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

架線断線の検出装置及び検出方法 Download PDF

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光央 岸田
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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。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2021025856A (ja) * 2019-08-02 2021-02-22 日立金属株式会社 トロリ線の温度測定方法及びトロリ線温度測定システム
CN113533881A (zh) * 2021-06-25 2021-10-22 广西电网有限责任公司电力科学研究院 一种用于10kV架空钢芯铝绞线断线故障的模拟装置

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