。
検知光ファイバの入射端に戻ってくる後方散乱光について、正常時の値を基準値とし、以後測定データを基準値と比較し、基準値と測定値との差分が所定のしきい値を超えた場合に、その位置で光ファイバに異常が発生したと判定する請求項２、３記載のトロリ線摩耗検出方法。
トロリ線に内蔵した複数の光ファイバのうち、通常時はこのうちの１本の端部よりパルス光を入射することにより異常の監視を行い、異常を検出した場合に他の検知光ファイバの端部からもパルス光を入射して監視を行う請求項３、４記載のトロリ線摩耗検出方法。
光スイッチにより監視系統を切り替え、１組の測定系により複数のトロリ線の摩耗監視を行う請求項１〜５記載のトロリ線摩耗検出方法。
検知光ファイバが、光スイッチを介して光ファイバアナライザに接続され、光ファイバアナライザから光スイッチを介してパルス光が検知光ファイバに入射され、光スイッチ、光ファイバアナライザで検出された後方散乱光のデータを、パソコンなどからなる制御判定部で標定して異常を判定する請求項１〜６記載のトロリ線摩耗検出方法。
検知光ファイバには、光スイッチ、光アイソレータを介して発光回路と受光回路が接続され、発光回路からの光を検知光ファイバに入射し、その検知光ファイバからの光を光アイソレータを介して受光回路で検出し、その受光回路の検出値から判定制御回路で断線異常を判定する請求項１記載のトロリ線摩耗検出方法。