JP2005001495A - 光ファイバ入りトロリ線及びその使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】温度や歪みを測定して異常を事前に検知できる光ファイバ入りトロリ線及びその使用方法を提供する。
【解決手段】導体からなるトロリ線本体１内の磨耗限界外に溝孔２を設け、その溝孔２に光ファイバ心線５を収容させた。この光ファイバ心線５により温度分布、歪み分布を測定し、電流制御、過磨耗検知、強度低下検知に利用する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気鉄道等に架線されるトロリ線に係り、特に、温度や歪みを測定して異常を事前に検知できる光ファイバ入りトロリ線及びその使用方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トロリ線は、そのトロリ線本体が銅又は銅合金からなるため導電性が良く、しかも、引張り荷重が大きく、耐磨耗性にも優れているので、電気鉄道等に多用されている。
【０００３】
この種のトロリ線は屋外に架設されるので、日射，風速，気温等の変動にさらされる。このため、通電条件を均一にしても、トロリ線本体の温度は一定とはならない。加えて、トロリ線は、架設されている間にパンタグラフとの摺動磨耗により、断面積が減少してゆくため、トロリ線本体温度を一定にすることはさらに難しい。
【０００４】
一方、トロリ線には架設中に一定の引張り荷重を付加してパンタグラフとの摺動特性を一定とすることが必須であり、実際に架線には一定の引張り荷重が付加されている。ところが、一定限界を超えた温度にトロリ線を曝すとその引張耐力が低下するため、引張り荷重に耐えられなくなり、断線等の事故が発生するおそれがある。
【０００５】
そこで、従来は、架設中のトロリ線にはその環境条件等に一定の条件を付与した計算式にて、トロリ線本体温度が限界温度を越えないように、その通電電流の最大限界値を設定して運用している。
【０００６】
しかし、電気車の高速化対応あるいは事故復旧対応（事故復旧を行っているときに一定区間内の電気車両数が増加したことに対する対応）等のためには、トロリ線本体に通電する電流値を出来るだけ増加させることが要求される場合がある。こうした電流値増加に際してトロリ線本体温度が限界温度を超えないように電流値を調整するには、トロリ線本体のリアルタイムな実温度測定が必須となっているが、リアルタイムな実温度測定方法はまだ実現されていない。
【０００７】
また、前述のようにトロリ線は一定張力を付加して架線使用されており、その張力が高いほど電気車の走行速度を上げられる。しかし、トロリ線は架設されている間にパンタグラフとの摺動磨耗により、その断面積が減少してゆくため、架線張力はその磨耗限界時トロリ線の破断荷重に安全率を考慮して最大張力としている。一方、架線使用中のトロリ線には電気車に給電するための電流が流されており、この電流やパンタグラフとの離線アーク等により、トロリ線が温度上昇してその引張り強度が局部的に低下する場合がある。このような引張り強度の局部的な低下のために架線使用中にトロリ線が断線するという事故が発生する可能性がある。
【０００８】
そこで、架設されているトロリ線の磨耗については、その磨耗による断面積減少を観察するために、従来はレーザ等を用いた検出装置を列車に据え付け、深夜、電気車の運行がないときに、この電気車を走行させてトロリ線の磨耗状況を調査することが行なわれている。しかし、この方法では、昼間の電気車の運行中に発生した異常磨耗を検出することは出来ない。また、トロリ線の内部の磨耗限界位置に検知線（絶縁電線）を挿入して、トロリ線の磨耗が検知線まで達すると断線し、磨耗限界に達したことの信号を出力する磨耗検知線入りトロリ線も使用されているが、やはり、この方法でも、昼間の電気車の運行中に発生した異常磨耗を検出することは出来ない。
【０００９】
【特許文献１】
特開平４−１９７８３８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本出願人は、磨耗の検知線として絶縁電線に替えて光ファイバ線を使用したトロリ線を提案するものであるが、この光ファイバ線を従来と同様に磨耗限界位置に配置した場合、磨耗限界に達した時に断線信号を出力することになる。つまり、トロリ線が磨耗限界に達した時点で鉄道管理者がそれを認識することになる。鉄道管理者は、その事象が起きてから交換用トロリ線を準備し、交換工事計画を立案することになるが、磨耗が異常進行している場合に、交換が間に合わず架線使用中のトロリ線が断線事故に至る可能性がある。
【００１１】
また、前述のトロリ線本体の実温度測定を行う方法は、接触式では感電等の安全上問題があるため、非接触式（赤外線他）による方法以外ない。従来可能な非接触式の測定方法は定点測定である。しかし、定点測定では、測定精度に対する信頼性が低く、しかも架線環境の長手方向変動等のリアルタイムな影響把握が困難である。従って、上記の電気車の高速化対応、事故復旧対応等のための温度―電流値制御は不可能であった。
【００１２】
また、トロリ線の過温度上昇による引張り強度の局部的に低下については、トロリ線本体の長手方向の温度分布測定を行なう方法が従来ないため、高温に曝された場合の引張り強度低下を予知することは不可能である。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、温度や歪みを測定して異常を事前に検知できる光ファイバ入りトロリ線及びその使用方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の光ファイバ入りトロリ線は、導体からなるトロリ線本体内の磨耗限界外に溝孔を設け、その溝孔に光ファイバ心線を収容させたものである。
【００１５】
前記溝孔をトロリ線本体の小弧面部に設けてもよい。
【００１６】
また、本発明の光ファイバ入りトロリ線の使用方法は、導体からなるトロリ線本体の内部に設けた溝孔に光ファイバ心線を収容させたトロリ線を電気鉄道に架設し、前記光ファイバ心線に光学式の温度分布測定装置を接続して前記トロリ線本体の温度を測定し、この温度に応じてトロリ線の通電電流を制御するものである。
【００１７】
また、本発明の光ファイバ入りトロリ線の使用方法は、導体からなるトロリ線本体の内部に設けた溝孔に光ファイバ心線を収容させたトロリ線を電気鉄道に架設し、前記光ファイバ心線に光学式の歪み分布測定装置を接続して前記光ファイバ心線の歪み量を測定し、この歪み量からトロリ線本体の異常を検知するものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１９】
本発明に係る光ファイバ入りトロリ線のトロリ線構造に関する第一の実施形態では、図１に示されるように、トロリ線本体１は、銅又は銅合金からなり、そのトロリ線本体１の断面両側にくびれて形成されたハンガー取付溝から上を小弧面部３、下を大弧面部４と呼ぶ。このトロリ線本体１の小弧面部３の中央には、長手方向に沿って溝孔２が設けられている。
【００２０】
後述する温度を測定する実施形態では、この溝孔２に温度測定用光ファイバ線５が収容されている。また、歪みを測定する実施形態では、溝孔２には歪み測定用光ファイバ線５が収容されている。
【００２１】
この実施形態では、光ファイバ線５を収容する溝孔２が小弧面部３に設けられている。小弧面部３は、トロリ線本体１の磨耗限界より上部に位置するので、磨耗限界に達する以前の諸量を測定するに適している。
【００２２】
トロリ線構造に関する第二の実施形態では、図２に示されるように、トロリ線本体１の大弧面部４のハンガー取付溝に近い側、言い換えると左右の中央から離れた箇所に、長手方向に沿って２箇所の溝孔２が設けられている。トロリ線本体１の中央から溝孔２までの距離は等しくても等しくなくてもよい。これら２箇所の溝孔２には、温度測定用光ファイバ線５と歪み測定用光ファイバ線５とがそれぞれ挿入されている（図の左右のいずれが温度測定用或いは歪み測定用であってもよい）。
【００２３】
この実施形態では、光ファイバ線５を収容する溝孔２が、大弧面部４のハンガー取付溝に近い側に設けられている。これにより溝孔２がトロリ線本体１の磨耗限界より上部に位置するので、磨耗限界に達する以前の諸量を測定するに適している。そして、この実施形態では、温度測定と歪み測定とが独立して可能な構成となっている。
【００２４】
次に、本発明に係る光ファイバ入りトロリ線の使用方法を説明する。
【００２５】
まず、温度監視システムに使用した実施形態を説明する。図３に示した温度監視システムでは、図１又は図２の光ファイバ入りトロリ線の溝孔２に、トロリ線本体１の温度を測定するための温度測定用光ファイバ線５が収容されている。この光ファイバ線５の一端は温度測定装置６に接続されており、トロリ線本体１は電気車に電力を供給するための通電装置７に接続されており、温度測定装置６及び通電装置７は電流制御装置８に接続されている。温度測定装置６は、光ファイバ線５を通過した光信号から光ファイバ線５の長手方向の温度分布を測定するものである。光ファイバ線５の図示しない反対端は反射端或いは光源端とする。
【００２６】
この温度監視システムにおいて、架線使用中に、トロリ線本体１への電流を増加する必要が発生すると、電流制御装置８は、温度測定装置６によりトロリ線温度測定を開始し、トロリ線本体１の長手方向温度分布状況を監視しながら通電装置７によりトロリ線本体１への電流を必要電流まで増加させる。制御中に測定しているトロリ線本体温度が所定限界温度に達すると、電流制御装置８は警報を発する。電流制御装置８は、この警報が発生したときには、手動あるいは自動にて電流制御を変更するようになっている。
【００２７】
このようにして、トロリ線本体温度を確認しながら、トロリ線本体１が限界温度を超えて上昇することのないように通電電流を制御しうる。
【００２８】
このように、本発明の光ファイバ入りトロリ線を使用した温度監視システムは、光ファイバによる連続的な温度分布測定が測定できるので、架設環境条件（気温，風速，日射，電車通過他）の変動を常時監視することができる。勿論、最大温度箇所や最低温度箇所を特定することもできる。また、架線されているトロリ線本体１の温度分布を数キロメートルに亘ってリアルタイムに測定することが可能で、トロリ線本体１への通電による電磁誘導あるいは電気ノイズの影響あるいは架設環境条件の影響も受けることはなく、トロリ線本体１への通電制御を高速かつ高精度で行なうことが可能となる。
【００２９】
次に、磨耗及び引張り強度低下監視システムに使用した実施形態を説明する。図４に示した磨耗及び引張り強度低下監視システムでは、図１又は図２の光ファイバ入りトロリ線の溝孔２に、歪み測定用光ファイバ線５が収容されている。この光ファイバ線５の一端は歪み分布測定装置９に接続されている。歪み分布測定装置９は、光ファイバ線５を通過した光信号から光ファイバ線５が受けている長手方向の歪み分布を測定するものである。光ファイバ線５の図示しない反対端は反射端或いは光源端とする。
【００３０】
この磨耗及び引張り強度低下監視システムにおいて、架線使用中に、トロリ線本体１が磨耗すると断面積が減少する。架線張力は一定であるから、断面積が減少すると、トロリ線本体１の伸びが増加する。
【００３１】
また、架線使用中に、トロリ線本体温度が過昇温すると引張り強度が低下する。このときも上記と同様にトロリ線本体１の伸びが増加する。
【００３２】
このようにして、トロリ線本体１の伸びが増加した時、トロリ線本体１に内部に挿入されている光ファイバ線５は、その収納されている溝孔２内で長手方向に拘束されているため、トロリ線本体１と同一の伸びが発生する。歪み分布測定装置９は、光ファイバ線５の伸びによる歪みを常時測定しているので、予め設定した歪みのしきい値を超えたときには、トロリ線本体の異常（過磨耗伸び、過温度上昇伸び）を検知する。この結果、トロリ線の事故発生を未然に防止することが出来る。
【００３３】
光ファイバの歪み分布測定装置９は、数十キロメートルに渡って、数メートル毎の伸び歪みを１／１００％単位で分布測定可能であるため、トロリ線の異常な局部伸び発生箇所を精度よく特定することが可能である。
【００３４】
次に、温度監視と磨耗及び引張り強度低下監視とが同時に可能なシステムに使用した実施形態を説明する。システム構成は図示しないが、図２の光ファイバ入りトロリ線の２箇所の溝孔２に、温度測定用光ファイバ線５と歪み測定用光ファイバ線５とをそれぞれ挿入する。温度測定用光ファイバ線５は、図３と同様に温度測定装置６に接続し、歪み測定用光ファイバ線５は、図４と同様に歪み分布測定装置９に接続する。これにより、既に説明したトロリ線本体温度の限界温度警報とトロリ線本体の異常（過磨耗伸び、過温度上昇伸び）検知とを同時に独立して機能させることができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００３６】
（１）トロリ線本体内の磨耗限界外に光ファイバ線が内蔵されるので、磨耗限界に達する以前の諸量を測定するに適している。
【００３７】
（２）溝孔を小弧面部に設けるので、確実に磨耗限界外に光ファイバ線を置くことができる。
【００３８】
（３）架線されているトロリ線本体の温度を連続的に長距離に亘ってリアルタイムに測定が可能で、トロリ線本体への通電による電磁誘導あるいは電気ノイズの影響あるいは架設環境条件の影響も受けることがなく、異常温度箇所を特定することも可能である。
【００３９】
（４）架線されているトロリ線の歪み分布を連続的に長距離に亘ってリアルタイムに測定が可能で、トロリ線本体への通電による電磁誘導あるいは電気ノイズの影響あるいは架設環境条件の影響も受けることがなく、異常歪み箇所を特定することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す光ファイバ入りトロリ線の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す光ファイバ入りトロリ線の断面図である。
【図３】本発明の光ファイバ入りトロリ線を使用した温度監視システムのブロック構成図である。
【図４】本発明の光ファイバ入りトロリ線を使用した磨耗及び引張り強度低下監視システムのブロック構成図である。
【符号の説明】
１ トロリ線本体
２ 溝孔
３ 小弧面部
４ 大弧面部
５ 光ファイバ線
６ 温度測定装置
７ 通電装置
８ 電流制御装置
９ 歪み分布測定装置

Claims (4)

1. 導体からなるトロリ線本体内の磨耗限界外に溝孔を設け、その溝孔に光ファイバ心線を収容させたことを特徴とする光ファイバ入りトロリ線。
2. 前記溝孔をトロリ線本体の小弧面部に設けたことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ入りトロリ線。
3. 導体からなるトロリ線本体の内部に設けた溝孔に光ファイバ心線を収容させたトロリ線を電気鉄道に架設し、前記光ファイバ心線に光学式の温度分布測定装置を接続して前記トロリ線本体の温度を測定し、この温度に応じてトロリ線の通電電流を制御することを特徴とする光ファイバ入りトロリ線の使用方法。
4. 導体からなるトロリ線本体の内部に設けた溝孔に光ファイバ心線を収容させたトロリ線を電気鉄道に架設し、前記光ファイバ心線に光学式の歪み分布測定装置を接続して前記光ファイバ心線の歪み量を測定し、この歪み量からトロリ線本体の異常を検知することを特徴とする光ファイバ入りトロリ線の使用方法。

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