JP2017013547A - 地絡保護装置及び地絡保護システム - Google Patents
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Abstract
Description
電気鉄道において、電車への電力供給設備である変電所及び電車線路では、雷撃、飛来物、鳥、蛇、倒木等により、大地に電気が漏れる地絡事故が発生する。この時、大地に流出したき電電流が信号設備に流れ込み、信号設備が焼損することがある。地絡電流は条件によっては長時間(分単位)流れることがあり、一般的な雷害に比べて被害が大きくなる傾向がある。地絡電流により、次の2つの現象(Ia)、(Ib)がみられる。
図2は、き電回路の地絡時の基本的な電流経路と電位分布の様子を示す模式図である。
図3は、き電回路の地絡故障に伴う信号機器室焼損事故の典型的パターンを示す模式図である。
同様の現象で、踏切設備においても障害が発生している。
図4(a)、(b)は、地絡模擬試験結果の一例を示す模式図であり、同図(a)は、変電所構内地絡を示す図、及び、同図(b)は、電車線路側地絡を示す図である。
従来の対策では、信号機器9bとA種接地33との間を耐雷トランス31によって絶縁し、更に、信号機器室9内の信号機器9bと建屋9aとの間を絶縁部材34によって絶縁している。
本発明によれば、地絡時に、地絡保護装置によって接地とレールとの間を短絡する構成になっている。そのため、レールと接地は等電位化され、信号機器と接地との間、信号機器とこの信号機器が設置された信号機器室の建屋との間、及び付帯機器を収容している付帯機器筐体と信号ケーブルとの間の絶縁破壊を防止することができる。更に、地絡電流は接地からレールに戻るため、信号機器室への地絡電流の流入を防止できると共に、レール電位も低減できる。
地絡保護装置の開閉器部分は、開閉器と放電管の並列回路になっているので、レールに過大なサージが発生した場合には、放電管が放電してサージ電流が接地へ流れる。そのため、サージ電圧が大きく抑制され、信号機器室へのサージ進入を防止できる。
図1は、本発明の実施例1における地絡保護システムを示す概略の構成図である。
図6は、本発明の実施例1における図1の地絡保護システムの地絡保護動作を示す説明図である。なお、この図6では、図1の要部のみが示されている。
先ず、ステップST21において、レール1の付近で地絡6が発生すると、レール電位V1が上昇する。ステップST22において、レール1側のインピーダンスボンド中性点35に接続された地絡保護装置40のレール側端子41と、A種接地33された地絡保護装置40の接地側端子42との間に、過電圧が発生する。ステップST23において、過電圧の発生に対して瞬時に放電管45が放電する。ステップST24において、放電管45の放電により、矢印で示すように、地絡電流i6が、A種接地33→地絡保護装置40のアース側端子42→放電管45→レール側端子41→インピーダンスボンド中性点35の経路で、レール1へ流れる。
本実施例1の地絡保護装置40及びこれを用いた地絡保護システムによれば、次のような地絡保護効果(A)と、更に、雷サージ保護効果(B)と、がある。
き電回路の地絡時に、地絡保護装置40により、A種接地33とレール1(例えば、インピーダンスボンド中性点35)との間が短絡される。そのため、レール1とA種接地33とが等電位化され、信号機器9bとA種接地33との間、信号機器9bと建屋9aとの間、更に、転てつ器7の筐体7aと信号ケーブル8との間の絶縁破壊を防止することができる。しかも、地絡電流i6がA種接地33からレール1へ戻るため、信号機器室9への地絡電流i6の流入を防止できると共に、レール電位V1も低減できる。
図7は、図1のレール1からの雷サージによる障害現象を示す説明図である。
図9(a)〜(d)は、本発明の実施例2における図1中の地絡保護装置40の具体的な構成例を示す回路図である。図9(a)〜(d)のうち、同図(a)は全体の構成、同図(b)は電源部の構成、同図(c)は電磁継電器の接点スイッチにおける駆動部の構成、及び、同図(d)は駆動回路50の構成を示す回路図である。
図1の地絡保護システムにおいて、地絡6が発生すると、図3中の変電所10では、その地絡電流i11bを検出して遮断器12を開き(開路)、一定時間が経過した後(例えば、500mSが経過した後)、遮断器12を自動的に閉じるようにしている(自動再閉路)。そして、遮断器12を自動再閉路した時点で地絡電流i11bが継続している場合には、再度同様に遮断器12を開き、一定時間が経過した後、遮断器12を自動的に閉じるようにしている。このように、変電所10側では、地絡電流i11bのパターンに応じて遮断器12の開閉が複数回行われる場合もある。そのため、地絡保護装置40側では、地絡電流i6が検出されなくなった後も数秒間は、開閉器46としての電磁継電器MS2の接点スイッチms2の投入状態を保持する等、変電所10側(遮断器12の動作)との協調に配慮した設計が必要になる。
図10は、図9の地絡保護装置40の動作例1(自動再閉路成功)を示す波形図である。
この時点(時刻t2)で特に問題が無い場合(即ち、自動再閉路した際に、遮断器12が異常電流を検出しない場合)には、次のような動作になる。
図11は、図9の地絡保護装置40の動作例2(自動再閉路失敗)を示す波形図である。
以降の動作は下記の通り、前記(2)〜(17)までとほぼ同様の動作になる。
図12は、図9の地絡保護装置40の動作例3(高抵抗地絡後、自動再閉路成功)を示す波形図である。
図13は、図9の地絡保護装置40の動作例4(高抵抗地絡後、自動再閉路失敗)を示す波形図である。
本実施例2の地絡保護装置40及びこれを用いた地絡保護システムによれば、実施例1と同様に、前記地絡保護効果(A)及び前記雷サージ保護効果(B)を奏することができる。特に、本実施例2は、変電所10側(変電所10の遮断器12の動作)との協調に優れる設計になっており、種々の地絡電流パターンに対応可能になっているため、より一層的確に前記地絡保護効果(A)を奏することができる。
本発明は、上記実施例1、2に限定されず、種々の利用形態や変形が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の(a)〜(e)のようなものがある。
例えば、図9では、図1中の検出手段51を2つの過電流継電器OCR1,OCR2で構成しているが、1つの過電流継電器OCRで構成することも可能である。又、図9では、図1中の電磁継電器MSとして2つの電磁継電器MS1,MS2を使用しているが、1つの電磁継電器MSで構成することも可能である。この場合は、図9中の電磁継電器MS2及び接点スイッチms2を省略し,電磁継電器MS1の接点スイッチms1のみで、開閉器46を構成すれば良い。
3 トロリ線・き電線
5 接地電極
7 転てつ器
8 信号ケーブル(電源線、信号線又は制御線)
9 信号機器室
9b 信号機器
10 変電所
11 き電電源
12 遮断器
31 耐雷トランス(耐雷変圧器)
31c 静電シール
33 A種接地
34 絶縁材
35 インピーダンスボンド中性点
40 地絡保護装置
41 レール側端子
42 アース側端子
45 放電管
46 開閉器
47 CT(変流器)
50 駆動回路
51 検出手段
OCR1,OCR2 地絡過電流継電器
52 駆動手段
TM タイマ
MS,MS1,MS2 電磁継電器
Claims (6)
- レールの付帯機器に対して信号ケーブルを介して電源供給及び制御信号の送受信を行う信号機器が配設された鉄道沿線において、き電回路の地絡事故が生じた際、前記信号機器の損傷を防止するための地絡保護装置であって、
前記レール側に接続されるレール側端子と、
接地される接地側端子と、
前記レール側端子と前記接地側端子との間に接続され、前記レール側端子及び前記接地側端子間に印加された過電圧により放電して地絡電流を流す放電管と、
前記放電管に対して並列に接続され、閉じた時に前記放電管を短絡し、開いた時に前記放電管の短絡を解除する開閉器と、
前記地絡電流を検出する検出器と、
前記検出器の検出結果に基づき、前記開閉器を開閉する駆動回路と、
を備え、
前記駆動回路は、
前記検出器の検出結果に基づき、前記地絡電流の発生及び消滅、又は有無を検出する検出手段と、
前記検出手段によって前記地絡電流の発生が検出された際に前記開閉器を閉じ、その後、変電所側の遮断器の開路動作に伴い前記検出手段によって前記地絡電流が検出されなくなった際、前記遮断器との協調を図るため、即時に前記開閉器を開かず、前記地絡電流が検出されなくなった時点から所定時間経過後に前記開閉器を開くように設計されている駆動手段と、
を有することを特徴とする地絡保護装置。 - 前記駆動手段は、更に、
前記所定時間内において、前記遮断器が、閉路した後に地絡電流の継続を検出して再度開路した場合であって、この前記遮断器の再度開路動作に伴い前記検出手段によって前記地絡電流が再度検出されなくなった場合には、前記遮断器との協調を図るため、即時に前記開閉器を開かず、前記地絡電流が再度検出されなくなった時点から所定時間経過後に前記開閉器を開くように設計されている
ことを特徴とする請求項1記載の地絡保護装置。 - 前記付帯機器には、転てつ器又は踏切設備が含まれ、
前記レール側端子は、前記レールのインピーダンスボンド中性点に接続され、
前記接地は、A種接地である、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の地絡保護装置。 - 前記検出器は、
変流器であり、
前記検出手段は、
前記検出器の検出結果に基づき、前記地絡電流の発生及び消滅、又は有無を検出して継電器接点信号を出力する地絡過電流継電器を有し、
前記駆動手段は、
前記継電器接点信号に基づき、前記所定時間を計時してタイマ接点信号を出力するタイマと、
前記タイマ接点信号に基づき、前記開閉器を開閉する電磁継電器と、
を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の地絡保護装置。 - 前記駆動手段は、更に、
前記継電器接点信号に基づき、前記タイマの計時動作を制御する第1の補助リレーと、
前記タイマ接点信号に基づき、前記電磁継電器の開閉動作を制御する第2の補助リレーと、
を有することを特徴とする請求項4記載の地絡保護装置。 - 請求項1〜5のいずれか1項記載の地絡保護装置を備え、
前記地絡保護装置の前記レール側端子が前記レール側に接続され、前記地絡保護装置の前記接地側端子が接地され、前記き電回路に地絡事故が生じた際、前記信号機器の損傷を防止するための地絡保護システムであって、
前記信号機器は、絶縁材を介して信号機器室内に設置され、前記信号ケーブルを介して、前記レールの前記付帯機器に接続され、且つ、1次巻線及び2次巻線間に静電シールが設けられた耐雷変圧器を介して、駆動電力供給用の電源線に接続され、
前記耐雷変圧器の前記静電シールは、接地されている、
ことを特徴とする地絡保護システム。
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