JP2006193035A - 故障点標定システム，方法，プログラム及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】 安価なシステムであり、長期間に渡り故障せず、地絡故障が起きた故障点を高い精度で検出することが可能な故障点標定システム，方法，プログラムを提供する。
【解決手段】 本発明の故障点標定システムは、少なくともトロリー線を有する交流き電電圧印加部分を、施設方向に沿った複数個の箇所で、それぞれ絶縁してレール沿いの予定の高さで支持する部材を含む構造物と、トロリ線との間でせん絡し、トロリ線が構造物を介して地絡した故障点を標定する故障点標定システムであって、トロリー線が地絡した際に保護線に地絡電流を流す、構造物と保護線との間に介挿される地絡電流抽出手段と、地絡電流により、保護線上に生成されるサージパルスを検出した時刻を測定する、保護線の両端に各々設けられたサージ電圧伝搬時間検出手段と、サージ電圧伝搬時間検出手段各々の検出した時刻から、故障点の位置を算出する故障点算出手段とを有する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、交流電気鉄道のき電回路における地絡故障の発生した点、すなわち故障点を標定する故障点標定システム，方法，プログラム及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関するものである。

交流電車（電気車２００）を駆動するための交流き電方式としては、単巻変圧器き電方式（以下、ＡＴき電方式）と、吸上変圧器き電方式（以下、ＢＴき電方式）とがある。
ＡＴき電方式は、図１に示すように、単巻変圧器１０３の中性点をレール１００に接続し、一端をトロリー線１０１に接続し、他端をき電線１０２に接続した単相３線式の回路方式である。
ここで、単巻変圧器１０３の巻数比は、任意に設定することができるが、一般に１：１を使用し、き電電圧Ｅを、例えば３０ｋＶ（または２２ｋＶ）とすると、き電用変電所１０４の送出電圧２Ｅを、６０ｋＶ（または４４ｋＶ）としている。

また、ＢＴき電方式は、図２に示すように、レール１００から大地への漏れ電流によって、近傍の通信線等に生ずる通信誘導を低減させるため、１次・２次の巻線が１：１の比率の吸上変圧器１０６（帰電流を吸上げるBooster TransformerすなわちＢＴ）を用いて、レール１００に、トロリー線１０１から電気車２００を介して流れる帰電流を吸上げ、負き電線１０５に流し込む方式である。
また、ＢＴき電方式は、ＢＴのトロリ側端子間の短絡を避けるため、トロリー線１０１にブースターセクション１０７を設ける必要がある。

上述した交流き電方式における短絡・地絡故障のうち、最も発生頻度が高いのは鳥害などによるがいしせん絡事故である。
がいしは電柱などの所定の高さの構造物に支持されているため、がいしせん絡が生じると、電柱などの構造物にはトロリ線と同様の電圧が印加されることとなる。
これにより、周囲の弱電機器に障害を及ぼすことがあり、この障害を防止するため、交流き電回路には、以下の保護方式が用いられている。

・せん絡導線方式（二重絶縁方式）
図３はせん絡導線方式の構成を示し、がいし２，３は特別高圧部と高圧部に分かれ、その境界から延びるせん絡導線（地絡導線）を、ＡＴき電方式にあっては保護線（ＰＷ）に、またＢＴき電方式にあっては負き電線（ＮＦ）１０５に接続している。
ここで、保護線または負き電線１０５は、支持がいし１により、電柱などの構造物に、所定の高さで支持されている。
がいしせん絡時の故障電流はせん絡導線を通ってＰＷまたはＮＦに流れ、金属回路（電線による回路）により変電所１０４に戻っていく。
したがって、がいしせん絡発生時に、せん絡による放電電流（故障電流）によりＰＷまたはＮＦには大きなサージ電圧が発生する。

・放電間隙方式（Ｓ状ホーン方式）
図４は放電間隙方式の構成を示し、ＰＷまたはＮＦの支持がいし１に所定の間隙を有するアークホーン（Ｓ状ホーン）４が設けられている。
がいしせん路時は支持された構造物（電柱等）の電位上昇により、瞬時にＳ状ホーン４が放電し、この放電により流れる故障電流は、ＰＷまたはＮＦに流れ、故障電流の金属回路（トロリー線１０１からＮＦまたはＰＷを介してき電用変電所１０４へ戻る）を構成する。
したがって故障発生時のＳ状ホーン４における放電により、ＰＷまたはＮＦには大きなサージ電圧が発生する。
そして、この地絡故障の起こった故障点を標定し、修理・回復を行う必要があり、故障点を標定する故障点標定装置（ＡＴき電方式に対する）が考案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−７２４３１号公報

上述したＡＴき電回路における故障点標定方式は、故障点を挟むＡＴ（単巻変圧器）の中性線に流れる電流が、それぞれのＡＴから故障点までの距離に反比例の関係となっていることを利用している。
そのため、この電流値と距離との関係を利用し、故障点を挟む両側のＡＴの中性線に流れる電流比から故障点を算出することが出来る。この原理に基づく故障点標定装置を吸上電流比方式故障点標定装置という。
しかしながら、特許文献１の故障点標定装置は、故障点を電流比で求めるため、線路におけるインピーダンス変化等の影響により電流がばらつく場合に、故障点として求めた距離の誤差が大きくなり、正確な故障点の標定を行うことができない欠点がある。

また、従来のＢＴき電方式に対する故障点の標定方式として、上述したＡＴき電方式と異なり、以下に示す方式となる。
ＢＴき電回路のリアククンスは、ほぼ距離に比例している。そのため、このリアクタンスを測定することにより、故障点の距離を推定することができる。
すなわち、故障時のき電用変電所における故障電流およびき電電圧により、き電変電所から故障点までのリアクタンスを求める。

そして、この求めたリアクタンスを距離に換算することにより、故障点位置を標定することが出来る。この原理に基づく故障点標定装置を、リアクタンス検出式故障点標定装置という。
しかしながら、上述したＢＴき電回の故障点標定装置は、負き電線に直列コンデンサが設置されている場合には、直列コンデンサ箇所でリアクタンスが急変するため、距離推定の誤差要因となり、正確な故障点の標定は行えない。

さらに、一般送電線路では、短絡・地絡故障時に線路に発生し伝播するサージ電圧を、故障点は挟む２箇所の電気所（変電所等）で検知し、その検知する時間差から故障点を標定する手法がある。
ここで、サージの検出方法としては、電圧で検出する方法と電流で検出する方法が
あり、変電所等において保護対象回線にケーブルを使用している場合は変流器を用いることにより比較的簡易に検出することが可能である。

しかしながら、き電用変電所等における保護対象回線が架空電線で構成されている場合、簡易にサージ電圧を検出することは困難である。
電柱に支持されて架空されているトロリー線１０１の電圧変化を検出するためには、このトロリー線１０１の通常電圧２２ｋＶ〜３０ｋＶの電圧値に耐える耐圧を有し、長期間に渡り故障しない品質を有し、電圧変化を検出可能な測定器が必要となるため、設備が高価なものとなってしまう。
この測定器が故障した場合、自身が地絡故障を引き起こす可能性があり、このときには故障点の標定が行えないこととなる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、安価に構成でき、長期間に渡り故障せず、地絡故障が起きた故障点を高い精度での検出が可能な故障点標定システム，方法，プログラム及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することを目的とする。

本発明の故障点標定システムは、少なくともトロリー線を有する交流き電電圧印加部分を、それらの施設方向に沿った複数個の箇所で、それぞれ絶縁してレール沿いの予定の高さで支持するための部材を含む構造物と、トロリー線との間でせん絡し、トロリー線が前記構造物を介して地絡した故障点を標定する故障点標定システムであって、トロリー線が地絡したときに保護線に地絡電流を流す、前記構造物と保護線との間に介挿される地絡電流抽出手段と、地絡電流により、故障点から保護線上に生成されるサージパルスを検出した時刻を測定する、保護線の両端に各々設けられたサージ電圧伝搬時間検出手段と、該サージ電圧伝搬時間検出手段各々の検出した時刻から、前記故障点の位置を算出する故障点算出手段と を有することを特徴とする。

本発明の故障点標定システムは、前記地絡電流抽出手段が、前記構造物に接続されたＳ状ホーンにより構成されていることを特徴とする。

本発明の故障点標定方法は、き電線及びトロリー線とを有する交流き電電圧印加部分を、それらの施設方向に沿った複数個の箇所で、それぞれ絶縁してレール沿いの予定の高さで支持するための部材を含む構造物と、トロリー線との間でせん絡し、トロリー線が前記構造物を介して地絡した故障点を標定する故障点標定方法であって、前記構造物と保護線との間に介挿される抽出手段により、トロリー線が地絡したときに保護線に地絡電流を流す地絡電流抽出過程と、保護線の両端に各々設けられたサージ電圧伝搬時間検出手段により、地絡電流によって、故障点から保護線上に生成されるサージパルスを検出し、この検出した時刻を測定するサージ電圧検出過程と、該サージ電圧伝搬時間検出手段各々の検出した時刻から、前記故障点の位置を算出する故障点算出過程とを有することを特徴とする。

本発明の故障点標定プログラムは、き電線及びトロリー線とを有する交流き電電圧印加部分を、それらの施設方向に沿った複数個の箇所で、それぞれ絶縁してレール沿いの予定の高さで支持するための部材を含む構造物と、トロリー線との間でせん絡し、トロリー線が前記構造物を介して地絡した故障点を標定する故障点標定処理を行うものであり、前記構造物と保護線との間に介挿される抽出手段により、トロリー線が地絡したときに地絡電流が保護線に流れ、この地絡電流に発生するサージパルスが各々保護線の両端において検出された時刻を入力するサージ電圧入力処理と、該サージ電圧伝搬時間検出処理の検出した各々の時刻から、前記故障点の位置を算出する故障点算出処理とを有する処理を行うコンピュータが実行可能なプログラムである。

本発明の記録媒体は、上記故障点標定プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。

以上説明したように、本発明によれば、トロリー線と構造物（電柱など）とのせん絡により、地絡が起こった故障点から、地絡電流抽出手段（せん絡導線方式における、がいし間を接続する地絡導線、または放電間隙方式における、Ｓ状ホーン等の放電間隙装置）により保護線に注入される地絡電流（すなわち後に述べる放電素子により保護線に注入される放電電流）により発生するサージパルスが保護線を伝搬し、この保護線の両端に各々設けられたサージ電圧伝搬時間検出手段がそれぞれサージパルスのパルスが検出された時刻を検出し、故障点算出手段がこの時刻の差から、地絡電流が注入された保護線の位置を算出し、この位置を故障点として出力するため、高い信頼性により地絡した故障点を標定することが可能となる。

上記パルスを検出した時刻は、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からのＧＰＳ時計信号（タイムコード信号）を基に、同一時刻からパルス検出を開始し、任意の周波数を作り出して複数の同期時計を構成して、各々のサージ電圧伝搬時間検出手段が測定する。ここで、複数のサージ電圧伝搬時間検出手段はＧＰＳ時計信号により常に、時刻経過の同期が取られている。
このため、本発明によれば、保護線の両端で測定するサージ電圧のパルスの検出時刻を、常に時刻同期が取られた状態にて、検出することが可能である。

また、本発明によれば、保護線（ＢＴき電方式では負き電線が保護線を兼用）に測定器を配設するため、通常において数百Ｖ程度の電圧が印加された状態であるため、従来の様に２２ｋＶ〜３０ｋＶに長期間耐える測定器である必要が無く、かつ、保護線と接地（大地）電位との間に配設されるので、従来例のように自身が地絡故障の原因となることもなく、他に交流き電回路に特別な装置を設けることなく、故障点の検出が行えるため、容易にシステムとして構成することができ、安価なシステムとして運用することが可能である。

本発明の構成としては、交流電気鉄道において地絡故障が発生した場合に、故障電流が放電間隙装置等を介して保護線に流れ、変電所に戻る回路とされている。
このとき保護線にはサージ電圧が発生するため、この保護線のサージ電圧を、故障点を挟む２箇所の電気所（実施例ではき電用変電所とき電区分所）において検知し、この各々の電気所にて検知した時刻差から、地絡の生じた故障点の標定が可能となる。
この方法の利点として、保護線には、地絡が発生していない通常時に低圧レベルの対地電圧しかなく、き電線に配設する場合に比較して、耐圧が簡易な検出器により、地絡時のサージ電圧の検出を容易に行え、また、必要な絶縁強度は新幹線の場合で６号、在来線の場合で３号であり、分圧器等のサージ電圧検出センサを容易に接続することが可能であることである。

以下、本発明の一実施形態による故障点標定システムを図面を参照して説明する。図５は同実施形態が用いられる、交流き電方式における図１に示すＡＴき電方式の系統構成例に対し、上記一実施形態の故障点標定システムを用いた概念図である。
この図において、ＡＴき電方式は、図におけるき電用変電所（または電鉄用変電所，交流変電所とも言う）１０４が、内部のき電用変圧器により受電する三相電圧を適切な単相電圧（交流４４ｋＶまたは交流６０ｋＶ）に降圧し、さらにき電用変圧器の二次側（単相電圧側）に接続された単巻変圧器１０３によりトロリ線１０１、レール１００、き電線１０２により構成される単相三線方式の電車線にき電し、トロリ線１０１を介して電気車（図１における電気車２００）へ電力を供給し、帰電流はレールから単巻変圧器の吸上げ効果によりき電線１０２を電流帰路としてき電用変電所１０４に戻る方式である。

き電区分所１１０は、トロリー線１０１やき電線１０２等の交流き電電圧印加部分を、それらの施設方向に沿った複数個の箇所で、１つのき電用変電所が電力を供給するき電区分の区間として分割するために、すなわち、き電用変電所１０４と組み合わせて設けられており、隣接する他のき電用変電所とのトロリー線１０１及びき電線１０２各々の接続の開閉処理を行う。
例えば、自身のき電区分のき電用変電所が電力の供給が出来なくなった場合、自身のき電用変電所におけるトロリー線１０１及びき電線１０２と、変圧器とが切断された後、隣接するき電用変電所から電気車を駆動する電力の供給を受ける。

上述した各き電線１０２およびトロリー線１０１は、図５に示すように、レール１００に沿った方向に対して、き電区分所１１０により複数に分割されており、他のき電区分と独立して、き電用変電所と接続を開閉できるようになっている（隣接するき電用変電所と接続及び開放できるようになっている）。
トロリ線１０１及びき電線１０２は、図５に示すように、き電用変電所１０４及びき電区分所１１０を、電気車を駆動させる電力供給の１つのき電区分として、き電区分所に設けられた開閉器により分割されている。

また、き電用変電所１０４には、このき電用変電所１０４が対応するき電区分内のトロリー線１０１及びき電線１０２と、変圧器とを接続または開放する遮断器が設けられており、地絡故障が発生した場合、後に述べる故障点標定システムにより切断状態とされ、対応するき電区分内のき電線１０２及びトロリー線１０１を変圧器から切り離す。
すなわち、各き電区分内において、き電線１０２及びトロリー線１０１は、き電用変電所の変圧器と、遮断器を介して接続されている。

次に、図５は上述したき電区分の１つ（交流き電電圧印加部分の一つ）、すなわち保護対象区間に注目して記載した、本発明のＡＴき電方式における故障点標定システムの実施例を説明する概念図である。
ここで、き電線１０２及びトロリー線１０１は、き電区分において、図１に示すように並列して、レール３に沿って施設されている。
単巻変圧器１０３は、き電用変電所１０４，き電区分所１１０，そのき電区分内の所定の位置において、それぞれの近傍において、トロリー線１０１とき電線１０２との間に介挿されている。

レール１００は、上記単巻変圧器１０１各々の中性点に接続された状態で配設され、また、保護線１２０が並列に設けられ、この保護線１２０が所定の位置においてレール１００に接続されている。
また、電源部分で、図示しない変圧器から遮断器を介して、交流電圧（例えば４４ｋＶ，６０ｋＶ）が、トロリ線１０１及びき電線１０２間に、電力として供給されている。
このき電区分間を、トロリ線１０１及びき電線１０２の施設方向に沿った複数個の箇所において、それぞれ絶縁してレール１００沿いの予定の高さで支持するための部材を含む構造物に配設されている。

ここで、上記構造物としては、例えば、電柱（コンクリート柱または鋼管柱）２０１，２０２，２０３などが用いられる。
コンクリート柱の場合には接地抵抗が３００Ω〜１ｋΩ程度であり、鋼管柱の場合には接地抵抗が１Ω〜２００Ω程度である。
また、絶縁して高さを支持する部材としては、がいしなどの絶縁体が用いられ、各き電線１０２，保護線１２０各々と上記電柱（電柱２０１，２０２，２０３）とを電気的に絶縁状態として配設している。

また、保護線１２０には、本発明の構成の一つである地絡電流抽出手段が、上記支持する部材とともに設けられている。
すなわち、保護線１２０は、き電区分の区間において、がいし１（例えば懸垂１８０ｍｍがいし）を介して、所定の高さに電柱に支持されている。
図４の放電間隙方式の場合は、図５に示すように、このがいし１の両端各々にＳ状ホーン４を設け、電柱に対する地洛が発生した場合、このＳ状ホーン４の間で放電が起こり、放電電流（地絡電流）が保護線１２０に流れることとなる。
ここで、がいし１の両端にＳ状ホーン４を接続するとして説明したが、Ｓ状ホーン４のように、所定の電圧差（例えば、１０ｋＶ程度）などで放電を起こす構成を有する部材を用いても良い。

図４の放電間隙方式は、保護線１２０が、がいし１を介して絶縁された状態で電柱に支持され、トロリー線１０１が、がいし２またはがいし３とを介して絶縁された状態で電柱に支持されている。
したがって、上記放電間隙方式の場合には、電柱とトロリー線１０１との間に異物等が存在することにより、トロリ線１０１と電柱との間で、せん絡が発生して、電柱と大地とのあいだで地絡が発生することとなり、電柱上部が高電圧となり、がいし１の両端に接続されたＳ状ホーン４の間隙で放電が発生する。
このときの、地絡電流抽出手段は、保護線１２０及びトロリー線１０１と、がいし１と、Ｓ状ホーン４とからなる構成となる。

一方、図３のせん絡導線方式においては、保護線１２０が、がいし１を介して絶縁された状態で電柱に支持され、トロリー線１０１が、がいし２またはがいし３とを介して絶縁された状態で電柱に支持され、保護線１２０が地絡導線を介して、他のがいし２及び３の一端と接続され、このがいし２及び３の他端がトロリー線１０１と接続されて配設されている。
このため、せん絡導線方式の場合には、電柱とトロリー線１０１との間に異物等が存在することにより、トロリー線１０１と地絡導線との間で、がいし２またはがいし３とのいずれかを介したせん絡（放電）が発生して、地絡としての放電電流が保護線１２０に流れ込む。
このせん絡導線方式における地絡電流抽出手段は、保護線１２０及びトロリー線１０１とがいし２またはがいし３のいずれかとからなる構成となる。

したがって、放電間隙方式及びせん絡導線方式のいずれの場合にも、せん絡による地絡が発生したとき、保護線１２０に放電電流が流れ込み、保護線１２０にサージ電圧が発生して、これがサージパルスとして、故障点からき電区分における両端に対して伝搬していくことになる。
また、保護線１２０がレール１００に接続されているため、フローティング状態となることを防止でき、保護線１２０に併設されるトロリ線１０１からの誘導電圧を抑止することも期待できる。

この保護線１２０の両端、すなわちき電用変電所１０４及びき電区分所１１０各々には、サージ電圧検出センサ９，１１がそれぞれ設けられている。
サージ電圧検出センサ９及び１１各々は、抵抗分圧器または変圧器などで構成され、後段の測定部１３１（き電用変電所１０４に配設されている），測定部１３２（き電区分所に配設されている）において、ぞれぞれ測定可能な電圧に調整して、保護線１２０の電圧を出力する。

次に、図６を用いて、き電用変電所１０４，き電区分所１１０及び情報センタＧに設けられた地絡故障の故障点を検出する故障点標定システムについて説明する。
き電用変電所１０４，き電用区分所１１０及び情報センタＧは、各々伝送路（公衆回線網，専用回線網，インターネット，無線などの情報通信網）により接続されている。
この図６においては、説明の簡略化のため、き電線１０２，トロリー線１０１及びレール１００が省略されている。

き電用変電所１０４の測定部１３１には、故障点標定システムの構成として、ＧＰＳ受信機１０，地絡判定部８，サージ電圧伝搬時間検出部１２および制御部１３が設けられている。
き電区分所１１０の測定部１３２には、故障点標定システムの構成として、ＧＰＳ受信機１０，サージ電圧伝搬時間検出部１２および制御部１３が設けられている。
また、情報センタＧには、故障点標定システムの構成として故障点算出部１４及び出力部１５が設けられている。
この故障点算出部１４及び出力部１５は、情報センタＧに設けずに、き電用変電所１０４及びき電区分所１１それぞれに、またはき電用変電所１０４及びき電区分所１１のいずれかに設けられるようにしてもよい。

測定部１３１及び１３２の各構成の説明を以下に行う。
ＧＰＳ受信機１０は、ＧＰＳ衛星からタイムコード信号を受信し、制御部１３へこのタイムコード信号を転送する。
制御部１３は、タイムコード信号を受信すると、サージ電圧伝搬時間検出部１２内に設けられたタイマ（時計）の時刻を、このタイムコード信号の入力される周期で校正する。
これにより、測定部１３１及び１３２の制御部１３の時計は、常に同期が取れた状態とすることができる。

測定部１３１のサージ電圧伝搬時間検出部１２は、サージ電圧検出部９から入力される電圧が、設定された電圧値を超えたことを検出すると、この時刻、すなわちサージパルスが入力された検出時刻を、測定部１３１の制御部１３へ通知する。
測定部１３２のサージ電圧伝搬時間検出部１２は、サージ電圧検出部１１から入力される電圧が、設定された電圧値を超えたことを検出すると、この時刻、すなわちサージパルスが入力された検出時刻を、測定部１３２の制御部１３へ通知する。

制御部１３は、自身の識別番号と、地絡故障が起こったことを示す制御信号と、上記検出時刻のデータとを含む地絡データを情報センタＧの故障点算出部１４へ出力する。
故障点算出部１４は、上記地絡データを入力すると、サージ電圧伝搬時間検出部１２（測定部１３１及び１３２）各々のサージパルスを検出した検出時刻の差から、地絡故障の起こった位置を算出することで、故障点の標定を行う。
出力部１５は表示装置や印刷装置などであり、故障点算出部１４から入力される地絡故障の故障点の位置を表示する。

次に、図５，図６及び図７を参照して、本発明の実施例である故障点標定システムの動作を説明する。図７は、地絡故障が起こった電柱からＳ状ホーンを介して注入される放電電流により発生するサージ電圧、すなわち保護線１２０におけるサージパルスの伝搬を示す波形図であり、縦軸が電圧を示し、横軸が時刻を示している。
以下の説明は、例えば、図５において、トロリ線１０１と電柱２０１との間に異物が存在することで放電状態とになり、地絡故障を起こしたとして説明する。

トロリ線１０１と電柱２０１との間において地絡故障が発生した際、電柱２０１には数十Ω以上の接地抵抗値があるため、電柱２０１に放電電流が流れたとしても、トロリ線１０１の電圧はほとんど低下しない。
このため、地絡故障が発生すると電柱２０１の対地電圧はトロリー線１０１の電圧程度まで上昇すると考えられる。
この結果、電柱２０１と保護線１２０との間に設けられたＳ状ホーン４は、例えば１０ｋＶを放電電圧とすると、両端にほぼこの１０ｋＶ以上の電圧差が生じると、放電を開始する。
これにより、保護線１２０は、放電電流が注入されることにより、例えば数千Ｖ程度に充電される。

そして、図７において、地絡故障が時刻ｔ0で発生したとすると、上記放電電流によりサージ電圧（上記数千Ｖ）に遷移するため、この電圧変化（サージ電圧の発生）がサージパルスとして故障点から、保護線１２０の両端（すなわち、き電用変電所１０４及びき電区分所１１０各々）に対して伝搬を開始することになる。
次に、き電用変電所１０４のサージ電圧検出センサ９，き電区分所１１０のサージ電圧検出センサ１１各々は、保護線１２０の電圧を例えば抵抗分圧により、測定可能な電圧値にとするために所定の比率によって分圧を行うので、入力されるサージ電圧を分圧し、この電圧をサージ電圧伝搬時間検出部１２へ出力する。

そして、サージ電圧伝搬時間検出部１２各々は、サージ電圧検出センサ９，１１それぞれから入力されるトロリー線１０１の電圧値（すなわち、所定の分圧比で分圧された電圧値）が所定の電圧値を超えるか否かを判定して、設定された電圧値を超える場合、これをサージパルスが入力されたと判定して、電圧値が所定の電圧値を超えた時点の時刻を、検出時刻として制御部１３へ出力する。

そして、き電用変電所１０４及びき電区分所１１０各々の制御部１３は、自身の識別番号と、地絡故障が起こったことを示す制御信号と、上記検出時刻のデータとを含む地絡データを情報センタＧの故障点算出部１４へ出力する。
次に、故障点算出部１４は、上記地絡データを入力すると、サージ電圧伝搬時間検出部１２各々のサージパルスを検出した検出時刻の差から、地絡故障の起こった位置を算出することで、故障点の標定を行う。

すなわち、故障点算出部１４は、地絡データの識別番号から、保護線１２０両端にあるき電用変電所１０４及びき電区分所１１０のいずれかから入力された地絡データであることを認識し、これらき測定部１３１及び測定部１３２得た検出時刻の時間差を求める。
すでに述べたように、地絡故障点で発生したサージ電圧によるサージパルスは、地絡故障が起こった故障点から対向する両側のき電用変電所１０４またはき電区分所１１０に向って伝搬していく。

そして、サージパルスの伝搬速度が同一の保護線１２０内において一定であるから、サージパルスがき電用変電所１０４及びき電区分所１１０に到達する時間は、地絡故障の起こった故障点から、き電用変電所１０４及びき電区分所１１０それぞれの距離に比例すると考えられる。
したがって、図７に示すように、故障点で発生したサージパルスが、保護線１２０上を伝搬して、き電用変電所１０４及びき電区分所１１０それぞれに到達する時刻には時間差が生じる。

例えば、き電用変電所１０４にサージパルスが到達した時刻をｔ１とし（すなわち、き電用変電所１０４を標定の基準点とおいた場合）、き電区分所１１０（基準点に対応する地点）にサージパルスが到達した時刻をｔ２とし、この時間差をｔとすると、故障点の位置を以下の式により、故障点算出部１４は算出することができる。
Ｘ＝（Ｌ／２）＋（ｔ／２）・ｖ
ここで、Ｌはき電用変電所１０４とき電区分所１１０との間の距離（単位：ｍ）であり、ｔはサージパルス到達時間差（単位：秒）であり、ｖはサージパルスの伝搬速度（単位：ｍ／秒）、Ｘは標定値（単位：ｍ）である。Ｘが正の値であればき電変電所１０４からの距離であり、Ｘが０であればき電用変電所１０４とき電区分所１１０との中間地点であり、Ｘが負であればき電区分所１１０からの距離である。ここで、サージパルスの伝搬速度ｖはあらかじめ実測された値が設定されている。

また、情報センタＧに故障点算出部１４を設置せず、き電用変電所１０４及びき電区分所１１０にそれぞれ配置した場合、またはいずれかに配置した場合、同一のトロリ線１０１の両端のき電用変電所１０４及びき電区分所１１０を伝送路により接続し、地絡判定部８が地絡故障と判定した場合に、それぞれの測定した測定時刻を地絡データとして、接続相手のき電用変電所１０４またはき電区分所１１０へ通知することにより、き電用変電所１０４及びき電区分所１１０それぞれが独立して故障点の標定を行うことができる。
この場合、き電用変電所それぞれが故障点を標定するため、情報センタＧに確認しなくても、自身のほうが他より近いか否かが判断でき、故障点に近い方のき電用変電所の係員が、地絡故障の調査・回復に出向く効果がある。

また、図８は、き電区分の１つ（交流き電電圧印加部分の一つ）、すなわち保護対象区間に注目して記載した、本発明のＢＴき電方式における故障点標定システムの実施例を説明する概念図である。
サージ電圧検出センサ９は、き電用変電所１０４において、負き電線１０８と接地電位（大地）との間に介挿されている。
同様に、サージ電圧検出センサ１１は、き電区分所１１０において、負き電線１０８と接地電位（大地）との間に介挿されている。

ここで、負き電線１０８は、トロリー線１０１とともに、上述した遮断器を介して、き電用変電所１０４の変圧器に接続されており、ＡＴき電方式における保護線１２０を兼用している。また、トロリー線１０１は、ＡＴき電方式におけるき電線１０２を兼用している。
したがって、地絡が起こった場合、放電電流が負き電線１０８に流れ込み、サージ電圧が発生して、これがサージパルスとして、負き電線１０８上において、ＡＴき電方式で説明したのと同様に、故障点を始点として負き電線１０８（保護線）の両端それぞれに伝搬していく。
これ以降における、サージ電圧検出センサ９及び測定部１３１と、サージ電圧検出センサ１１及び測定部１３２との各々における構成及び処理は、すでに説明した図５〜図７におけるＡＴき電方式と同様である。

なお、図１における地絡判定部８，サージ電圧伝搬時間検出部１２，制御部１３，故障点算出部１４の各機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより地絡故障の判定や故障点の標定処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

交流き電方式（ＡＴき電方式）のき電回路の構成を示す概念図である。 交流き電方式（ＢＴき電方式）のき電回路の構成を示す概念図である。 交流き電回路における地絡保護方式であるせん絡導線方式（二重絶縁方式）の構成を示す概念図である。 交流き電回路における地絡保護方式である放電間隙方式（Ｓ状ホーン方式）の構成を示す概念図である。 本発明の実施例が用いられる交流き電方式（ＡＴき電方式）の系統構成の一例を示す概念図である。 き電用変電所，き電区分所及び情報センタに配設される故障点標定システムの構成例を示すブロック図である。 故障点からのサージパルスの到達時刻が各き電用変電所で異なることを示す波形図である。 本発明の実施例が用いられる交流き電方式（ＢＴき電方式）の系統構成の一例を示す概念図である。

符号の説明

１，２，３…がいし ４…Ｓ状ホーン（放電間隙装置）
８…地絡判定部
９，１１…サージ電圧検出センサ １０…ＧＰＳ受信機（ＧＰＳ）
１２…サージ電圧伝搬時間検出部 １３…制御部
１４…故障点算出部 １５…出力部
１００…レール １０１…トロリー線
１０２…き電線 １０３…単巻変圧器
１０４…き電用変電所 １０６…吸上変圧器
１０８…負き電線 １１０…き電区分所
１２０…保護線（ＰＷ） １３１，１３２…測定部
２００…電気車
２０１，２０２，２０３…電柱 Ｇ…情報センタ

Claims (5)

1. 少なくともトロリー線を有する交流き電電圧印加部分を、それらの施設方向に沿った複数個の箇所で、それぞれ絶縁してレール沿いの予定の高さで支持するための部材を含む構造物と、トロリー線との間でせん絡し、トロリー線が前記構造物を介して地絡した故障点を標定する故障点標定システムであって、
   トロリー線が地絡したときに保護線に地絡電流を流す、前記構造物と保護線との間に介挿される地絡電流抽出手段と、
   地絡電流により、故障点から保護線上に生成されるサージパルスを検出した時刻を測定する、保護線の両端に各々設けられたサージ電圧伝搬時間検出手段と、
   該サージ電圧伝搬時間検出手段各々の検出した時刻から、前記故障点の位置を算出する故障点算出手段と
   を有することを特徴とする故障点標定システム。
2. 前記地絡電流抽出手段が、前記構造物に接続されたＳ状ホーンにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載の故障点標定システム。
3. き電線及びトロリー線とを有する交流き電電圧印加部分を、それらの施設方向に沿った複数個の箇所で、それぞれ絶縁してレール沿いの予定の高さで支持するための部材を含む構造物と、トロリー線との間でせん絡し、トロリー線が前記構造物を介して地絡した故障点を標定する故障点標定方法であって、
   前記構造物と保護線との間に介挿される抽出手段により、トロリー線が地絡したときに保護線に地絡電流を流す地絡電流抽出過程と、
   保護線の両端に各々設けられたサージ電圧伝搬時間検出手段により、地絡電流によって、故障点から保護線上に生成されるサージパルスを検出し、この検出した時刻を測定するサージ電圧検出過程と、
   該サージ電圧伝搬時間検出手段各々の検出した時刻から、前記故障点の位置を算出する故障点算出過程と
   を有することを特徴とする故障点標定方法。
4. き電線及びトロリー線とを有する交流き電電圧印加部分を、それらの施設方向に沿った複数個の箇所で、それぞれ絶縁してレール沿いの予定の高さで支持するための部材を含む構造物と、トロリー線との間でせん絡し、トロリー線が前記構造物を介して地絡した故障点を標定する故障点標定処理を行うプログラムであって、
   前記構造物と保護線との間に介挿される抽出手段により、トロリー線が地絡したときに地絡電流が保護線に流れ、この保護線に発生するサージパルスが各々保護線の両端において検出された時刻を入力するサージ電圧入力処理と、
   該サージ電圧伝搬時間検出処理の検出した各々の時刻から、前記故障点の位置を算出する故障点算出処理と
   を有する処理を行うコンピュータが実行可能なプログラム。
5. 請求項４のプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
   

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