JP2018007431A

JP2018007431A - 屋外用電源切替装置

Info

Publication number: JP2018007431A
Application number: JP2016132200A
Authority: JP
Inventors: 坂田　眞也; Shinya Sakata; 眞也坂田; 洋平池; Yohei Ike; 幸治小宮山; Koji Komiyama
Original assignee: KYORITSU KEIKI CO Ltd; NISHIMURA DENKO KK; East Japan Railway Co
Current assignee: KYORITSU KEIKI CO Ltd; NISHIMURA DENKO KK; East Japan Railway Co
Priority date: 2016-07-04
Filing date: 2016-07-04
Publication date: 2018-01-11
Anticipated expiration: 2036-07-04
Also published as: JP6830619B2

Abstract

【課題】筐体の小型化が可能であるとともに、外部からの振動や落雷に対して強い屋外用電源切替装置を実現する。【解決手段】箱状の筐体内部に、２個の電流スイッチを備えた電源切替ユニット（４２）と、前記電流スイッチを制御する信号を生成する制御装置と、前記電源切替ユニットの複数の端子と外部の電線とを接続するための複数の端子を有する端子台（４７）とが収納され、前記２個の電流スイッチを制御して２系統の高圧送電線のそれぞれに接続された２個の変圧器のうち一方からの電流を負荷へ供給する屋外用電源切替装置において、前記電源切替ユニットは、前記電流スイッチとして電磁接触器を備え、前記電源切替ユニットの複数の端子と前記端子台の複数の端子のうち対応する端子とが、互いに所定の距離以上の間隔を有して配設された複数の銅板配線（４８ａ〜４８ｆ）によって接続されているようにした。【選択図】図３

Description

本発明は、屋外用電源切替装置に関し、例えば鉄道設備における閉塞信号機や踏切保安装置等へ電源を供給するための屋外用電源切替装置に利用して有効な技術に関する。

鉄道路線には閉塞信号機や踏切保安装置等の電気機器およびこれらの機器へ電源を供給する高圧送電線や変圧器が設置されている。また、鉄道システムでは、高圧送電線に断線等の障害が発生した場合にも、列車の運行に支障を来さないようにするため、２系統の高圧送電線が敷設されている。そして、通常は一方の高圧送電線（現用）からの電力を供給していて、その電力が遮断すると他方の高圧送電線（予備）からの電力に切り替える電源切替装置が、鉄道路線の閉塞信号機等の設置個所の近傍（屋外）に設置されている。

特開２００１−１１２１２４号公報特開２０００−２２４８６４号公報

従来、閉塞信号機や踏切保安装置に対応した電源切替装置（駅中間電源切替装置）としては、電流容量が３０Ａの小電流用のものと、１００Ａの大電流用のものがあり、路線によっては３０Ａの電源切替装置を使用する箇所が多いことがある。一方、閉塞信号機に隣接する踏切設備は、信号機と電源を共有することが多く、近年、踏切設備の改良等に伴う機器の増設により消費電流が増加する傾向があり、３０Ａの電源切替装置では電流容量が足りなくなるケースが多くなってきている。

ところが、１００Ａの電源切替装置の筐体は、３０Ａの電源切替装置の筐体に比べて、横幅、奥行きおよび高さがそれぞれ２倍（体積で約８倍）近くあり、かなり広い設置スペースを必要とするため、スペースの関係で単純に３０Ａの電源切替装置を１００Ａの電源切替装置に置き換えることができない場合がある。また、電流容量が４０Ａ〜５０Ａで良いところに、１００Ａの電源切替装置を使用することは、コスト的にも無駄が大きい。一方、電流容量が足りなくなった場合には、既設の３０Ａの電源切替装置とは別に新たな３０Ａの電源切替装置を増設することも考えられるが、設置するスペースがない場合もある。

また、従来の１００Ａの駅中間電源切替装置は、電源切替ユニットとして無接点リレーを使用しており、無接点リレーを使用した電源切替ユニットは落雷等に弱いため、筐体の外の電流引込み側に比較的大きなサイズの耐雷用のトランスを設置する必要がある。しかし、既設の駅中間電源切替装置に耐雷対策を施したくても、そのスペースがないこともあるといった課題がある。
さらに、無接点リレーを使用した電源切替ユニットはサイズが大きく、従来の３０Ａの電源切替装置の筐体と同程度の筐体に収納することはできないことが分かった。そこで、新たな電源切替装置（５０Ａ以上）を開発するに当たり、従来の３０Ａの電源切替装置で採用されている電磁リレー（継電器）を利用した電源切替ユニットを採用することを検討した。しかし、電磁リレーは振動に弱く、駅中間電源切替装置のように振動の多い鉄道沿線に設置される電源切替装置に使用するのは望ましくないとの結論に達した。

なお、本出願に係る発明は、後述のように、無接点リレーに比べて小型化が可能な電磁接触器を電源切替ユニットに使用することを特徴のひとつとしている。従来、電磁接触器は、１００Ａ以上の大電流が流される配電盤等に使用されることが多く、駅中間電源切替装置に使用した例はない。
電磁接触器を使用した電源装置に関する発明としては、例えば特許文献１に記載されているものがあるが、特許文献１の発明は、配電盤において電流を遮断するために使用するものであり、電源の切替を行う電源切替装置でない点で本願発明とは相異している。

また、本出願に係る発明は、後述のように、電磁接触器の端子と端子台とを接続する配線として銅線の代わりに銅板を使用することも特徴である。銅板を配線として使用する発明としては、特許文献２に記載されているものがあるが、特許文献２の発明は、複数の銅板配線を交差して配設するという発想や耐雷強度を高めるという発想がない点で本願発明とは相異している。
本発明は、上記のような背景の下になされたもので、筐体の小型化が可能であるとともに、外部からの振動に対して強い屋外用電源切替装置を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、落雷に対しても強い屋外用電源切替装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、
箱状の筐体内部に、２個の電流スイッチを備えた電源切替ユニットと、前記電流スイッチを制御する信号を生成する制御装置と、前記電源切替ユニットの複数の端子と外部の電線とを接続するための複数の端子を有する端子台と、が収納され、前記２個の電流スイッチを制御して２系統の高圧送電線のそれぞれに接続された２個の変圧器のうち一方からの電流を負荷へ供給する屋外用電源切替装置であって、
前記電源切替ユニットは、前記電流スイッチとして電磁接触器を備え、
前記電源切替ユニットの複数の端子と前記端子台の複数の端子のうち対応する端子とが、互いに所定の距離以上の間隔を有して配設された複数の銅板配線によって接続されているように構成したものである。

上記のような構成を有する屋外用電源切替装置によれば、電源切替ユニットの電流スイッチに電磁接触器を使用しているため、無接点リレーを使用するものに比べて筐体の小型化を達成することができるとともに、電磁リレーを使用するものに比べて外部からの振動に対しても強い屋外用電源切替装置を実現することができる。
また、電源切替ユニットの複数の端子と端子台の複数の端子のうち対応する端子とを接続する配線が銅板であるため、銅線に比べて形状を保持し易い上、複数の銅板配線が互いに所定の距離以上の間隔を有して配設されているため、配線同士が接触して混触が発生するのを確実に防止できるとともに、落雷によって電位差が生じた場合にも配線間の誘導サージが発生するのを防止することができる。

ここで、望ましくは、前記銅板配線は、板状の銅板を芯材とし、該芯材の両端の端子結合部を除く部位の周面が絶縁層で被覆されているように構成する。
上記のような構成によれば、銅板配線が銅板からなる芯材の周面に絶縁層が形成されているため、配線間の耐雷強度を高めることができる。

また、望ましくは、前記絶縁層は、熱収縮性を有する絶縁性樹脂で形成する。
かかる構成によれば、銅板からなる芯材所定の形状に折曲した後、その周囲に熱収縮性を有する絶縁性樹脂チューブを被せ、加熱して収縮させることで、芯材の周面に絶縁層が形成されている銅板配線を容易に作成することができる。

本発明によれば、筐体の小型化が可能であるとともに、外部からの振動に対して強い屋外用電源切替装置を実現することができる。また、落雷に対しても強い屋外用電源切替装置を実現することができるという効果がある。

本発明に係る屋外用電源切替装置を適用して有効な電力供給システムの一例を示すシステム概略構成図である。本発明に係る屋外用電源切替装置の一実施形態を示す正面図である。実施形態の屋外用電源切替装置を構成する電源切替ユニットの背面図である。電源切替ユニットの背面の３次元構成配線群を斜め左方向から見た様子を示す斜視図である。電源切替ユニットの等価回路を示す回路図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る屋外用電源切替装置の実施形態について詳細に説明する。図１は本発明に係る屋外用電源切替装置を適用して有効な電力供給システムの一例を示すシステム概略構成図、図２は本発明に係る屋外用電源切替装置の一実施形態を示す正面図である。

図１は、鉄道沿線に設置されている閉塞信号機や踏切保安装置等に電力を供給する場合のシステム構成を示している。図１に示すように、鉄道沿線の設備への電力供給システムは、２つの変電所１Ａ，１Ｂ間に、断線等の障害が発生した場合にも列車の運行に支障を来さないようにするため、高圧の交流電力を供給する２系統（現用と予備）の高圧送電線２Ａ，２Ｂが敷設されている。

高圧送電線２Ａ，２Ｂには、現用と予備の線条変圧器３Ａ，３Ｂがそれぞれ接続され、この線条変圧器３Ａまたは３Ｂによって低い電圧に変換された電力が閉塞信号機１１や踏切保安装置１２等に供給される。
線条変圧器３Ａ，３Ｂと閉塞信号機１１踏切保安装置１２との間には、通常は一方の高圧送電線（現用）２Ａからの電力を供給しており、その電力が遮断すると他方の高圧送電線（予備）２Ｂからの電力に切り替える駅中間電源切替装置４が設けられている。なお、駅中間電源切替装置４は、通常、鉄道沿線の閉塞信号機等の設置個所の近傍（屋外）に設置される。

電源切替装置４は、電源切替スイッチ５と、一方の高圧送電線（現用）２Ａの電流または電圧を検知して電力の供給状態を監視し電源切替スイッチ５を制御する制御部６とを備えており、制御部６が高圧送電線（現用）２Ａの電力遮断を検知すると電源切替スイッチ５へ制御信号を送って、接点を他方の高圧送電線（予備）２Ｂの電力の側に切り替えることで、閉塞信号機１１や踏切保安装置１２への電力供給が途絶えないように構成されている。

次に、本実施形態の駅中間電源切替装置４の具体的な構成について、図２および図３を用いて説明する。このうち、図２は本実施形態の駅中間電源切替装置４の前扉を開いた状態の正面図、図３はそのうち電源切替ユニット部分の背面図である。
図２に示すように、本実施形態の駅中間電源切替装置４は、前扉が開閉可能に構成された箱状の筐体４１と、該筐体４１の上部に収納され上記電源切替スイッチ５として機能する電源切替ユニット４２とを備える。

電源切替ユニット４２は、図示しないが、図１の電源切替スイッチ５の２つの接点Ｓ１，Ｓ２を構成する２個の電磁接触器と、これらの電磁接触器をオン、オフ動作させる電磁ソレノイドとを有している。また、電磁接触器はオンまたはオフに変換される際にのみ電磁ソレノイドが励磁され、変換後はバネの力でその状態を機械的に保持するように構成されており、電流容量は例えば１００Ａとされる。
なお、電源切替ユニット４２の前面には、それぞれの電磁接触器に強制的に電流を流してオフ（遮断状態）させるためのトリップボタン４２Ａ，４２Ｂと、手動でいずれか一方の電磁接触器をオンさせたり両方ともオフにさせたりするためのレバー４２Ｃが設けられている。これにより、電磁接触器が正常に動作するか否かを容易に確かめることができる。

上記のように、電磁接触器は電磁力で接点の状態を維持する構成ではなく機械的に接点状態が維持される構成であるので、電源切替ユニット４２に電磁接触器を使用することにより、軌道沿線に配設されることで頻繁に振動が装置に伝わって来たとしても、オン状態またはオフ状態を安定に保持することができる。また、継電器（電磁リレー）と異なり状態を保持するために常時通電しておく必要がないという利点もある。さらに、電源切替ユニットとして無接点リレーを使用していないため、筐体外部に耐雷用のトランスを設置する必要もない。
また、電源切替ユニット４２は、両側に前後方向のガイドレールが設けられており、電磁接触器が共にオフのニュートラル状態で、前方へ引出し可能に構成されているため、部品の交換が可能である。また、正規の位置では、複数本のボルトによってユニット本体を筐体側に固定する構成とすることで、外部振動によるガタつきや移動（抜け）を防止するようになっている。

筐体４１は、上記のように電源切替ユニット４２として電磁接触器を利用したものを使用することで大きさが従来の３０Ａの電源切替装置の筐体と同程度とすることができるとともに、前壁をヒンジにより開閉可能な構成（前扉）にする一方、後壁は開閉不能な固定式とする。このように、筐体４１を片面扉とすることにより、装置の設置場所の制約が減少し、電柱に設置することも可能となる。因みに、従来の駅中間電源切替装置は、前壁と後壁が開閉可能な両面扉のものが一般的であった。

また、本実施形態の駅中間電源切替装置４は、筐体４１内に、前記制御部６として機能する制御ボックス４３、複数の電磁リレー４４、装置の動作状態を監視する状態監視装置４５、状態監視装置４５等に対する信号の入出力を行う信号線が接続される複数の端子を備えた信号入出力端子台４６等が設けられている。
そして、制御ボックス４３の前面パネルには、手動で電源の切替えを行うか自動で電源の切替えを行うかを設定するためのスイッチおよびその操作ノブ４３Ａと、手動モードに設定された場合に、高圧送電線（現用）２Ａの電力または高圧送電線（予備）２Ｂの電力のいずれを供給するかの切替えを行うためのスイッチおよびその操作ノブ４３Ｂが設けられている。これにより、電源を遮断せずに手動による転極試験が可能となる。なお、操作ノブ４３Ｂは、ニュートラル位置をとることも可能に構成されている。

上記電源切替ユニット４２および制御ボックス４３の背部には、図３（Ａ）に示すように、線条変圧器３Ａ，３Ｂ（図１）から電流を引き込む電線３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄや閉塞信号機１１や踏切保安装置１２（図１）へ電流を供給する電線３２Ａ，３２Ｂが接続される６個の端子Ｔ１１〜Ｔ１６を備えた中継端子台４７と、該中継端子台４７の６個の端子Ｔ１１〜Ｔ１６と上記電源切替ユニット４２の裏面の６個の端子Ｔ２１〜Ｔ２６とを接続する３次元構成配線群４８が設けられている。

中継端子台４７には、上記６個の端子Ｔ１１〜Ｔ１６が、ボルト４９ａ〜４９ｆによって固着されている。符号５０が付されているのは、電源切替ユニット４２の切替え制御信号やトリップボタン４２Ａ，４２Ｂからの入力信号等の信号を伝達する信号線が接続される信号端子台である。
電源切替ユニット４２には、２系統（現用と予備）の交流電圧が入力されるため、電源切替ユニット４２を等価回路で示すと、図５のようになる。図５より、電源切替ユニット４２の裏面には６個の端子があることが分かる。

次に、本実施形態における上記３次元構成配線群４８の具体的な構成の仕方について説明する。
本発明者らは、本発明に先立って、電源切替ユニット４２の裏面の端子と中継端子台４７の端子とを接続する３次元構成配線群４８として、図３（Ｂ）に示すように、絶縁チューブで被覆された銅線（丸線）４８ａ’〜４８ｆ’を使用したものを試作し、その性能について評価した。

その結果、図３（Ｂ）に示すように、銅線（丸線）を使用した場合には、長さ方向全体に亘って各銅線間の間隔を保持することが困難で、必ず接触する部位があり、混触が発生するおそれがある。また、落雷があった場合、電源切替ユニット４２の裏面の端子には、線条変圧器３Ａ，３Ｂから電流を引き込む電線３１Ａ〜３１Ｄを通して数万ボルト以上の電圧が流れ込むことがある。そのため、配線間の間隔が充分に確保されていないと、配線間で短絡事故が発生するおそれがあることが明らかとなった。

そこで、本発明者らは、３次元構成配線群４８を構成する配線として、銅線の代わりに、図３（Ａ）に示すように、銅板配線４８ａ〜４８ｆを使用するとともに、各配線間の間隔として最低２０ｍｍを確保して配設することとした。なお、使用する配線は、芯材として幅が約２０ｍｍで、厚さが４ｍｍの銅板を使用し、それを所定の形状に折曲した後、その周囲に熱収縮性を有する絶縁性樹脂チューブを被せ、加熱して収縮させることで密着させ形成した。

ここで、上記銅板配線４８ａ〜４８ｆの具体的な配設例を、図４を用いて説明する。図４は、電源切替ユニット４２の背面を斜め左方向から見た斜視図である。
銅板配線４８ａは中継端子台４７上の最も左側の端子Ｔ１１と電源切替ユニット４２の裏面の左下の端子Ｔ２１とを電気的に接続するもので、図４に示すように、中継端子台４７上の端子Ｔ１１の位置から真っ直ぐ上方へ延び、電源切替ユニット４２の下端までの高さの中間位置で、手前すなわち厚み方向へ９０度折曲されている。その後、右横方向すなわち幅方向へ９０度折曲され、銅板配線４８ｃを山越しし、端子Ｔ１４とＴ１５の中間点の上方辺りで奥側すなわち厚み方向へ９０度折曲されて上方へ延び、電源切替ユニット４２の裏面の端子Ｔ２１の近傍で厚み方向（右横方向）へ９０度折曲されて、端部が端子Ｔ２１にボルトＢ１で結合されている。

銅板配線４８ｂは中継端子台４７上の左から２番目の端子Ｔ１２と電源切替ユニット４２の裏面の右下の端子Ｔ２２とを電気的に接続するもので、中継端子台４７上の端子Ｔ１２の位置から真っ直ぐ上方へ延び、電源切替ユニット４２の下端までの高さの１／３〜１／２の位置で、手前すなわち厚み方向へ９０度折曲され、その後右横方向すなわち幅方向へ９０度折曲され、銅板配線４８ｃを山越しし、端子Ｔ１６の上方位置で奥側すなわち厚み方向へ９０度折曲されて上方へ延び、電源切替ユニット４２の裏面の端子Ｔ２２の近傍で厚み方向（左横方向）へ９０度折曲されて端子Ｔ２２にボルトＢ２で結合されている。

銅板配線４８ｃは中継端子台４７上の左から３番目の端子Ｔ１３と電源切替ユニット４２の裏面の中段左の端子Ｔ２３とを電気的に接続するもので、中継端子台４７上の端子Ｔ１３の位置から真っ直ぐ上方へ延び、電源切替ユニット４２の中段の高さの位置で、手前すなわち厚み方向へ９０度折曲され、その後右横方向すなわち幅方向へ９０度折曲されて端子Ｔ２３にボルトＢ３で結合されている。

銅板配線４８ｄは中継端子台４７上の左から４番目の端子Ｔ１４と電源切替ユニット４２の裏面の中段右の端子Ｔ２４とを電気的に接続するもので、中継端子台４７上の端子Ｔ１４のやや上方で、手前すなわち厚み方向へ９０度折曲され、その後右横方向すなわち幅方向へ９０度折曲され、銅板配線４８ｅ，４８ｆを山越しし、端子Ｔ１６を越えた位置で上方すなわち厚み方向へ９０度折曲されて上方へ延び、電源切替ユニット４２の裏面の端子Ｔ２４の近傍で左横方向すなわち厚み方向へ９０度折曲されて、端子Ｔ２４にボルトＢ４で結合されている。

銅板配線４８ｅは中継端子台４７上の左から５番目の端子Ｔ１５と電源切替ユニット４２の裏面の上段左の端子Ｔ２５とを電気的に接続するもので、中継端子台４７上の端子Ｔ１５のやや上方まで伸びてから奥側へ折曲され、さらに斜め左方向へ４５度折曲され、銅板配線４８ｃと重なる位置で上方へ４５度折曲され、銅板配線４８ｃと所定間隔をおいて平行に上方へ延び、電源切替ユニット４２上段の高さ位置で手前すなわち厚み方向へ９０度折曲され、さらに右横方向すなわち幅方向へ９０度折曲されて、端子Ｔ２５にボルトＢ５で結合されている。

銅板配線４８ｆは中継端子台４７上の最も右側の端子Ｔ１６と電源切替ユニット４２の裏面の上段右の端子Ｔ２６とを電気的に接続するもので、中継端子台４７上の端子Ｔ１６の位置から真っ直ぐ上方へ延び、電源切替ユニット４２の下端に至る手前で、奥側すなわち厚み方向へ９０度折曲されている。その後、右横方向すなわち幅方向へ９０度折曲され、銅板配線４８ｄと重なる位置で上方へ９０度折曲され、銅板配線４８ｄと所定間隔をおいて平行に上方へ延び、電源切替ユニット４２の上段位置で手前に９０度折曲され、電源切替ユニット４２の裏面の端子Ｔ２６の近傍で左幅方向へ９０度折曲されて、端子Ｔ２６にボルトＢ６で結合されている。

上述したように、本実施形態の駅中間電源切替装置４においては、電源切替ユニット４２の裏面の端子と中継端子台４７の端子とを接続する３次元構成配線群４８として、絶縁チューブで被覆された銅板配線を使用するとともに、山越し折りで各配線間の間隔を確実に確保するように構成しているため、混触や配線間の短絡事故が発生するのを防止することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形や変更が可能である。
例えば、上記実施形態では、一例として駅中間に配設される電源切替装置に適用した場合について説明したが、本発明は、小駅用の電源切替装置その他、屋外用の電源切替装置に広く適用することが可能である。

２Ａ，２Ｂ高圧送電線
４駅中間電源切替装置
５電源切替スイッチ
４１筐体
４２電源切替ユニット
４３制御ボックス（制御装置）
４４電磁リレー
４５状態監視装置
４７中継端子台
４８３次元構成配線群
４８ａ〜４８ｆ銅板配線

Claims

箱状の筐体内部に、２個の電流スイッチを備えた電源切替ユニットと、前記電流スイッチを制御する信号を生成する制御装置と、前記電源切替ユニットの複数の端子と外部の電線とを接続するための複数の端子を有する端子台と、が収納され、前記２個の電流スイッチを制御して２系統の高圧送電線のそれぞれに接続された２個の変圧器のうち一方からの電流を負荷へ供給する屋外用電源切替装置であって、
前記電源切替ユニットは、前記電流スイッチとして電磁接触器を備え、
前記電源切替ユニットの複数の端子と前記端子台の複数の端子のうち対応する端子とが、互いに所定の距離以上の間隔を有して配設された複数の銅板配線によって接続されていることを特徴とする屋外用電源切替装置。
前記銅板配線は、板状の銅板を芯材とし、該芯材の両端の端子結合部を除く部位の周面が絶縁層で被覆されていることを特徴とする請求項１記載の屋外用電源切替装置。
前記絶縁層は、熱収縮性を有する絶縁性樹脂であることを特徴とする請求項２記載の屋外用電源切替装置。