JP2008074354A - セクション箇所架線切断防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成により、エアセクションを短絡する電車の存在を検出し、パンタグラフよるトロリ線の短絡による損傷を防止するエアセクション断線防止装置を提供する。
【解決手段】本発明のセクション箇所架線切断防止装置は、直流き電回路の異なるき電区間の電車線に設けられるエアセクションにおける架線切断を防止する装置であり、セクション区間の一方の端部の位置に対応し、レールに設けられた電流を測定する第1のレール電流検出器と、セクション区間の他方の位置に対応し、レールに設けられた該レールに流れる電流を測定する第2のレール電流検出器と、第1及び第2のレール電流検出器の測定した電流の差分を第1の差分電流として算出し、該第1の差分電流が予め設定された第1の閾値を超えるか否かを検出し、セクション区間にて力行する電車の存在の有無を検出する保護制御部とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、直流き電回路のエアセクションにおける架線の切断を防止するセクション箇所架線切断防止装置に関するものである。

直流き電方式（直流電気鉄道）においては、変電所から電車に対して電力を供給するき電線が、他の変電所や遮断器からのき電線に切り替わる部分として、エアセクションが存在する。
すなわち、直流き電方式においては、変電所からトロリ線に電力供給する際、上記エアセクションを変電所直下及びき電区分所に設けることで、事故の際に変電所等に配備されている遮断器を開閉することにより、事故の他の区分に対する波及を防止している。一般に、エアセクションは変電所の目前の箇所に配置され、列車は原則として力行せずに惰行で走行してこのエアセクションを通過することと定められている。

このエアセクションは、例えば、図８に示すように、異なるき電線に接続され、ちょう架線につり下げられた架線（以下、トロリ線と記述）をそれぞれＡ線及びＢ線とする。電車には、電車の上部に設けられたパンタグラフを介して、上記トロリ線から走行の為の電力が供給される。図８は、トロリ線と電車との位置関係を横から見た概念図である。
この切り替わり部分は図９に示すように、異なるき電線に接続されるＡ線及びＢ線は直接に接続されておらず、大気により絶縁された状態となっている。図９は、トロリ線と電車との位置関係を上方から見た概念図である。

図１０は、図８及び図９におけるＡ線及びＢ線とエアセクションとの電気的な関係を示す電気回路の概念図である。
変電所，き電区分所及び断路器ポストなどの電力供給源２００に対して、遮断器２０１及び２０２により分離されたき電線２０４，２０５各々に対して、トロリ線からなるＡ線及びＢ線がそれぞれ接続されている。遮断器２０１及び２０２は、電力供給源２００からのき電線２０４，２０５への電力供給を制御する。
ここで、き電線の分離に対応して、Ａ線及びＢ線がエアセクション２０３により絶縁されている。

このエアセクションに電車が力行しながら侵入してきた場合、またはエアセクションの片側が無電圧の状態にて電車が侵入してきた場合等の状況において、図１０に示すようにエアセクション部において、電車のパンタグラフのすり板により上記Ａ線及びＢ線が短絡、すなわち電気的に接続されて導通状態となる。このとき、上記すり板上にて大電流が生じ、トロリ線が損傷することが知られている。
図８は電車のパンタグラフと、Ａ線及びＢ線との関係を示す横方向、図９は上方向から見た概念図である。

このため、従来からエアセクションにおけるトロリ線の損傷を防止するための、さまざまなトロリ線への電力供給の制御法が考案されている。
エアセクションにおけるトロリ線の損傷を防止する方法としては、セクションの所定の位置に投光器と光電センサとを用いて、電車がセクションに存在していることを検知し遮断器の制御を行う技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、エアセクションにおけるトロリ線の損傷を防止する方法としては、き電線や吊架線（トロリ線）に流れる電流を検出する電流検出器を元に電車に流れる負荷電流と位置とを検出する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、上記特許文献１の技術は、センサによる電車の検出により、セクション内に電車が存在していることを検出するが、電車が存在することと、この電車を介してトロリ線に電流が流れているか否かの相関関係がなく、遮断器に対して不要な制御を行う欠点がある。

さらに、特許文献２の技術は、電圧が印加されているき電線やトロリ線に対し、電流検出器を設置する必要があるため、必ずしも容易に適用することができる方法ではない。
また、パンタグラフによるエアセクションにおけるトロリ線の短絡に対して、セクションを複数個に分割し、それぞれ分割されたセクション区分にて、トロリ線に流れる電流の制御を行う技術が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
しかしながら、この特許文献３の技術は、き電線及びトロリ線からなる電車線設備の大規模な変更が必要となるため、変更を行う工事の工期及び費用がかかる欠点がある。
特開２００３−２００７６５号公報 特開２００５−１１９５１９号公報 実開昭５２−１６４８０９号公報

上述したように、セクションにおけるトロリ線の損傷を防止する技術はあるが、近年、電車の負荷電流及び回生電流が増大しているため、エアセクションを通過する電車が負荷電流を集電していない惰行電車の場合であっても、近傍に回生している電車や力行している電車が存在することにより、トロリ線が損傷を受けることがある。
この場合、き電線やトロリ線に流れる電流を検出することのみでは、力行している電車に流れる負荷電流であるのか、エアセクションにおけるトロリ線の短絡により流れる電流であるのかの判別を行うことが困難である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、簡易な構成により、エアセクションを短絡する電車の存在を検出し、パンタグラフによるエアセクションにおけるトロリ線の短絡による損傷を防止するよう電流の供給及び経路の制御を行うことができるエアセクション断線防止装置を提供することを目的とする。

本発明のセクション箇所架線切断防止装置は、直流き電回路の異なるき電区間の電車線に設けられるエアセクションにおける架線切断を防止するセクション箇所架線切断防止装置であり、前記エアセクションにおけるセクション区間の一方の端部の位置に対応し、レールに設けられた該レールに流れる電流を測定する第１のレール電流検出器と、前記セクション区間の他方の位置に対応し、前記レールに設けられた該レールに流れる電流を測定する第２のレール電流検出器と、前記第１及び第２のレール電流検出器の測定した電流の差分を第１の差分電流として算出し、該第１の差分電流が予め設定された第１の閾値を超えるか否かを検出し、前記エアセクションにて力行する電車の存在の有無を検出する保護制御部とを有することを特徴とする。

本発明のセクション箇所架線切断防止装置は、前記エアセクションの一方の電車線に流れる電流を検出し、第１の電車線電流として出力する第１の電車線電流検出器と、前記エアセクションの他方の電車線に流れる電流を検出し、第２の電車線電流として出力する第２の電車線電流検出器とをさらに有し、前記保護制御部が前記第１及び第２の電車電流の差分を第２の差分電流として算出し、該第１の差分電流が第１の閾値を超えないことを検出した際、第２の差分電流が予め設定した第２の閾値を超えるか否かを検出し、前記エアセクションにて惰行する電車の存在の有無を検出することを特徴とする。

本発明のセクション箇所架線切断防止装置は、前記エアセクションにおける一方及び他方の電車線を電気的に短絡または開放するエアセクション遮断器をさらに有し、前記保護制御部が惰行している電車が予め設定した第１の存在時間を超えて、前記エアセクションに存在していることを検出すると、前記エアセクション遮断器を短絡することを特徴とする。

本発明のセクション箇所架線切断防止装置は、変電所と一方の電車線との間を電気的に短絡または開放する第１の遮断器と、前記変電所と他方の電車線との間を電気的に短絡または開放する第２の遮断器とをさらに有し、前記保護制御部が力行している電車が予め設定した第２の存在時間を超えて、前記エアセクションに存在していることを検出すると、前記第１及び第２の遮断器を開放することを特徴とする。

本発明のセクション箇所架線切断防止装置は、前記保護制御部が第１の差分電流を積分器にて電圧変換し、差分電流及び差分電流の流れている時間を、予め設定した閾値を超えたことを検出することにより、前記第２の存在時間を超えたと判定することを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、レールに流れる電流を検出する第１及び第２のレール電流検出器と、予め既存設備として配設されている変電所から電車線に供給される電流を検出する第１及び第２の電車線電流検出器とにより、エアセクションに進入してきた電車を検出するため、既存の電車線設備に対して新たに電流検出器を施設したり、電車線設備の改良を行う必要が無く、レールに対してのみ電流検出器を施設するのみであり、電流検出器施設の施行が容易であり、簡易な構成により、エアセクションにおける電車線（トロリ線）を短絡させる電車の存在を、経済的に検出することができる。

また、本発明によれば、電車がエアセクション内に存在しているのみの検出だけではなく、エアセクション内にて電車が力行により走行している状態、または惰行により走行している状態をそれぞれ検出することができるため、それぞれの状態に応じて、変電所等及び電車線間の遮断器やエアセクションにて開放された電車線を短絡する遮断器の動作状態を設定することができ、無駄のない制御により、パンタグラフによるエアセクションにおけるトロリ線の短絡による損傷を防止するよう電流の供給及び経路の制御を行うことができる。

また、本発明によれば、エアセクションに流れる電流の電流値と、この電流が流れる時間とに基づいて、遮断器の短絡及び開放の制御を行うため、電流量が少なく電車線が損傷する懸念が少ない場合に遮断器の不要な動作を抑制して、効果的な遮断器の制御を行うことができる。

以下、本発明の一実施形態による直流き電方式におけるセクション箇所架線切断防止装置を図面を参照して説明する。図１は同実施形態によるセクション箇所架線切断防止装置の構成例を示すブロック図である。
変電所において、電力供給源２００は母線１９９に接続され、この母線１９９はき電線２０４及び２０５各々と、それぞれ遮断器２０１及び２０２を介して接続されている。これら遮断器２０１及び２０２は、き電線２０４，２０５とレール２とが地絡した際などに、母線１９９から各き電線を切り離すために設けられている。

上記遮断器２０１及び２０２により、母線１９９から分離されるき電線２０４，２０５は、例えば、それぞれトロリ線（架線）２０６及び２０７に対して電気的に接続され、導通状態となっている。
このトロリ線２０６及び２０７は、従来例と同様にちょう架線２０８及び２０９により吊り下げられる構成となっている。
また、電車がき電線２０４または１０５とレール２との間に介挿された負荷として存在し、電車，トロリ線２０６，２０７（開閉手段を介して接続されたトロリ線及びセクション内トロリ線），き電線２０４，２０５，レール２及び変電所からなる「直流き電回路」が構成されている。

すでに述べたように、遮断器２０１及び２０２各々で母線１９９から分離されているき電線２０４，２０５間を絶縁するため、トロリ線２０６とトロリ線２０７との間にはエアセクション３が設けられている。ここで、き電線２０４はトロリ線２０６と接続され、き電線２０５はトロリ線２０７と接続されている。
また、上記エアセクション３の存在する位置に対応、すなわちエアセクション３のパンタグラフにてショートする領域として、レール２にエアセクション区間が設定されており、この区間の両端各々より外側の位置に、レール電流検出器２４１及び２４２が設けられている。

ここで、エアセクション３の長さは、図２に示すように通常５０ｍである。したがって、電車のパンタグラフがトロリ線２０６とトロリ線２０７とを短絡させる距離は、一般に上記５０ｍ（エアセクション３の長さ）以下となる。
また、電車の長さは図２に示すように、一般的に２０ｍであり、負荷電流を取るモータ付きの車両（電車）は、全編成両数の半分前後の割合となっている場合が多い。
そこで、図３に示すように、レール電流検出器２４１及び２４２は、エアセクション３の直下の位置に、数十ｍ（例えば、４０ｍ前後）の間隔にて設けられる。

このレール電流検出器２４１及び２４２は、例えば、レール電流センサなどをであり、上記き電回路におけるレール２と電力供給源２００との間に流れるレール電流の検出、すなわち測定を行い、それぞれ測定結果をレール電流ＩR1，ＩR2として出力する。
エアセクション遮断器２０３は、エアセクション３に設けられており、開放されて絶縁状態にあるトロリ線２０６とトロリ線２０７とを電気的に接続するか、または開放するかの制御を行う。また、エアセクション遮断器２０３は、通常、開放状態となっており、異常の際に、保護制御部１により短絡状態とされる。

また、変電所において、電力供給源３００は母線２９９に接続され、この母線２９９はき電線３０４及び３０５各々と、それぞれ遮断器３０１及び３０２を介して接続されている。これら遮断器３０１及び３０２は、遮断器２０１及び２０２と同様に、き電線３０４，３０５とレール２とが地絡した際などに、母線２９９から各き電線を切り離すために設けられている。

電車線電流検出器２５１は、遮断器２０１とき電線２０４との間に設けられ、トロリ線２０６に供給される電車線電流ＩT1を検出、すなわち測定する。
電車線電流検出器２５２は、遮断器２０２とき電線２０５との間に設けられ、トロリ線２０７に供給される電車線電流ＩT2を検出、すなわち測定する。
上記電車線電流検出器２５１及び２５２は、従来から母線１９９とき電線２０４，２０５との間に設けられており、新たに配設する構成ではない。

保護制御部１は、設置場所を問わないが基本的に変電所に設置され、レール電流検出器２４１及び２４２からレール電流ＩR1，ＩR2を入力し、レール電流ＩR2とレール電流ＩR1との差分電流ΔＩR21を算出し、この差分電流ΔＩR21をＣＲ積分回路などにより、電荷を容量に蓄積させることにより蓄積電圧ＶR21に変化させる。
また、保護制御部１は、上記蓄積電圧ＶR21が予め設定した閾値電圧ＶAを超えるか否かの判定を行い、蓄積電圧ＶR21が閾値電圧ＶAを超えていることを検出した場合、遮断器２０１及び２０２を開放させ、蓄積電圧ＶR21が閾値電圧ＶAを超えていないことを検出した場合、遮断器２０１及び２０２を短絡させる。
上記閾値電圧ＶAは、電流値と時間との積に依存する値、すなわち電荷が一定以上蓄積されることにより、損傷が発生することが実験的に知られているため、各電車線毎の実験値から求めた数値として設定される。

また、保護制御部１は、蓄積電圧ＶR21が閾値電圧ＶAを超えていない場合、電車線電流ＩT1と電車線電流ＩT2との差である差電流ＩT21と、この差電流ＩT21をＣＲ微分回路にて微分した微分電流ΔＩT21とを求める。
保護制御部１は、微分電流ΔＩT21が予め設定した閾値ΔＩL（負の値）を超え、かつ上記差電流ＩT21がレール電流検出器２４１の検出するレール電流ＩR1を所定の割合より下回る時間が閾値時間Ｔを超えた場合、遮断器２０３を短絡して、惰行している電車のパンタグラフにより短絡電流を低減させる。

また、保護制御部１は、差電流ＩT21がレール電流ＩR1を所定の割合より下回ったことを検出すると、内部のタイマにより時間ＴRのカウントを開始し、この時間ＴRが閾値時間Ｔを超えるか否かの検出を行う。
上述した閾値ΔＩL及び閾値時間Ｔは、すでに説明した閾値電圧ＶAの設定と同様に、電荷が一定以上蓄積されることにより、損傷の発生することが実験的に知られているため、各電車線毎の実験値から求めた数値として設定される。

次に、図１，図４及び図５を用いて、本実施形態によるセクション箇所架線切断防止装置の動作例を説明する。ここで、図１において、電車が矢印Ｈの方向（図の左から右方向）へ走行し、力行の状態（負荷電流を消費している状態）でエアセクションに進入し、エアセクション区間を通過するとして説明を行う。図４は図１に示す直流き電回路に流れる電流を示す概念図である。
また、図５は図１における各電流検出器（２４１，２４２，２５２，２５３）の検出した電流と、それぞれから求められる差分電流ΔＩR12，差分電流ＩT21，微分電流ΔＩT21とを示す波形図であり、横軸が時刻を示し、縦軸が電流値を示している。

図５において、編成両数のうち３両がモータ付車両である電車があり負荷電流を電車がレール２に対して流すこととなる。それぞれのモータ付き車両の間隔は、レール２に取り付けられているレール電流検出器２４１とレール電流検出器２４２との間隔より長いとする。そして、図５は最後のモータ付き車両、すなわち車両付き車両の３両目がエアセクション３内において、負荷電流を取りながら低速にて通過、あるいは力行状態にて停止してしまった状態と示している。
ここで、レール電流ＩR1は電車及びレール２を介して電力供給源２００に対して流れる電流であり、レール電流ＩR2は電車及びレール２を介して電力供給源３００に対して流れる電流である。

時刻ｔ0において、電車の全ての車両は、Ｈ方向に対して、レール電流検出器２４１及び２４２の手前、図４におけるレール電流検出器２４１の右側に存在している。
この位置において、電車の負荷電流は、電力供給源２００が電力供給源３００に対して、電車から近い位置に存在するため、ほぼ電力供給源２００に流れる。
これにより、レール電流検出器２４１及び２４２ともに、電車に対してＨ方向に存在するため、ほぼ電流が流れず、同様の電流値のレール電流ＩR1及びＩR2を検出している。
また、電車に流れる負荷電流は、トロリ線２０６を介して、き電線２０４から供給されているため、電車線電流検出器２５１にて検出される電車線電流ＩT1として検出されている。

次に、時刻ｔ３において、車両編成における最初のモータ付き車両の１車両目がエアセクションに到達すると、この１車両目の電車のパンタグラフにより、トロリ線２０６及び２０７が短絡することとなる。
また、モータ付き車両の電車がエアセクション区間に進入するため、モータ付き車両がレール電流検出器２４１とレール電流検出器２４２との間に位置することとなる。
これにより、上述したように、負荷電流がレール２を介して電力供給源２００にほぼ流れるため、レール電流ＩR1がレール電流ＩR2に比較して大きな値となる。
このとき、保護制御部１は、レール電流ＩR1とレール電流ＩR2との差分である差分電流ΔＩR12を積分回路により、電荷量として蓄積していく処理を行う。

次に、時刻ｔ４となる前に、モータ付き車両の１両目がエアセクションを通過したため、負荷電流を流す電車がエアセクション内に存在せず、レール電流検出器２４１及び２４２ともに、電車の負荷電流が流れないため、ほぼ電流が流れず、同様の電流値のレール電流ＩR1及びＩR2を検出している。
このため、上記積分回路に蓄積された電荷量による電圧ＶR12は、閾値ＶAを超えることがなく、保護制御部１は各遮断器の制御を行うことはなく、積分回路に蓄積された電荷を放電し、積分回路の初期化を行う。
すなわち、保護制御部１は、電圧ＶR12が閾値ＶAを超えずに、レール電流ＩR1及びＩR2が等しく、差分電流ΔＩR12がほぼ「０」となると、積分回路の電荷の蓄積をリセットすることとなり、次のモータ付き車両がエアセクション３に進入する状況に対応することができる。

次に、時刻ｔ７において、車両編成における最初のモータ付き車両の２車両目がエアセクションに到達すると、この２車両目の電車のパンタグラフにより、トロリ線２０６及び２０７が短絡することとなる。
また、モータ付き車両の電車がエアセクション区間に進入するため、モータ付き車両の２車両目がレール電流検出器２４１とレール電流検出器２４２との間に位置することとなる。
これにより、上述したように、負荷電流がレール２を介して電力供給源２００にほぼ流れるため、レール電流ＩR1がレール電流ＩR2に比較して大きな値となる。
このとき、保護制御部１は、時刻ｔ３で記載したように、レール電流ＩR1とレール電流ＩR2との差分である差分電流ΔＩR12を積分回路により、電荷量として蓄積していく処理を行う。

次に、時刻ｔ８となる前に、モータ付き車両の２両目がエアセクションを通過したため、負荷電流を流す電車がエアセクション内に存在せず、レール電流検出器２４１及び２４２ともに、電車の負荷電流が流れないため、ほぼ電流が流れず、同様の電流値のレール電流ＩR1及びＩR2を検出している。
このため、上記積分回路に蓄積された電荷量による電圧ＶR12は、閾値ＶAを超えることがなく、保護制御部１は各遮断器の制御を行うことはなく、積分回路に蓄積された電荷を放電し、積分回路の初期化を行う。

次に、時刻ｔ９において、車両編成における最初のモータ付き車両の３車両目がエアセクションに到達すると、この３車両目の電車のパンタグラフにより、トロリ線２０６及び２０７が短絡することとなる。
また、モータ付き車両の電車がエアセクション区間に進入するため、モータ付き車両の３車両目がレール電流検出器２４１とレール電流検出器２４２との間に位置することとなる。
これにより、上述したように、負荷電流がレール２を介して電力供給源２００にほぼ流れるため、レール電流ＩR1がレール電流ＩR2に比較して大きな値となる。
このとき、保護制御部１は、時刻ｔ３で記載したように、レール電流ＩR1とレール電流ＩR2との差分である差分電流ΔＩR12を積分回路により、電荷量として蓄積していく処理を行う。

このとき、３車両目のモータ付き車両がパンタグラフにより、エアセクション３においてトロリ線２０６及び２０７を短絡させた状態で、非常な低速により力行していると、時間経過により差分電流ΔＩR12が積分回路により連続的に蓄積されていくこととなる。
そして、上述したように、保護制御部１は、積分回路の出力する電圧ＶR12が閾値ＶAを超えるか否かの検出処理を行い、電圧ＶR12が閾値ＶAを超えたことを検出すると、遮断器２０１及び２０２を短絡状態から開放状態へと移行させ、電車への負荷電流の供給を停止する。これにより、エアセクション３において、電車のパンタグラフにより短絡されているトロリ線２０６及び２０７の損傷を防止することができる。

なお、直流き電回路においては、通常、１つのトロリ線に対して、２つのき電線が接続される並列き電を行っており、電力供給源２００からトロリ線２０６へ負荷電流を供給する遮断器２０１を開放する制御を行う場合、対向する変電所の電力供給源３００の遮断器３０１に対しても、保護制御部１は連絡遮断装置を介して、遮断器３０１を短絡から開放状態に移行させる制御を行う。
また、上述したように、保護制御部１は、トロリ線２０６に短絡したトロリ線２０７に対して電流を供給する経路を切断するため、遮断器２０２を短絡状態から開放状態に移行する。すなわち、本実施形態におけるセクション箇所架線切断防止装置は、事故時の遮断器制御の動作に準じた取り扱いを行うものとする。

また、保護制御部１が遮断器２０１及び２０２を開放状態とした際、管理者にこの遮断器の開放が通知され、状況が確認された後、管理者が遮断器２０１及び２０２を開放状態から短絡状態に移行させる処理を保護制御部１を介して行う。

また、保護制御部１は、遮断器２０１及び２０２を開放状態とした後、管理者に通知するとともに、内部タイマにより時間の計数を開始し、計数時間ＴSが予め設定された検出時間ＴPを超えるか否かの検出を行う。
この検出時間ＴPは、一般的な低速で力行している編成車両全てがエアセクションを通過するのに必要な時間を、過去の統計値の平均を取ったものを使用しても良い。
そして、保護制御部１は、一端、遮断器２０１及び２０２を開放状態から短絡状態に移行させ、差分電流ΔＩR12を求め、予め設定した電流値（差として問題があると実験的に得られた数値）を超えているか否かの検出を行う。

このとき、保護制御部１は、差分電流ΔＩR12が予め設定した電流値を超えていた場合、再度、遮断器２０１及び２０２を短絡状態から開放状態に移行させ、管理者に再度通知を行う。
一方、保護制御部１は、差分電流ΔＩR12が予め設定した電流値を超えていた場合、再度、遮断器２０１及び２０２を短絡状態から開放状態に移行させ、負荷電流の供給を停止させるとともに、管理者に再度通知を行う。

上述した構成により、本実施形態は、電車が力行してエアセクションに進入した際、電車線であるトロリ線の損傷の要因として寄与する「電流値（負荷電流）と時間（エアセクションの短絡状態にて負荷電流が流れる時間）との積」の測定を、レール電流検出器にてレール電流を検出することのみで行うことができる。
したがって、従来の手法である電車の速度検知やトロリ線での電流検出、ないしは電車線設備への測定のための新たな設備の追加などが、本実施形態においては不要である。
なお、上述した２つの電流検出器を用いて、この電流検出器に挟まれた領域内に、力行して進入する電車の負荷電流を検出する方法は、エアセクションに限定されず駅や車両基地などにも適用可能である。

次に、図６及び図７を用いて、本実施形態によるセクション箇所架線切断防止置の動作例を説明する。ここで、図６において、電車５００が矢印Ｈの方向（図の左から右方向）へ走行し、惰行の状態（負荷電流を消費していない状態）でエアセクション区間に進入し、エアセクション区間を通過するとして説明を行う。ここで、レール２上には、電車５００以外に、エアセクション区間でない領域にて、トロリ線２０６に回生電流を流す電車５０１と、トロリ線２０７から負荷電流を供給され力行している電車５０２が存在しているとする。
図７は図６における各電流検出器（２４１，２４２，２５１，２５２）の検出したレール電流ＩR1，ＩR2及び電車線電流ＩT1，ＩT2と、それぞれから求められる差分電流ΔＩR12，差分電流ＩT21，微分電流ΔＩT21とを示す波形図であり、横軸が時刻を示し、縦軸が電流値を示している。ここで、電車５００は惰行して負荷電流を消費していないため、エアセクション区間の外側に存在している場合も、エアセクション区間の内側に存在している場合も、図７に示すように、レール検出電流ＩR1及びＩR2間における差はなく、同様の電流値であり、微分電流ΔＩR21は「０」である。

時刻ｔ10において、電車５００はエアセクション区間に進入しておらず、Ｈ方向に対してレール電流検出器２４１より手前（図６における左側）に存在している。
このとき、電車線電流ＩT1は電車５０１からき電線２０４を介して母線１９９の方向に流れる回生電流であるため、負電流となっている。また、電車線電流ＩT2は電車５０２に対してき電線２０５を介して供給される負荷電流であるため、正電流となっている。
したがって、電車線電流ＩT2から電車線電流ＩT1との差電流ＩT21は、電車線電流ＩT1の絶対値と電車線電流ＩR2とを加算した大きな電流となっている。
このとき、差電流ＩT21の変化量を示す微分電流ΔＩT21は、差電流ＩT21が一定のため、「０」となっている。また、エアセクション３に流れる電流ＩASは電車５００がエアセクション区間に進入していないため「０」である。

次に、時刻ｔ１３において、電車５００の１両目がエアセクション区間に進入すると、電車５００のパンタグラフがトロリ線２０６とトロリ線２０７とを電気的に短絡することとなり、き電線２０４を介して母線１９９とき電線２０５を経由して電車５０２あるいは母線２９９の方向に流れていた回生電流がトロリ線２０６及びトロリ線２０７を介し、電車５０２あるいは電力供給源３００に対して流れる。
このとき、通常、エアセクション３は電力供給源２００の前に配置されているため、き電線２０４に比較して抵抗の大きなトロリ線２０６，２０７を介して電流（この例では回生線電流）が流れることはない。

しかしながら、エアセクション３が電力供給源２００と離れている場合、トロリ線２０６，２０７に対して相対的にき電線２０４の抵抗が高くなり、トロリ線２０６、２０７側にき電線２０４、２０５より大きな電流が流れることとなる。
このとき、保護制御部１は、微分電流ΔＩT21が予め設定している閾値電流ΔＩLを超え、かつ差電流ＩT21がレール電流ＩR1（及びＩR2）に比較して低いことを検出した場合、エアセクション区間に電車５００が存在し、電車５００のパンタグラフがエアセクション３を短絡させてエアセクション電流が流れていることを検出し、内部のタイマを起動し、時間のカウントを開始する。

次に、時刻ｔ14において、電車５００の１両目がエアセクション区間からでて、電車５００のパンタグラフによるトロリ線２０６とトロリ線２０７とが短絡状態から開放状態に遷移して、エアセクション電流ＩASは「０」となる。
ここで、保護制御部１は、タイマによりカウントした時間が閾値時間Ｔを超える前に、エアセクション３の微分電流ＩT21が正の電流値となったため、タイマのカウントを終了するとともに、タイマのカウント値を「０」にリセットする。

そして、時刻ｔ15において、電車５００の２両目がエアセクション区間に進入すると、電車５００のパンタグラフがトロリ線２０６とトロリ線２０７とを電気的に短絡することとなり、き電線２０４を介して電力供給源２００に流れていた回生電流がトロリ線２０６及びトロリ線２０７を介し、電車５０２あるいは電力供給源３００に対して流れる。
これにより、保護制御部１は、微分電流ΔＩT21が予め設定している閾値電流ΔＩLを超え、かつ差電流ＩT21がレール電流ＩR1（及びＩR2）に比較して低いことを検出した場合、エアセクション区間に電車５００が存在し、電車５００のパンタグラフがエアセクション３を短絡させてエアセクション電流が流れていることを検出し、内部のタイマを起動し、時間のカウントを開始する。

次に、時刻ｔ20において、保護制御部１は、タイマのカウントする時間が閾値時間Ｔを超えたことを検出すると、トロリ線２０６及び２０７を損傷する可能性が高くなる「短絡の継続時間」であると検出し、遮断器２０３によりトロリ線２０６及び２０７を短絡し、エアセクション電流ＩASを遮断器２０３を介して流し、エアセクション３間を短絡するパンタグラフを介して流れる電流を抑制する。
また、このとき、保護制御部１は、タイマを「０」にリセットするとともに、新たな時間のカウントを開始し、遮断器２０３を遮断している期間の設定値である時間ＴEを検出するためのカウントを開始する。
保護制御部１は、タイマのカウントした時間と、時間ＴEとの比較を行い、一致したか否かを検出することにより、遮断する期間が経過したことを検出する。

次に、時刻ｔ30において、保護制御部１は、タイマにてカウントしている時間と、時間ＴEとが一致したことを検出すると、遮断器２０３を短絡状態から開放状態に遷移させる。
このとき、保護制御部１は、差電流ＩT21がレール電流ＩR1（及びＩR2）より高い値であることを検出すると開放状態を維持する。
また、保護制御部１は、微分電流ΔＩT21が予め設定した正の電流値を超えたことを検出すると開放状態を維持するようにしてもよい。

一方、保護制御部１は、遮断器２０３の開放時の微分電流ΔＩT21が「０」であることを検出すると、電車５００のパンタグラフによるエアセクションの短絡状態が継続していることを検出して、再度、遮断器２０３を開放状態から短絡状態に換え、再度、タイマを「０」にリセットして、時間のカウントを開始し、遮断時間ＴEが経過したか否かの検出処理を開始する。
また、保護制御部１は、微分電流ΔＩT21が予め設定した正の電流値を超えないことを検出すると、再度、遮断器２０３を開放状態から短絡状態に換え、再度、タイマを「０」にリセットして、時間のカウントを開始し、遮断時間ＴEが経過したか否かの検出処理を開始するようにしてもよい。

上述した測定電流及びタイマのカウントする時間と比較する設定値は、保護制御装置１を配置する領域毎に予め机上で計算した数値を仮に設定して運用し、実際の負荷特性を元にそれぞれの領域に対応する数値に修正する。

本発明の一実施形態によるセクション箇所架線切断防止装置の構成例を示す概念図である。 エアセクション区間の長さと電車の長さとの関係を示す概念図である。 エアセクション区間とき電回路におけるエアーセクションについて説明する概念図である。 図１に示す直流き電回路に流れる電流経路（電車５００が力行時）を示す概念図である。 図１に示す直流き電回路に流れる電流を示す波形図である。 図１に示す直流き電回路に流れる電流経路（電車５００が惰行時）を示す概念図である。 図６に示す直流き電回路に流れる電流を示す波形図である。 エアセクションをトロリ線と電車との位置関係から示す概念図である。 エアセクションの構造を示す概念図である。 トロリ線とエアセクションとの電気的な関係を示す概念図である。

符号の説明

１…保護制御部
２…レール
３…エアセクション
２００，３００…電力供給源
１９９，２９９…母線
２０４，２０５，３０４，３０５…き電線
２０１，２０２，２０３，３０１，３０２…遮断器
２０６，２０７…トロリ線
２０８，２０９…ちょう架線
２４１，２４２…レール電流検出器
２５１，２５２…電車線電流検出器
５００，５０１，５０２…電車
ＩAS…エアセクション３に流れる電流
ＩR1，ＩR2…レール電流
ＩT1，ＩT2…電車線電流

Claims (5)

1. 直流き電回路の異なるき電区間の電車線に設けられるエアセクションにおける架線切断を防止するセクション箇所架線切断防止装置であり、
   前記エアセクションにおけるセクション区間の一方の端部の位置に対応し、レールに設けられた該レールに流れる電流を測定する第１のレール電流検出器と、
   前記セクション区間の他方の位置に対応し、前記レールに設けられた該レールに流れる電流を測定する第２のレール電流検出器と、
   前記第１及び第２のレール電流検出器の測定した電流の差分を第１の差分電流として算出し、該第１の差分電流が予め設定された第１の閾値を超えるか否かを検出し、前記エアセクションにて力行する電車の存在の有無を検出する保護制御部と
   を有することを特徴とするセクション箇所架線切断防止装置。
2. 前記エアセクションの一方の電車線に流れる電流を検出し、第１の電車線電流として出力する第１の電車線電流検出器と、
   前記エアセクションの他方の電車線に流れる電流を検出し、第２の電車線電流として出力する第２の電車線電流検出器と
   をさらに有し、
   前記保護制御部が前記第１及び第２の電車電流の差分を第２の差分電流として算出し、該第１の差分電流が第１の閾値を超えないことを検出した際、第２の差分電流が予め設定した第２の閾値を超えるか否かを検出し、前記エアセクションにて惰行する電車の存在の有無を検出することを特徴とする請求項１記載のセクション箇所架線切断防止装置。
3. 前記エアセクションにおける一方及び他方の電車線を電気的に短絡または開放するエアセクション遮断器をさらに有し、
   前記保護制御部が惰行している電車が予め設定した第１の存在時間を超えて、前記エアセクションに存在していることを検出すると、前記エアセクション遮断器を短絡することを特徴とする請求項２記載のセクション箇所架線切断防止装置。
4. 変電所と一方の電車線との間を電気的に短絡または開放する第１の遮断器と、
   前記変電所と他方の電車線との間を電気的に短絡または開放する第２の遮断器と
   をさらに有し、
   前記保護制御部が力行している電車が予め設定した第２の存在時間を超えて、前記エアセクションに存在していることを検出すると、前記第１及び第２の遮断器を開放することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のセクション箇所架線切断防止装置。
5. 前記保護制御部が第１の差分電流を積分器にて電圧変換し、差分電流及び差分電流の流れている時間を、予め設定した閾値を超えたことを検出することにより、前記第２の存在時間を超えたと判定することを特徴とする請求項４記載のセクション箇所架線切断防止装置。

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