JP2014012506A - 架線断線の検出装置及び検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストかつ容易に導入可能であり、電気的なノイズの影響を受けず、線路上での電源を必要とせず、架線断線を速やかに検出することが可能な架線断線の検出装置及び検出方法を提供する。
【解決手段】トロリ線摩耗検出装置１００を有する架線に備えられ、トロリ線１５に内蔵した光ファイバ検知線１５ａと摩耗検出用断線検出部１０１とを接続する光ケーブル２に設けられた光合分波素子４ａと、光合分波素子４ａと光ファイバ検知線１５ａ、または光ファイバ検知線１５ａ同士を接続する光ケーブル２に設けられ、断線の検出対象となる架線が断線した際に光ケーブル２を断線させる光ケーブル断線機構３と、光合分波素子４ａを介して光ファイバ検知線１５ａと接続され、摩耗検出用断線検出部１０１と異なる波長の光を用い、光ケーブル２の断線を検出することで架線の断線を検出する架線断線検出用断線検出部４と、を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気鉄道のトロリ線や吊架線などの架線の断線を検出する架線断線の検出装置及び検出方法に関するものである。

電気鉄道へ電力を供給するトロリ線を吊架する方式として、吊架線からハンガによりトロリ線を吊り下げる構成のカテナリー方式が広く用いられている。また、新幹線では、吊架線からドロッパにより補助吊架線を吊り下げ、その補助吊架線からハンガによりトロリ線を吊り下げる構成のコンパウンドカテナリー方式が用いられている。

トロリ線等の架線では、直流１５００Ｖあるいは交流２００００Ｖから２５０００Ｖの高電圧が印加されているため、架線が何らかの原因により地絡した場合には、変電所においてこれを検出し、遮断器を断動作させ送電を停止させるようになっている。

ところで、このような架線の地絡検出システムにおいては、地絡検出による送電停止から所定時間後（例えば０．５秒後）に自動で遮断器を再投入し、再送電を行う運用としている場合がある。これは、架線の地絡原因が、鳥や小動物、飛来物などによるものが多く、最初の地絡で原因となった物体が消失し、例えば０．５秒後の再送電が成功する確率が高いためである。

しかし、架線の地絡原因が鳥や小動物、飛来物などによるものではなく、架線に断線が発生して地面や金属構造物に垂下するなどしていた場合には、再送電を行うと地絡電流が再度大地に流れることになり、特に変電所近傍では大きな電流が流れてしまうため、周辺の機器の故障や沿線火災の発生などの二次災害が発生するおそれがある。このような問題が発生しないよう、架線の断線を検出することが望まれる。

従来の架線断線の検出方法として、特許文献１では、架線端部で架線の張力を張力センサで監視し、これを高電圧の印加されていない非加圧側で検出する方法が提案されている。

特表２０１０−５１７８４４号公報 特許第３９６５１３４号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、張力センサからの出力を受ける装置を線路上の近くに設置する必要があり、設置スペースが大きくなってしまうという問題がある。

また、線路上に張力センサからの出力を受ける装置を設置する場合、落雷や列車走行時の誘導などノイズの影響を受けやすいという問題があり、さらに、高架を走行する新幹線などにおいては、線路上に使用できる商用電源が少なく、電源の確保が困難であるという問題もある。

なお、張力センサからの出力を受ける装置を変電所内などの屋内に設置する場合、張力センサからの信号線を長距離にわたって施工する必要があり、張力センサからの信号が電圧降下の影響を受け、落雷等によるノイズの影響が更に大きくなってしまい、十分な信頼性が得られないという問題がある。

また、架線断線の検出装置を導入する際には、コストや手間をなるべく抑制することが望ましい。本発明者らは、既存の設備を利用して、低コストかつ容易に導入可能な装置について検討を重ね、本発明に至った。

本発明は上記事情に鑑み為されたものであり、低コストかつ容易に導入可能であり、電気的なノイズの影響を受けず、線路上での電源を必要とせず、架線断線を速やかに検出することが可能な架線断線の検出装置及び検出方法を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、トロリ線に内蔵した光ファイバ検知線の断線を摩耗検出用断線検出部で検出することで、前記トロリ線の摩耗を検出するトロリ線摩耗検出装置を有する架線に備えられ、前記光ファイバ検知線と前記摩耗検出用断線検出部とを接続する光ケーブルに設けられ、異なる波長の光を合波、分波する光合分波素子と、前記光合分波素子と前記光ファイバ検知線とを接続する光ケーブル、または光ファイバ検知線同士を接続する光ケーブルの少なくとも一方に設けられ、断線の検出対象となる架線が断線した際に前記光ケーブルを断線させる光ケーブル断線機構と、前記光合分波素子を介して前記光ファイバ検知線と接続されており、前記摩耗検出用断線検出部と異なる波長の光を用い、前記光ケーブルの断線を検出することで、前記架線の断線を検出する架線断線検出用断線検出部と、を備えた架線断線の検出装置である。

前記光合分波素子が、ＷＤＭフィルタであってもよい。

前記光ケーブル断線機構は、前記断線の検出対象となる架線の端部を引き留める架線金具に設けられ、前記断線の検出対象となる架線が断線して前記架線金具に加わる張力が変化することを利用して前記光ケーブルを断線させるように構成されてもよい。

前記断線の検出対象となる架線が２本の架線であり、前記光ケーブル断線機構は、少なくとも、前記光ケーブルを前記２本の架線の一方に固定する第１固定部と、前記光ケーブルを前記２本の架線の他方に固定する第２固定部と、を有し、前記２本の架線のいずれか一方が断線した際に生じる前記両架線の相対的な変位を利用して、前記固定部間で前記光ケーブルを断線させるように構成されてもよい。

また、本発明は、トロリ線に内蔵した光ファイバ検知線の断線を摩耗検出用断線検出部で検出することで、前記トロリ線の摩耗を検出するトロリ線摩耗検出装置を有する架線に用いられる架線断線の検出方法であって、前記光ファイバ検知線と前記摩耗検出用断線検出部とを接続する光ケーブルに、異なる波長の光を合波、分波する光合分波素子を設け、前記光合分波素子と前記光ファイバ検知線とを接続する光ケーブル、または光ファイバ検知線同士を接続する光ケーブルの少なくとも一方に、断線の検出対象となる架線が断線した際に前記光ケーブルを断線させる光ケーブル断線機構を設け、前記光合分波素子を介して前記光ファイバ検知線と接続された断線検出部により、前記摩耗検出用断線検出部と異なる波長の光を用い、前記光ケーブルの断線を検出することで、前記架線の断線を検出する架線断線の検出方法である。

本発明によれば、低コストかつ容易に導入可能であり、電気的なノイズの影響を受けず、線路上での電源を必要とせず、架線断線を速やかに検出することが可能な架線断線の検出装置及び検出方法を提供できる。

本実施の形態に係る架線断線の検出装置の概略構成図である。 図１の架線断線の検出装置において、ＷＤＭフィルタから先の光回路の詳細図である。 図１の架線断線の検出装置で用いる光ケーブルの横断面図である。 図１の架線断線の検出装置を適用する架線構成と、光ケーブル断線機構の取り付け位置を説明する図である。 図１の架線断線の検出装置で用いる光ケーブル断線機構を取り付けたヨーク金具を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。 図５の光ケーブル断線機構の架線断線時の動作を説明する図である。 図５の光ケーブル断線機構の保持金具を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 図５の光ケーブル断線機構の剪断金具を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 図１の架線断線の検出装置で用いる光ケーブル断線機構の他の実施の形態を示す概略構成図である。 図９の光ケーブル断線機構の第１固定部、第３固定部を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は１０Ｂ−１０Ｂ線断面図、（ｃ）はその１０Ｃ部拡大図である。 図９の光ケーブル断線機構の第２固定部を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は１１Ｂ−１１Ｂ線断面図、（ｃ）はその１１Ｃ部拡大図である。 図９の光ケーブル断線機構で光ケーブルを断線させる動作を説明する図である。 図９の光ケーブル断線機構の一変形例を説明する図である。 図１３の光ケーブル断線機構の第２固定部を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は１４Ｂ−１４Ｂ線断面図、（ｃ）はその１４Ｃ部拡大図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本実施の形態に係る架線断線の検出装置の概略構成図である。

図１に示すように、架線断線の検出装置１は、トロリ線摩耗検出装置１００を有する架線に備えられ、既設のトロリ線摩耗検出装置１００の光回路を利用して架線断線の検出を行うものである。

まず、トロリ線摩耗検出装置１００について説明する。

トロリ線摩耗検出装置１００は、トロリ線１５に内蔵した光ファイバ検知線１５ａの断線を摩耗検出用断線検出部１０１で検出することで、トロリ線１５の摩耗（トロリ線１５の摩耗が摩耗限度に到達したこと）を検出するものである（特許文献２参照）。

トロリ線摩耗検出装置１００では、トロリ線１５として２本の光ファイバ検知線１５ａが内蔵されたものを用いており、複数のトロリ線１５の光ファイバ検知線１５ａ同士を光ケーブル２で接続し、かつ、最遠端のトロリ線１５の２本の光ファイバ検知線１５ａを光ケーブル２でループ接続することで、光回路を形成している。

摩耗検出用断線検出部１０１は、変電所内などの屋内に設置される。最近端のトロリ線１５の光ファイバ検知線１５ａ（上述の光回路の両端）には、２本の光ケーブル２が接続され、その光ケーブル２の一方が摩耗検出用断線検出部１０１に接続される（他方の光ケーブル２の端部は開放とされる）。線路上の架線は高電圧部となるため、最近端のトロリ線１５と摩耗検出用断線検出部１０１とを接続する光ケーブル２には、絶縁のため光ファイバユニットを内蔵した光貫通碍子８が設けられている。

摩耗検出用断線検出部１０１は、光パルス試験機（Optical Time Domain Reflectmeter、以下ＯＴＤＲという）１０２と、演算装置としてのパソコン１０３と、からなる。

ＯＴＤＲ１０２は、光回路にパルス光を入射し、光ファイバ（光ケーブル２や光ファイバ検知線１５ａ）内部で生じるレイリー散乱光（後方散乱光）の強度を測定する装置である。また、演算装置としてのパソコン１０３は、ＯＴＤＲ１０２の測定データから所定の判定を実施し、トロリ線１５の摩耗に伴う光ファイバ検知線１５ａの断線を検出し、摩耗発生箇所の位置を演算し表示するものである。

摩耗検出用断線検出部１０１は、一定時間おきに測定を実施しトロリ線１５の監視（光ファイバ検知線１５ａの断線の監視）を行う。なお、摩耗検出用断線検出部１０１では、光スイッチにより測定系統を切り替えることにより複数系統を監視可能であるが、図１では、一例として、１系統のみを監視する場合を示している。

次に、本実施の形態に係る架線断線の検出装置１を説明する。

トロリ線摩耗検出装置１００を有する架線では、既に変電所等から光貫通碍子８を介してトロリ線１５に至る光回路が構築されている。そこで、本実施の形態では、トロリ線摩耗検出装置１００の光回路を共用し、新たに幹線となる光ケーブル２や光貫通碍子８などを設置することなく架線断線の検出装置１を実現する。

具体的には、架線断線の検出装置１は、光合分波素子としてのＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexer）フィルタ（ＷＤＭカプラともいう）４ａと、光ケーブル断線機構３と、架線断線検出用断線検出部４と、を備えている。

ＷＤＭフィルタ４ａは、異なる波長の光を高アイソレーションで合波、分波する素子であり、光ファイバ検知線１５ａと摩耗検出用断線検出部１０１とを接続する光ケーブル２（摩耗検出用断線検出部１０１の前段）に設けられる。詳細は後述するが、本実施の形態では、光回路の一端から光を入射し、光回路の他端から出力される光の光強度を測定することにより光ケーブル２の断線を検出するよう架線断線検出用断線検出部４を構成するため、光回路の両端にそれぞれＷＤＭフィルタ４ａが設けられる。このＷＤＭフィルタ４ａで、トロリ線摩耗検出に使用する光と架線断線の検出に使用する光を合分波することになる。

光ケーブル断線機構３は、ＷＤＭフィルタ４ａと光ファイバ検知線１５ａとを接続する光ケーブル２、または光ファイバ検知線１５ａ同士を接続する光ケーブル２の少なくとも一方（本実施の形態では両方）に設けられ、断線の検出対象となる架線が断線した際に光ケーブル２を断線させるものである。光ケーブル断線機構３の具体的な構造については後述する。

図２はＷＤＭフィルタ４ａから先の光回路の詳細図である。ＷＤＭフィルタ４ａから光貫通碍子８までの間、および各トロリ線１５の間は、光ケーブル２で接続されており、各トロリ線１５の両端末には光ケーブル断線機構３が挿入されて、光回路が形成されている。

光ケーブル断線機構３では、光ケーブル２として、図３に示すような光インドアケーブルを、トロリ線１５間の既設の光ケーブル２（光ジャンパーケーブル）とトロリ線１５内の光ファイバ検知線１５ａとの間に直列に融着接続する。光ケーブル２として用いる光インドアケーブルは、２本の光ファイバ心線２ａと、２本の光ファイバ心線２ａを挟むように配置される２本のテンションメンバ２ｂとを断面視で一直線上に配置し、これらをシース２ｃで一括被覆した構造となっており、全体として断面視で略長方形状（角を丸めた長方形状）に形成され、その対向する２つの長辺の中央部にそれぞれＶ字溝２ｄが形成されている。テンションメンバ２ｂとしては、例えば単鋼線を用いることができ、シース２ｃとしては、例えば難燃ポリエチレンからなるものを用いることができる。なお、本実施の形態では光ケーブル断線機構３の光ケーブル２として光インドアケーブルを用いているが、これに限定されるものではない。

図１に戻り、架線断線検出用断線検出部４は、ＷＤＭフィルタ４ａを介して光ファイバ検知線１５ａと接続されており、摩耗検出用断線検出部１０１と異なる波長の光を用い、光ケーブル２の断線を検出することで、架線の断線を検出するものである。

本実施の形態では、摩耗検出用断線検出部１０１で用いる光（ＯＴＤＲ１０２で出射する光）の波長を１３１０ｎｍとし、架線断線検出用断線検出部４で用いる光の波長を１５５０ｎｍとした。なお、両断線検出部１０１，４で用いる光の波長はこれに限定されるものではない。両断線検出部１０１，４で異なる波長の光を用い、異なる波長の光を５０ｄＢ以上の高アイソレーションで分波することができるＷＤＭフィルタ４ａで合分波することにより、互いの測定系に影響を及ぼすことなく光回路を共用し、トロリ線１５の摩耗検出と架線断線の検出を両立させることができる。

本実施の形態では、架線断線検出用断線検出部４は、光ケーブル２の一端から光を入射する光源５と、光ケーブル２の他端から出力される光の光強度を測定する光パワーメータ６と、光パワーメータ６で測定した光強度が所定の閾値を下回ったときに、光ケーブル２が断線したと判断し断線検出信号を出力する出力部７と、を備えている。

光源５としては、トロリ線１５の摩耗を検出する測定系と架線断線を検出する測定系の独立性をより高めるため、単一の波長の光を出力するものを用いることが望ましく、例えばＤＦＢ−ＬＤ（Distributed-FeedBack Laser Diode）などを用いるとよい。また、光パワーメータ６としては、ＰＤ（Photo Diode）などの受光素子を有するものを用いることができる。架線断線検出用断線検出部４は、摩耗検出用断線検出部１０１と同様に、変電所内など屋内に設けられる。

架線断線検出用断線検出部４では、光源５からＷＤＭフィルタ４ａを介して光ケーブル２の一端（光回路の一端）に常時一定の光強度の光信号を入射し、トロリ線１５に内蔵された光ファイバ検知線１５ａを通って光ケーブル２の他端（光回路の他端）からＷＤＭフィルタ４ａを介して出力される光強度を光パワーメータ６で測定する。光ケーブル２が断線されると光パワーメータ６で測定される光強度が低下するので、出力部７は光パワーメータ６から出力される光強度の信号を受信し、光パワーメータ６で測定した光強度が所定の閾値を下回ったときに、光ケーブル２が断線に至ったと判断して、断線検出信号を出力する。

出力部７から出力された断線検出信号は、例えば、変電所内に設けられている架線の地絡検出システム９の遮断器操作部１０ａに出力される。遮断器操作部１０ａは、断線検出信号を受信すると、遮断器１０を制御して再送電（地絡時の所定時間後の遮断器１０の再投入）を抑止する。

出力部７としては、例えば、デジタル指示調節器などを用い、入力アナログ信号（光パワーメータ６から入力される光強度の信号）のレベルが所定の閾値を下回った際に、接点出力するよう構成することができる。このような構成とすることで、架線の断線から１００ｍｓｅｃ程度で遮断器操作部１０ａに断線検出信号を出力することが可能となり、最初の地絡発生から０．５秒後の再送電を抑止することが可能になる。

次に、光ケーブル断線機構３について説明する。

図４に示すように、本実施の形態では、一例として、架線の構成が新幹線のコンパウンドカテナリー方式である場合について説明する。

コンパウンドカテナリー方式では、吊架線１１からドロッパ１２により補助吊架線１３を吊り下げ、補助吊架線１３からハンガ１４によりトロリ線１５を吊り下げた構成となっている。補助吊架線１３とトロリ線１５はそれぞれ引留クランプ１６，１７の一端に圧縮固定され、引留クランプ１６，１７の他端が、それぞれターンバックル１８，１９によりヨーク金具２０の一端に連結されている。

ヨーク金具２０の他端には、支持線２１の一端を圧縮固定した引留クランプ２２が接続されており、支持線２１の他端は引留クランプ２３に固定され、ヨーク金具２４の一端に連結されている。また、吊架線１１の端部は引留クランプ２５に圧縮固定され、ターンバックル２６を介してヨーク金具２４の一端に連結されている。

ヨーク金具２４の他端は懸垂碍子２７で引き留められ、この懸垂碍子２７に、滑車を介した重錘やバネ式テンションバランサ（ともに図示せず）などにより張力が加えられる。２つのヨーク金具２０、２４は、天秤の機能を果たし、それぞれ異なる架線の張力に対して釣り合い直立する寸法、形状となっている。ヨーク金具２０は補助吊架線１３とトロリ線１５の張力のバランスをとり、ヨーク金具２４は吊架線１１と支持線２１（ヨーク金具２０側の架線１３，１５）の張力のバランスをとる役割を果たしている。

光ケーブル２は、断線の検出対象となる架線の端部を引き留める架線金具を通るように配線される。本実施の形態では、検出対象となる架線を補助吊架線１３とトロリ線１５とする場合について説明する。光ケーブル２は、両架線１３，１５の端部を引き留める架線金具であるヨーク金具２０を通るように配線される。

光ケーブル断線機構３は、ヨーク金具２０に設けられ、補助吊架線１３やトロリ線１５が断線してヨーク金具２０に加わる張力が変化することを利用して光ケーブル２を断線させるものである。本実施の形態では、補助吊架線１３やトロリ線１５が断線した際にヨーク金具２０に加わる張力がアンバランスとなりヨーク金具２０が回動（変位）することを利用し、このヨーク金具２０の回動により光ケーブル２を断線させる機構を採用した。

図５（ａ），（ｂ）に示すように、ヨーク金具２０は、断線の検出対象となる２本の架線１３，１４の端部（ターンバックル１８，１９）が固定されると共に、２本の架線１３，１４を支持するための張力が加えられる支持部材に対して回動自在に固定される。ヨーク金具２０では、支持線２１の端部に設けられた引留クランプ２２が支持部材の役割を果たすことになる（なお、ヨーク金具２４では懸垂碍子２７が支持部材の役割を果たすことになる）。

ヨーク金具２０は、正面視で略三角形状（角を丸めた三角形状）に形成された２枚の板状部材２０ａから構成しており、その３つの角部において、補助吊架線１３の端部に設けられたターンバックル１８、トロリ線１５の端部に設けられたターンバックル１９、および支持部材としての引留クランプ２２を、両板状部材２０ａで挟み込みボルト３０で固定した構造となっている。

ヨーク金具２０は、正常時には補助吊架線１３とトロリ線１５の張力がバランスする位置となっているが、両架線１３，１５のいずれか一方が断線すると、両架線１３，１５の張力がアンバランスとなり、支持部材としての引留クランプ２２に対して回動（変位）する（図６参照）。本実施の形態では、このヨーク金具２０の支持部材に対する回動を利用して光ケーブル２を強制的に断線させるように光ケーブル断線機構３を構成した。

具体的には、光ケーブル断線機構３は、支持部材としての引留クランプ２２に固定され、光ケーブル２を通す光ケーブル保持溝３３が形成された保持金具３１と、ヨーク金具２０に固定され、２本の架線１３，１５の一方が断線した際にヨーク金具２０と共に回動し、保持金具３１との間で光ケーブル２を剪断し断線させる剪断金具３２と、を備えている。

図５および図７に示すように、保持金具３１は、金属等からなる板状部材により形成されており、長円形状（平行な直線と両直線の端部同士を接続する円弧とからなる形状）の本体部３１ａと、本体部３１ａから突出する光ケーブル固定部３１ｂと、を有している。本体部３１ａのヨーク金具２０側の端部には、切欠き状の光ケーブル保持溝３３が形成される。また、光ケーブル固定部３１ｂには、光ケーブル２を固定する際に用いるバインド線３４を通すための貫通孔３５が形成されている。

光ケーブル２は、光ケーブル保持溝３３を通した状態で光ケーブル固定部３１ｂの表裏面に引き回され、バインド線３４により光ケーブル固定部３１ｂに固定されており、これにより光ケーブル２が光ケーブル保持溝３３から脱落しないようになっている。

保持金具３１は、本体部３１ａを引留クランプ２２にボルト３０により固定することで、引留クランプ２２に固定される。本体部３１ａには、ボルト３０を通すためのボルト用貫通孔３６が形成されている。

図５および図８に示すように、剪断金具３２は、金属等からなる板状部材により形成されている。本実施の形態では、２枚の剪断金具３２を用い、両剪断金具３２で保持金具３１を挟み込むように構成しているが、剪断金具３２は１枚でもよい。両剪断金具３２は、ボルト３０により引留クランプ２２に固定される。

剪断金具３２には、ボルト３０を通すボルト用貫通孔３７が形成されている。ここでは、剪断金具３２の固定に用いるボルト３０を、ヨーク金具２０にターンバックル１８，１９と引留クランプ２２を固定するボルト３０と共用する場合を示しているが、別の固定機構を設けてもよい。

剪断金具３２には、架線１３，１５に断線が発生していない正常時に、光ケーブル２を通す切欠き状の剪断部３２ａが形成されている。

例えば、下方に配置されるトロリ線１５に断線が発生した場合、図６に示すように、ヨーク金具２０にトロリ線１５による張力が働かなくなるので、ヨーク金具２０は時計回りに回動し傾く。このとき、剪断部３２ａの周縁の剪断金具３２と、光ケーブル保持溝３３の周縁の保持金具３１（本体部３１ａ）との間で剪断力が働き、光ケーブル２が剪断され強制的に断線されることになる。

ヨーク金具２０は、周囲の温度変化などにより、経時的に若干の変位を生じる。そのため、剪断金具３２の剪断部３２ａは、幅を持たせた切り欠き形状（開口が広い切欠き形状）に形成されており、これによりヨーク金具２０のある程度の傾きを許容できる構造とした。本実施の形態では、ヨーク金具２０が回動する角度θ（図６参照）が２０°以上となったときに光ケーブル２を剪断するように剪断部３２ａを形成したが、角度θは適宜変更可能である。

なお、本実施の形態では、補助吊架線１３とトロリ線１５を引き留めているヨーク金具２０に光ケーブル断線機構３を設けたが、ヨーク金具２０から延びる支持線２１と吊架線１１を引き留めているヨーク金具２４に対しても、同様にして光ケーブル断線機構３を設けることが可能である。

本実施の形態の作用を説明する。

本実施の形態に係る架線断線の検出装置１では、光ファイバ検知線１５ａと摩耗検出用断線検出部１０１とを接続する光ケーブル２に設けられ、異なる波長の光を合波、分波する光合分波素子（ここではＷＤＭフィルタ４ａ）と、光合分波素子と光ファイバ検知線１５ａとを接続する光ケーブル２、または光ファイバ検知線１５ａ同士を接続する光ケーブル２の少なくとも一方に設けられ、断線の検出対象となる架線が断線した際に光ケーブル２を断線させる光ケーブル断線機構３と、光合分波素子を介して光ファイバ検知線１５ａと接続されており、摩耗検出用断線検出部１０１と異なる波長の光を用い、光ケーブル２の断線を検出することで、架線の断線を検出する架線断線検出用断線検出部４と、を備えている。

これにより、既設のトロリ線摩耗検出装置１００の光回路を利用して、変電所から線路上の架線に至る光ケーブル２を新たに布設したり光貫通碍子８を新たに設けることなく、最小限の設備投資で架線断線の検出装置１を実現でき、低コストかつ容易に架線断線の検出装置１を導入可能になる。

また、架線断線検出用断線検出部４で摩耗検出用断線検出部１０１と異なる波長の光を用い、光合分波素子として異なる波長の光を５０ｄＢ以上の高アイソレーションで分波することができるＷＤＭフィルタ４ａを用いることにより、互いの測定系に影響（外乱）を及ぼすことなく、トロリ線１５の摩耗検出と架線断線の検出を両立させることが可能になる。つまり、既設のトロリ線摩耗検出装置１００は、架線断線の検出装置１を設ける以前と同様に使用することが可能であり、摩耗検出用断線検出部１０１に変更を加える必要がない。

なお、既設のトロリ線摩耗検出装置１００でも断線検知を行っているため、その摩耗検出用断線検出部１０１を架線断線の検出に流用することも考えられる。しかし、トロリ線摩耗検出装置１００では、トロリ線１５の摩耗の監視は一定時間おきに実施するのが通常であり常時監視を行っていないため、地絡発生時の遮断器１０の作動後０．５秒後の再送電を抑止する架線断線の検出装置１でそのまま用いることはできない。本実施の形態では、摩耗検出用断線検出部１０１とは別に専用の架線断線検出用断線検出部４を設けているため、既設のトロリ線摩耗検出装置１００が摩耗の監視をどのようなタイミングで測定を行っているかにかかわらず、架線断線を常時監視し、速やか架線断線に検出することが可能になる。

架線断線の検出装置１では、架線断線の監視に光信号を用いているため、電気的なノイズの影響を受けない。また、光信号を用いることにより低損失で長距離の配線が可能となるため、変電所内など屋内に架線断線検出用断線検出部４を設けることが可能となり、線路上での電源を必要としない。

さらに、架線断線の検出装置１では、架線金具（ヨーク金具２０）に加わる張力が変化した際に、光ケーブル２を強制的に断線させるため、この光ケーブル２の断線を検出することで、速やかに架線断線を検出することが可能である。

架線断線を検出することにより、架線断線による地絡時の所定時間後の再送電（遮断器１０の再投入）を抑止することが可能になり、周辺の機器故障、沿線火災の発生などを防ぐことが可能になる。

次に、架線断線の検出装置１で用いる光ケーブル断線機構の他の実施の形態を説明する。

図９に示す光ケーブル断線機構９１は、バネ式のテンションバランサを用いたシンプルカテナリー方式のように、架線金具を用いない架線構成でも適用可能としたものである。

シンプルカテナリー方式では、吊架線１１からハンガ９２によりトロリ線１５を吊り下げる構成となっている。吊架線１１とトロリ線１５は、それぞれ懸垂碍子９３を介して別のテンションバランサ９４，９５で引き留められている。本実施の形態では、断線の検出対象となる架線を吊架線１１とトロリ線１５とする場合について説明する。

光ケーブル２は、断線の検出対象となる２本の架線に沿って配線される。本実施の形態においては、光ケーブル２は、別のテンションバランサ９４，９５により張力が加えられ引き留められている吊架線１１とトロリ線１５に沿って配線されることになる。

光ケーブル断線機構９１は、少なくとも、光ケーブル２を架線の一方（ここでは吊架線１１）と連結して固定する第１固定部９１ａと、光ケーブル２を架線の他方（ここではトロリ線１５）と連結して固定する第２固定部９１ｂと、を有し、架線１１，１５のいずれか一方が断線した際に生じる両架線１１，１５の相対的な変位を利用して、固定部９１ａ，９１ｂ間で光ケーブル２を断線させるものである。

本実施の形態では、光ケーブル断線機構９１は、第２固定部９１ｂに対して第１固定部９１ａと反対側の光ケーブル２を架線の一方（ここでは吊架線１１）に固定する第３固定部９１ｃをさらに備えている。これにより、第１固定部９１ａと第３固定部９１ｃとの間に第２固定部９１ｂを挟み込む配置となっている。

図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、吊架線１１に光ケーブル２を固定する第１固定部９１ａと第３固定部９１ｃは、吊架線１１を収容する吊架線収容溝１１１と光ケーブル２を収容する光ケーブル収容溝１１２を形成した半割形状の吊架線クランプ１１３により、吊架線１１と光ケーブル２を把持し、ボルト１１４とナット１１５で締め付け締結した構造となっている。本実施の形態では、光ケーブル２を、断面形状が上下反転したＵ字状に形成されたゴム部材１１６を被せた状態で光ケーブル収容溝１１２に収容するようにした。これは、光ケーブル２の寸法が吊架線１１の寸法よりも小さいために、吊架線クランプ１１３の光ケーブル２を把持する面での面圧を確保し、架線１１，１５が断線したときに各固定部９１ａ〜９１ｃ間に配線された光ケーブル２に発生する張力によって、光ケーブル収容溝１１２に把持された光ケーブル２がずれることなく確実に固定できるようにするためである。

図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように、トロリ線１５に光ケーブル２を固定する第２固定部９１ｂは、トロリ線１５の上部を収容するトロリ線収容溝１２１と光ケーブル２を収容する光ケーブル収容溝１２２を形成した半割形状のトロリ線クランプ１２３により、トロリ線１５と光ケーブル２を把持し、ボルト１２４とナット１２５で締め付け締結した構造となっている。トロリ線クランプ１２３の下端部（トロリ線収容溝１２１の縁部）は、トロリ線１５の溝に係合するように構成されており、ボルト１２４とナット１２５を締結することでトロリ線クランプ１２３の下端部がトロリ線１５に押しつけられ、トロリ線クランプ１２３がトロリ線１５に固定されるようになっている。また、第２固定部９１ｂにおいても、第１固定部９１ａや第３固定部９１ｃと同様に、光ケーブル２は、断面形状が上下反転したＵ字状に形成されたゴム部材１２６を被せた状態で光ケーブル収容溝４２に収容される。

本実施の形態では、第２固定部９１ｂにおいてトロリ線クランプ１２３を２つ設け、トロリ線１５と光ケーブル２を２箇所で固定するように構成したが、トロリ線クランプ１２３を１つとし、トロリ線１５と光ケーブル２を１箇所で固定するように構成してもよい。

固定部９１ａ〜９１ｃで用いるゴム部材１１６，１２６としては、例えば、鋼板の縁の保護等に使用されるアルミ心金をエラストマーで被覆した構造のトリムを用いることができる。なお、ゴム部材１１６，１２６はこれに限定されるものではなく、面圧を確保できる弾性を有する弾性部材を適用できる。

次に、光ケーブル断線機構９１で光ケーブル２を断線させる動作について具体的に説明する。

図１２に示すように、吊架線１１が断線した場合、テンションバランサ９４による張力とつり合っていた吊架線１１の張力が失われることになるので、吊架線１１はテンションバランサ９４側へ変位する。このとき、光ケーブル２は、第１固定部９１ａと第２固定部９１ｂで固定されているために、吊架線１１の変位に追随できず、第１固定部９１ａと第２固定部９１ｂの間で引っ張りにより断線する。したがって、光ケーブル２の健全性を監視することにより吊架線１１の断線が検出可能となる。

他方、トロリ線１５が断線した場合には、トロリ線１５がテンションバランサ９５側へ変位するので、第１固定部９１ａと第２固定部９１ｂの間の光ケーブル２は緩むことになる。そのため、第１固定部９１ａと第２固定部９１ｂのみでトロリ線１５の断線を検出することはできない。

そこで、本実施の形態では、第２固定部９１ｂに対して第１固定部９１ａと反対側の光ケーブル２を吊架線１１に固定する第３固定部９１ｃをさらに備え、トロリ線１５が断線した場合には、光ケーブル２が第２固定部９１ｂと第３固定部９１ｃの間で引っ張りにより断線するように構成した。このように、２本の架線１１，１５の両方の断線を精度よく検出するためには、少なくとも３つの固定部９１ａ〜９１ｃを備えることが望ましい。

なお、本実施の形態においては、光回路の一部がトロリ線１５に内蔵された光ファイバ検知線１５ａで構成されており、トロリ線１５が断線した場合には光ファイバ検知線１５ａが断線されるため、トロリ線１５の断線の検出に関しては、光ケーブル断線機構９１がなくとも検出可能である。そのため、第３固定部９１ｃは省略可能である。

また、本実施の形態では、光ケーブル断線機構９１における断線の検出対象となる架線を吊架線１１とトロリ線１５とする場合を説明したが、上述のようにトロリ線１５の断線の検出は光ケーブル断線機構９１がなくとも検出可能であるから、図１３に示すように、コンパウンドカテナリー方式における吊架線１１と補助吊架線１３を断線の検出対象とすれば、３つの架線１１，１３，１５の断線検出が可能になる。

この場合、第２固定部９１ｂでは、光ケーブル２を補助吊架線１３に固定することになるため、図１４（ａ）〜（ｃ）に示すように、補助吊架線１３を収容する補助吊架線収容溝１３１と光ケーブル２を収容する光ケーブル収容溝１３２を形成した半割形状の吊架線クランプ１３３により、補助吊架線１３と光ケーブル２を把持し、ボルト１３４とナット１３５で締め付け締結した構造とすればよい。この場合も、光ケーブル２を、断面形状が上下反転したＵ字状に形成されたゴム部材１３６を被せた状態で光ケーブル収容溝１３２に収容するとよい。

第１固定部９１ａと第２固定部９１ｂの間、および第２固定部９１ｂと第３固定部９１ｃの間の光ケーブル２は、架線１１，１５に断線が発生していない正常時に弛みが生じないよう張った状態（テンションをかけた状態）で配線される。また、第１固定部９１ａと第２固定部９１ｂの間、および第２固定部９１ｂと第３固定部９１ｃの間の光ケーブル２は、架線１１，１５の変位による影響を受けやすいように、断線の検出対象となる架線と各固定部９１ａ〜９１ｃ間に配線された光ケーブル２とのなす角度が極力小さくなるようにする（つまり各固定部９１ａ〜９１ｃを極力離す）ことが好ましい。

架線断線の検出装置１に光ケーブル断線機構９１を用いることで、上述の光ケーブル断線機構３を用いた場合と同様に、電気的なノイズの影響を受けず、線路上での電源を必要とせず、架線断線を常時監視して架線断線を速やかに検出することが可能となる。さらに、光ケーブル断線機構９１を用いることで、バネ式のテンションバランサ９４，９５により吊架線１１、トロリ線１５を別々に引き留める構成のシンプルカテナリー方式のように架線金具を使用しない場合であっても、適用が可能になる。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

例えば、上記実施の形態では、光回路の一端から光を入射し、光回路の他端から出力される光の光強度を測定することにより光ケーブル２の断線を検出するよう架線断線検出用断線検出部４を構成したが、光ケーブル２の断線を検出する方法はこれに限定されるものではなく、例えば光パルス試験器（ＯＴＤＲ）を用いて光ケーブル２の断線を検出することも可能である。

この場合、架線断線検出用断線検出部４は、光ケーブル２の一端からパルス光を入射すると共に、パルス光が光ケーブル２を伝搬する際に発生し、パルス光の伝搬方向と反対方向に伝搬して光ケーブル２の一端から出力される後方散乱光（レイリー散乱光）の光強度を測定する光パルス試験器と、光パルス試験器で測定した後方散乱光の光強度の変化から光ケーブル２の断線を検出し、断線検出信号を出力する出力部と、で構成されることになる。

この場合、光ケーブル２（光回路）をループ状とせずとも測定が可能となるため、ＷＤＭフィルタ４ａを１つ省略することが可能となり、施工が容易になる。光ケーブル２（光回路）をループ状とする場合には、光回路は２重化されることになるので、信頼性をより高めることが可能になる。

また、架線断線検出用断線検出部４でＯＴＤＲを用いる場合、既設の摩耗検出用断線検出部１０１と検出部を共用とすることも可能である。この場合、ＷＤＭフィルタ４ａを設ける必要がなくなり、より簡易な構成とすることが可能になるが、上述のように既設の摩耗検出用断線検出部１０１では通常常時計測を行っていないため、常時計測を行うようシステム変更を行う必要がある。

１ 架線断線の検出装置
２ 光ケーブル
３ 光ケーブル断線機構
４ 架線断線検出用断線検出部
４ａ ＷＤＭフィルタ（光合分波素子）
１５ トロリ線
１５ａ 光ファイバ検知線
１００ トロリ線摩耗検出装置
１０１ 摩耗検出用断線検出部

Claims (5)

1. トロリ線に内蔵した光ファイバ検知線の断線を摩耗検出用断線検出部で検出することで、前記トロリ線の摩耗を検出するトロリ線摩耗検出装置を有する架線に備えられ、
   前記光ファイバ検知線と前記摩耗検出用断線検出部とを接続する光ケーブルに設けられ、異なる波長の光を合波、分波する光合分波素子と、
   前記光合分波素子と前記光ファイバ検知線とを接続する光ケーブル、または光ファイバ検知線同士を接続する光ケーブルの少なくとも一方に設けられ、断線の検出対象となる架線が断線した際に前記光ケーブルを断線させる光ケーブル断線機構と、
   前記光合分波素子を介して前記光ファイバ検知線と接続されており、前記摩耗検出用断線検出部と異なる波長の光を用い、前記光ケーブルの断線を検出することで、前記架線の断線を検出する架線断線検出用断線検出部と、
   を備えたことを特徴とする架線断線の検出装置。
2. 前記光合分波素子が、ＷＤＭフィルタである
   請求項１記載の架線断線の検出装置。
3. 前記光ケーブル断線機構は、前記断線の検出対象となる架線の端部を引き留める架線金具に設けられ、前記断線の検出対象となる架線が断線して前記架線金具に加わる張力が変化することを利用して前記光ケーブルを断線させるように構成される
   請求項１または２記載の架線断線の検出装置。
4. 前記断線の検出対象となる架線が２本の架線であり、
   前記光ケーブル断線機構は、少なくとも、前記光ケーブルを前記２本の架線の一方に固定する第１固定部と、前記光ケーブルを前記２本の架線の他方に固定する第２固定部と、を有し、前記２本の架線のいずれか一方が断線した際に生じる前記両架線の相対的な変位を利用して、前記固定部間で前記光ケーブルを断線させるように構成される
   請求項１または２記載の架線断線の検出装置。
5. トロリ線に内蔵した光ファイバ検知線の断線を摩耗検出用断線検出部で検出することで、前記トロリ線の摩耗を検出するトロリ線摩耗検出装置を有する架線に用いられる架線断線の検出方法であって、
   前記光ファイバ検知線と前記摩耗検出用断線検出部とを接続する光ケーブルに、異なる波長の光を合波、分波する光合分波素子を設け、
   前記光合分波素子と前記光ファイバ検知線とを接続する光ケーブル、または光ファイバ検知線同士を接続する光ケーブルの少なくとも一方に、断線の検出対象となる架線が断線した際に前記光ケーブルを断線させる光ケーブル断線機構を設け、
   前記光合分波素子を介して前記光ファイバ検知線と接続された断線検出部により、前記摩耗検出用断線検出部と異なる波長の光を用い、前記光ケーブルの断線を検出することで、前記架線の断線を検出する
   ことを特徴とする架線断線の検出方法。