JP2014180207A - パンタグラフの離線検知方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光灯、水銀灯、信号灯からの紫外線の影響を排除して、トロリ線とすり板との離線によるアーク光中の紫外光のみを検出できる精度の高いパンタグラフの離線検知方法及び装置を提供する。
【解決手段】水銀灯より短波長の紫外光を選択して可視光に変換し、光ファイバを経由して車内に導いて光量を測定することによりパンタグラフの離線を検知することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、パンタグラフがトロリ線から離線した時に発生するアーク光によってパンタグラフの離線を検知するパンタグラフの離線検知方法及びその装置に関する。特に、アーク光に含まれる紫外光を外乱光の影響を受けず、確実に測定できる技術に関する。

電気鉄道において、電力は変電所からトロリ線を通じて車両のすり板及びパンタグラフへと送られる。電車が走行している際に、トロリ線とすり板との接触が損なわれる（離線がある）と、その離線箇所でアーク放電が発生する。
このアーク放電は、騒音、トロリ線及びすり板の損耗を引き起こすため、極力、発生が起こらないようにすることが好ましく、そのため、アーク放電が発生する箇所を正確に検出して、発生防止策を講じる必要がある。

このアーク放電を検出する技術として、特許文献１に示される「トロリ線離線測定器」が提供されている。
このトロリ線離線測定器は、アーク放電時に発生するアークの特に可視光線領域を検出することにより、離線の有無を測定するものであるが、このような測定器では、外部からの可視光の影響がある昼間には測定することができず、使用が制限されるという問題があった。

このような問題を解決するために、特許文献２に示される「パンタグラフ離線検知装置」が提供されている。
このパンタグラフ離線検知装置は、パンタグラフの近傍に設置された紫外光受光部と、車両の内部に配置された光量測定器と、を有し、これら紫外光受光部と光量測定器とが、プラスチックファイバで接続される構成である。また、前記紫外光受光部は、アーク光の所定の波長以下の紫外光成分を通過させるフィルタと、該フィルタを通過した紫外光を可視光に変換する蛍光ガラスとを有し、該フィルタを介して、所定の波長以上の非紫外光成分を取り除くことにより、アーク光に含まれる紫外光を、太陽光に対して高い割合で検出する。これによって可視光がある昼間であっても離線測定が可能となる。

特開昭５８−３５０１号公報 特開２００９−１８３０８８号公報

ところで、上記引用文献２は、フィルタを介して、所定の波長以上の非紫外光成分を取り除くことにより、アーク光に含まれる紫外光を検出する技術であるので、可視光がある昼間であっても離線測定が可能となり、引用文献１の問題点は解決される。
その一方で、検出対象となる紫外線には、離線アーク以外の紫外線（蛍光灯、水銀灯、信号灯からの紫外線）も含まれる、すなわち、離線アーク以外の紫外線の影響も受けることになり、上記引用文献２に示されるように、単に、所定の波長以上の非紫外光成分を取り除くだけでは、正確なアーク光測定ができないという新たな問題が発生していた。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、蛍光灯、水銀灯、信号灯からの紫外線の影響を排除して、トロリ線とすり板との離線により発生するアーク光中の紫外光のみを確実に検出することができる検出精度の高いパンタグラフの離線検知方法及び装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明は、車両上のパンタグラフのトロリ線からの離線時に発生するアーク光に含まれる紫外光の光量を測定することにより、パンタグラフの離線を検知するパンタグラフの離線検知方法であって、水銀灯より短波長の紫外光を選択して測定することにより、パンタグラフの離線を検知することを特徴とする。

車両上のパンタグラフのトロリ線からの離線時に発生するアーク光に含まれる紫外光の光量を測定することにより、パンタグラフの離線を検知するパンタグラフの離線検知装置であって、水銀灯より短波長の紫外光を選択して測定することにより、パンタグラフの離線を検知する離線測定手段を有することを特徴とする。

本発明のパンタグラフの離線検知方法及び装置では、水銀灯より短波長の紫外光を選択して測定することにより、パンタグラフの離線を検知する第１の離線検知、路線上に最も設置が多い水銀灯又はその他の蛍光灯、信号灯といった各種外乱光からの紫外線の影響を排除して、トロリ線とすり板との離線により発生するアーク光中の紫外光のみを確実に検出することができる。その結果、検出精度の高いパンタグラフの離線検知が可能となる効果が得られる。

第１実施形態に係るパンタグラフ離線検知装置の全体を示す概略構成図である。 紫外光受光部の構造を示す断面図である。 離線により生じるアーク光のスペクトル分布、及び太陽光のスペクトル分布を示すグラフである。 紫外線の波長に対するフィルタの透過率を示すグラフである。 第２実施形態に係るパンタグラフ離線検知装置の全体を示す概略構成図である。

［実施形態１］
本発明の第１実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
図１及び図２は、本発明の実施の形態に係るパンタグラフ離線検知方法及び当該方法を適用したパンタグラフ離線検知装置を説明する図であり、図１は装置全体の構成を示す図であり、図２は紫外光受光部の構造を説明する断面図である。
図１において、符号１が示されるパンタグラフ離線検知装置は、車両Ｖの上面のパンタグラフＰの近傍に設置された紫外光受光部１０と、車両Ｖの内部に配置された光量測定器２１と、該光量測定器２１で測定された光量を表示する表示装置２２と、から主に構成され、これら紫外光受光部１０、光量測定器２１、表示装置２２によって本発明の離線測定手段が構成される。また、紫外光受光部１０と光量測定器２１とは、プラスチックファイバ３０で接続している。

図２を参照して紫外光受光部１０を説明する。
紫外光受光部１０は、円筒形のケース１１に収容された、非紫外光を除去するとともに特定の波長域の紫外光を選択して透過させるフィルタ１２と蛍光ガラス１３とを有する。
フィルタ１２と蛍光ガラス１３は、ケース１１の一方の端面から、フィルタ１２が受光面側となるようにはめ込まれ、さらにフィルタ１２の外面に保護ガラス１４がはめ込まれて、ナット１５で固定されている。必要であれば、フィルタ１２と保護ガラス１４との間にＮＤフィルタ１６を配置してもよい。ケース１１のもう一方の反受光面側からは、プラスチックファイバ３０がはめ込まれて止めネジ１８でケース１１に固定されている。

フィルタ１２は、太陽光を遮断しつつ、所定の波長よりも短波長側の紫外光成分のみを通過させるためのものである。波長はパンタグラフＰの摺板の材質によって決められるが、本例では、水銀灯より短波長となる２００〜２３０ｎｍの紫外光を選択して通過させるものを選択して使用する。
なお、フィルタ１２により２００〜２３０ｎｍの波長帯の紫外線を選択するのは、この波長帯が離線アークに多く含まれるからであり、また、外乱の原因となる太陽光、及び離線アーク以外の紫外線（蛍光灯、水銀灯、信号灯からの紫外線）の影響を排除する目的がある。特に、信号灯にはＬＥＤ照明が使用され、構内照明には水銀灯が使用され、また、トンネル内の照明には蛍光灯が使用されているが、これらの内、紫外線の放射が多いのは水銀灯であり、２５３.７ｎｍや３６５ｎｍの紫外線を含んでいるためである。

一方、離線アークに含まれる紫外線は、図３に示される「離線により生じるアーク光のスペクトル分布（◇は新幹線のすり板を使用した場合、△は在来線のすり板を使用した場合を示す）、及び太陽光のスペクトル分布（□で示す）」を参照して分かるように、いずれのすり板を使用しても、２００〜２３０ｎｍの波長帯にピークがあり、このようなスペクトルの分布状況に基づき、前述のフィルタ１２により、２００〜２３０ｎｍの波長帯の紫外線を選択するものである。すなわち、紫外線を選別するための本例のフィルタ１２では、図４に示すように、紫外線の波長に対するフィルタ１２の透過を２００〜２３０ｎｍの波長帯とする。該フィルタ１２では、さらに、ピークが半分になる半値幅（２０６〜２２６ｎｍ）の波長帯にて紫外線の透過を行わせるようにし、離線により生じるアーク光の紫外線のみを確実に抽出するようにしても良い。

また、蛍光ガラス１３は、フィルタ１２を通過した紫外光領域の光を、プラスチックファイバ３０を透過可能な可視光に変換するためのものである。このような蛍光ガラス１３は、ガラス中に蛍光活性イオンとなる希土類イオンを多量に含有させたものである。例えば、希土類イオンが三価テルビウムの場合、波長が２００〜３９０ｎｍの紫外光で励起すると緑色の蛍光（波長５４０ｎｍ）を発し、３価ユウロピウムの場合、波長が２００〜４２０ｎｍの紫外光で励起すると赤色の蛍光（波長６１０ｎｍ）を発し、２価ユウロピウムの場合は波長が２００〜４００ｎｍの紫外光で励起すると青色の蛍光（波長４１０ｎｍ）を発する（「蛍光ガラスの開発」沢登成人（株式会社住田光学ガラス）、マテリアルインテグレーション
ＶＯＬ.１７、Ｎｏ.３（２００４））。

車両Ｖの内部には、光量測定器２１及び同光量測定器２１で測定された光量を表示する表示装置２２が配置されている。光量測定器２１としては、例えば、フォトセンサなどを使用でき、光量の強度に応じた電圧が出力される。紫外光受光部１０と光量測定器２１とは、プラスチックファイバ３０で接続しており、フィルタ１２を通過した２００〜２３０ｎｍの波長帯の紫外光成分は、蛍光ガラス１３で可視光に変換されて、プラスチックファイバ３０を通って光量測定器２１に送られ、光量が測定される。測定された光量は、表示装置２２で表示される。

そして、以上のように構成されたパンタグラフ離線検知方法及び当該方法を適用したパンタグラフ離線検知装置１では、紫外光受光部１０で受光された紫外線が、該紫外光受光部１０内のフィルタ１２により離線アークに多く含まれる２００〜２３０ｎｍの波長帯の紫外線のみが選択される。その後、フィルタ１２を通過した２００〜２３０ｎｍの波長帯の紫外光成分は、該フィルタ１２の後側に位置する蛍光ガラス１３で可視光に変換されて、プラスチックファイバ３０を通って光量測定器２１に送られて光量が測定されるとともに、測定された光量は、表示装置２２に表示されることになる。
すなわち、本実施形態に示されるパンタグラフの離線検知方式では、水銀灯より短波長の紫外光（２００〜２３０ｎｍの波長帯の紫外光）を選択して測定することにより、パンタグラフの離線を検知するようにしたので、路線上に最も設置が多い水銀灯又はその他の蛍光灯、信号灯といった各種外乱光からの紫外線の影響を排除して、トロリ線とすり板との離線により発生するアーク光中の紫外光のみを確実に検出することができる。その結果、検出精度の高いパンタグラフの離線検知が可能となる効果が得られる。

［実施形態２］
本発明の第２実施形態について、図５を参照して説明する。
第２実施形態で示されるパンタグラフ離線検知方法及び当該方法を適用したパンタグラフ離線検知装置１が、第１実施形態と異なるのは、離線アーク以外の紫外線（蛍光灯、水銀灯、信号灯からの紫外線）の影響を完全に排除するために、離線アーク以外の紫外線の影響がある位置での紫外線受光を停止するようにした点である。

具体的には、図５に示すように、符号４０で示すデータ照合手段を設け、このデータ照合手段４０において、車両Ｖの走行位置を示す現在位置データと、予め記憶しておいた外乱光の影響を受ける位置を示す基準位置データとを照合し、その照合結果に基づき、前記光量測定器２１に対して、外乱光の影響を受ける地点にて前記紫外線を非測定とする制御信号を出力する。

なお、前記予め記憶しておいた外乱光の影響を受ける位置を示す基準位置データは、路線上の照明設置位置に対応している。また、車両Ｖの走行位置を示す現在位置データは、速度発電機４１から車輪の回転数に応じて出力されるパルスを計測することで、算出しても良い。これ以外には、速度を積分したり、路線に沿って設けられた目標となる地上子を検出又はカウントして距離を積算することや、ＧＰＳのデータを用いても得ることができる。

また、この第２実施形態では、紫外光受光部１０に、２００〜２３０ｎｍの波長帯の紫外線を選択するフィルタ１２を設けることは必須ではない。すなわち、この紫外光受光部１０に、第１実施形態で示すような２００〜２３０ｎｍ又は２０６〜２２６ｎｍの波長帯の紫外線を選択するフィルタ１２を設けても良いし、設けなくても良い。また、フィルタ１２を設けた場合でも、２００〜２３０ｎｍの波長帯の紫外線を選択することに限定されるものではない。
そして、ここで紫外光受光部１０に、２００〜２３０ｎｍ又は２０６〜２２６ｎｍの波長帯の紫外線を選択するフィルタ１２を設けた場合には、最も設置数の多い水銀灯を始めとする外乱光の影響を確実に排除することができ、より精度の高いパンタグラフ離線検知を行うことができる。

以上詳細に説明したように第２実施形態に示されるパンタグラフの離線検知方法及び当該方法を適用したパンタグラフ離線検知装置１では、車両Ｖの走行位置を示すデータに基づき、外乱光の影響を受ける地点にて非測定としかつ外乱光の影響を受けない地点でのみパンタグラフの離線検知を行うことにより、水銀灯又はその他の蛍光灯、信号灯といった各種外乱光からの紫外線の影響を排除して、トロリ線とすり板との離線により発生するアーク光中の紫外光のみを確実に検出することができる。その結果、検出精度の高いパンタグラフの離線検知が可能となる効果が得られる。

また、第２実施形態では、データ照合手段４０により、車両Ｖの走行位置を示すデータに基づき、外乱光の影響を受ける地点にて紫外線を非測定とする方式とともに、紫外光受光部１０に、２００〜２３０ｎｍ又は２０６〜２２６ｎｍの波長帯の紫外線を選択するフィルタ１２を選択的に設けることで、最も設置数の多い水銀灯を始めとする外乱光の影響をより確実に排除することが可能となる。

そして、以上の点をまとめれば、本発明のパンタグラフの離線検知方法及び装置では、水銀灯より短波長の紫外光を選択して測定することにより、パンタグラフの離線を検知する第１の離線検知（第１実施形態に示されるパンタグラフの離線検知）、又は車両Ｖの走行位置を示すデータに基づき、外乱光の影響を受ける地点にて非測定としかつ外乱光の影響を受けない地点でのみパンタグラフの離線検知を行う第２の離線検知（第２実施形態に示されるパンタグラフの離線検知）の少なくとも一方を行うことで、路線上に最も設置が多い水銀灯又はその他の蛍光灯、信号灯といった各種外乱光からの紫外線の影響を排除して、トロリ線とすり板との離線により発生するアーク光中の紫外光のみを確実に検出することができる。その結果、検出精度の高いパンタグラフの離線検知が可能となる効果が得られる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明は、蛍光灯、水銀灯、信号灯からの紫外線の影響を排除して、トロリ線とすり板との離線により発生するアーク光中の紫外光のみを確実に検出することができる検出精度の高いパンタグラフの離線検知方法及び装置を提供する。

１ パンタグラフ離線検知装置 １０ 紫外光受光部（離線測定手段） ２１ 光量測定器（離線測定手段） ２２ 表示装置（離線測定手段） ４０ データ照合手段 Ｖ 車両 Ｐ パンタグラフ

Claims (6)

1. 車両上のパンタグラフのトロリ線からの離線時に発生するアーク光に含まれる紫外光の光量を測定することにより、パンタグラフの離線を検知するパンタグラフの離線検知方法であって、
   水銀灯より短波長の紫外光をフィルタを通過させることにより選択して前記車両上で取り込み、蛍光ガラスによって可視光に変換し、光ファイバを経由して前記車両内の光量測定器に導いて測定することにより、パンタグラフの離線を検知することを特徴とするパンタグラフの離線検知方法。
2. 前記水銀灯より短波長となる２００〜２３０ｎｍの紫外光を選択して測定することを特徴とする請求項１に記載のパンタグラフの離線検知方法。
3. 前記紫外線のピーク値の半値の短波長となる２０６〜２２６ｎｍの紫外光を選択して測定することを特徴とする請求項２に記載のパンタグラフの離線検知方法。
4. 車両上のパンタグラフのトロリ線からの離線時に発生するアーク光に含まれる紫外光の光量を測定することにより、パンタグラフの離線を検知するパンタグラフの離線検知装置であって、
   前記車両の上で水銀灯より短波長の紫外光を選択して通過させるフィルタと、
   このフィルタを通過した紫外線を前記車両の上で可視光に変換する蛍光ガラスと、
   この蛍光ガラスにより変換された可視光を前記車両の上から前記車両内へ伝送する光ファイバと、
   この光ファイバを経由して導かれた可視光を前記車両内で測定する光量測定器と、
   を備えたパンタグラフの離線を検知する離線測定手段を有する、ことを特徴とするパンタグラフの離線検知装置。
5. 前記水銀灯より短波長となる２００〜２３０ｎｍの紫外光を選択して測定することを特徴とする請求項４に記載のパンタグラフの離線検知装置。
6. 前記紫外線のピーク値の半値の短波長となる２０６〜２２６ｎｍの紫外光を選択して測定することを特徴とする請求項５に記載のパンタグラフの離線検知装置。