JP2019209814A - 電車線の端部構造 - Google Patents

Abstract

【課題】電車線から離線する際に発生するスパークを低減することができる、電車線の端部構造を提供する。【解決手段】第一実施形態に係る電車線１の端部構造は、デッド・セクション２を構成する電車線の端部構造であって、電車線１とデッド・セクション２との間に配置された端部電車線３と、電車線１と端部電車線３との間に配置された端部絶縁部４と、電車線１と端部電車線３とを電気的に結合する結線５ａに配置された端部抵抗器５と、を含んでいる。【選択図】図１

Description

本発明は、電車線の端部構造に関し、特に、デッド・セクションを有する電車線に適した電車線の端部構造に関する。

例えば、案内軌条式鉄道（いわゆる新交通システム）では、軌道側面に設置された電車線によって給電される方式が主流である。一般的な新交通システムでは、き電変電所に応じて車両に給電する「き電区間」が設定されており、き電区間同士は絶縁セクションにより電気的に分割され絶縁されている。絶縁セクションには、インシュレータ（絶縁材）を介して電車線同士を機械的に締結したウッド・セクション（絶縁区間）と、電車線同士を離隔して連結しないデッド・セクション（死電区間）とがある。

このデッド・セクションでは、電車線そのものが設置されないことから、車両に対する給電が絶たれ、車両は惰行により走行（空走）することとなる。

ところで、車両がデッド・セクションに進入して車両に設置されたパンタグラフが電車線から離線する瞬間は、それまで車両に流れていた負荷電流等がパンタグラフの離線により急激に遮断されることに起因するスパークがパンタグラフと電車線との間に生じる。同様に、車両がデッド・セクションを抜けて前方に設置された通電（充電）されたき電区間の電車線にパンタグラフが着線する瞬間にも、電車線とパンタグラフとの間にスパークが生じる。

かかるスパークの発生によって、電車線の表面にアーク痕が残ることがあり、電車線の表面が荒れてしまうことになる。電車線の表面が荒れると表面に凹凸が増加することから、パンタグラフと電車線との接触面積が減少し、更にスパークを生じさせる要因となってしまう。最終的に、電車線の損耗が激しい場合には、寿命前であっても電車線を交換しなければならない。また、スパークの発生により、パンタグラフを構成する機器や構造体が損傷したり、強度が低下したりしてしまう等の問題もある。

かかるスパークの問題を解消するために、例えば、特許文献１に記載された発明では、剛体電車線の絶縁セクション部を内部酸化法で製造したアルミナ分散強化銅とすることが提案されている。

特開２０１３−２３１３４号公報

特許文献１に記載された発明は、電車線の耐アーク性を向上させることにより電車線の耐久性を向上させることを目的としている。しかしながら、特許文献１に記載された発明は、デッド・セクションにおけるスパークの発生を低減するものではないことから、電車線の耐久性は向上することができたとしても、パンタグラフ側の耐久性を向上させることはできない。

本発明はかかる問題点に鑑み創案されたものであり、電車線から離線する際に発生するスパークを低減することができる、電車線の端部構造を提供することを目的とする。

本発明によれば、デッド・セクションを構成する電車線の端部構造において、前記電車線と前記デッド・セクションとの間に配置された端部電車線と、前記電車線と前記端部電車線との間に配置された端部絶縁部と、前記電車線と前記端部電車線とを電気的に結合する結線に配置された端部抵抗器と、を含むことを特徴とする電車線の端部構造が提供される。

前記端部絶縁部の車両進行方向幅は、前記電車線に接触する車両側の摺板の車両進行方向幅よりも小さくてもよい。また、前記端部絶縁部は、絶縁材によって構成されていてもよいし、空間によって構成されていてもよい。

また、前記端部電車線は、車両進行方向に複数の分割線に分割されており、前記電車線の端部構造は、前記分割線同士の間に配置された絶縁部と、前記分割線同士を電気的に結合する結線に配置された抵抗器と、を含んでいてもよい。

前記絶縁部の車両進行方向幅は、前記摺板の車両進行方向幅よりも小さくてもよい。また、前記絶縁部は、絶縁材によって構成されていてもよいし、空間によって構成されていてもよい。

上述した本発明に係る電車線の端部構造によれば、デッド・セクションに隣接する電車線の端部に抵抗器を挟んで端部電車線を配置したことにより、端部電車線に進入した車両に供給される電流を少なくすることができ、端部電車線から離線及び着線する際に発生するスパークを低減することができる。

本発明の第一実施形態に係る電車線の端部構造を示す概略構成図である。 図１に示した電車線の端部構造の拡大図であり、（Ａ）は第一実施形態、（Ｂ）は変形例、を示している。 本発明の第二実施形態に係る電車線の端部構造を示す概略構成図である。 図３に示した電車線の端部構造における電流の変化を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図１〜図４を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の第一実施形態に係る電車線の端部構造を示す概略構成図である。図２は、図１に示した電車線の端部構造の拡大図であり、（Ａ）は第一実施形態、（Ｂ）は変形例、を示している。

本発明の第一実施形態に係る電車線１の端部構造は、デッド・セクション２を構成する電車線の端部構造であって、電車線１とデッド・セクション２との間に配置された端部電車線３と、電車線１と端部電車線３との間に配置された端部絶縁部４と、電車線１と端部電車線３とを電気的に結合する結線５ａに配置された端部抵抗器５と、を含んでいる。

電車線１は、案内軌条式鉄道（新交通システム）、モノレール、地下鉄、電車等の車両Ｖに給電するための電車線である。車両Ｖの側面、上面、下面等の外表面にはパンタグラフＰが設置されており、パンタグラフＰの先端には電車線１と接触する摺板Ｓが配置されている。この摺板Ｓは、パンタグラフＰに設けられたバネ等により適切な力で電車線１に接触することによって、車両Ｖ内の電力負荷Ｌに電力（負荷電流）が供給される。

図１では、説明の便宜上、車両Ｖが、位置Ｐ１→位置Ｐ２→位置Ｐ３→位置Ｐ４→位置Ｐ５の順に移動する様子を図示してある。位置Ｐ１は、車両Ｖがデッド・セクション２の上流側の電車線１に存在する場合を示している。位置Ｐ２は、車両Ｖがデッド・セクション２の上流側の端部電車線３に存在する場合を示している。位置Ｐ３は、車両Ｖがデッド・セクション２内に存在する場合を示している。位置Ｐ４は、車両Ｖがデッド・セクション２の下流側の端部電車線３に存在する場合を示している。位置Ｐ５は、車両Ｖがデッド・セクション２の下流側の電車線１に存在する場合を示している。

また、一般的な新交通システムでは、受電変電所６から各き電区間に配置されたき電変電所７に配電し、き電変電所７から電車線１を通じて車両Ｖに給電される。隣接するき電区間の間には、絶縁セクションとしてウッド・セクション７１が配置されており、き電区間同士は、インシュレータ（絶縁材）を介して電気的に分割されている。

本実施形態において、き電区間は、図の左側のき電変電所７に接続された電車線１と、図の右側のき電変電所７に接続された電車線１と、により構成されている。そして、デッド・セクション２は、き電区間の中間部、すなわち、図の左側の電車線１と図の右側の電車線１とを分断するように配置されている。

本実施形態に係る端部構造は、電車線１に接続され、デッド・セクション２に曝される部分の電車線の配置及び構造に関するものである。図の左側（車両Ｖの進行方向上流側）の電車線１における端部構造と、図の右側（車両Ｖの進行方向下流側）の電車線１における端部構造は、基本的に同じ構造（図面上では左右反転した構造）であるため、特に説明のない限り、図の左側（車両Ｖの進行方向上流側）の端部構造を例に挙げて説明する。

例えば、図２（Ａ）に示したように、端部電車線３は、端部絶縁部４を介して電車線１と隣接する位置に配置されている。すなわち、端部電車線３は、一端が電車線１に隣接し、他端がデッド・セクション２に隣接するように配置される。端部電車線３は、基本的には電車線１と同一の構造を有しており、電車線１よりも長さが短い電車線である。また、端部電車線３のデッド・セクション２に隣接する端部は、摺板Ｓが円滑に乗り継ぎできるように、テーパ面が形成されていてもよい。

端部絶縁部４は、例えば、図２（Ａ）に示したように、木材やＦＲＰ等のインシュレータ（絶縁材）によって構成される。また、図２（Ｂ）に示したように、端部絶縁部４は、電車線１と端部電車線３との間に形成された空間であってもよい。かかる変形例では、空気が絶縁材として機能することとなる。

ここで、端部絶縁部４の車両進行方向幅をＷｉとし、車両Ｖの摺板Ｓの車両進行方向幅をＷｓとすれば、Ｗｉ＜Ｗｓの関係を有している。このように、端部絶縁部４の車両進行方向幅Ｗｉを摺板Ｓの車両進行方向幅Ｗｓより小さくすることにより、摺板Ｓが端部絶縁部４を通過する際に、摺板Ｓが電車線１又は端部電車線３の何れか一方又は両方に必ず接触した状態を保持することができる。

したがって、車両Ｖが端部絶縁部４を通過する際に、摺板Ｓが電車線（電車線１又は端部電車線３）から離線する瞬間がなく、車両Ｖに流れていた負荷電流等の遮断が発生しないためスパークが生じることがない。

端部抵抗器５は、鉄道車両用抵抗器や電力用抵抗器等の一般に市販されている抵抗器であり、任意に選択することができる。かかる端部抵抗器５を電車線１と端部電車線３との間に配置することにより、端部電車線３に流れる電流を電車線１に流れる電流よりも小さくすることができる（オームの法則）。

したがって、端部電車線３に進入した車両Ｖに供給される電流を少なくすることができ、端部電車線３から離線する際に発生するスパークを低減することができる。これは、デッド・セクション２から再び端部電車線３に進入する車両Ｖの場合も同様であり、端部電車線３に着線する際に発生するスパークを低減することができる。

なお、本実施形態において、抵抗器には、同様の効果を有するリアクトル（インダクタを利用した受動素子）等も含むものとする。

続いて、本発明の第二実施形態に係る電車線の端部構造について、図３及び図４を参照しつつ説明する。ここで、図３は、本発明の第二実施形態に係る電車線の端部構造を示す概略構成図である。図４は、図３に示した電車線の端部構造における電流の変化を示す図である。なお、上述した第一実施形態に係る電車線１の端部構造と同じ構成部品については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

本発明の第二実施形態に係る電車線１の端部構造は、図３に示したように、端部電車線３を車両Ｖの進行方向に複数の分割線３１〜３３に分割したものである。ここでは、端部電車線３は、電車線１に近い側から順に、第一分割線３１、第二分割線３２、第三分割線３３の三つに分割されている。

なお、図３では、説明の便宜上、車両Ｖが、上流側の電車線１、第一分割線３１、第二分割線３２、第三分割線３３、デッド・セクション２、下流側の第三分割線３３、第二分割線３２、第一分割線３１、電車線１に存在する場合を個別に図示してある。また、図３において、上段のデッド・セクション２は＊（アスタリスク）から下段のデッド・セクション２の＊（アスタリスク）に繋がっているものとする。

また、端部電車線３の分割数は任意である。また、各分割線の長さも任意であり、必ずしも均等である必要はない。また、本第二実施形態において、端部絶縁部４及び端部抵抗器５は、電車線１とそれに隣接する第一分割線３１との間に配置される。

また、第一分割線３１と第二分割線３２との間に第一絶縁部４１が配置されており、第二分割線３２と第三分割線３３との間に第二絶縁部４２が配置されている。また、第一分割線３１と第二分割線３２とを電気的に結合する結線に第一抵抗器５１が配置され、第二分割線３２と第三分割線３３とを電気的に結合する結線に第二抵抗器５２が配置されている。

第一絶縁部４１及び第二絶縁部４２は、上述した端部絶縁部４と同一の構成を有している。具体的には、第一絶縁部４１及び第二絶縁部４２は、木材やＦＲＰ等のインシュレータ（絶縁材）によって形成されていてもよいし、空間によって形成されていてもよい。また、第一絶縁部４１及び第二絶縁部４２の車両進行方向幅をＷｉとし、車両Ｖの摺板Ｓの車両進行方向幅をＷｓとすれば、Ｗｉ＜Ｗｓの関係を有している。

第一抵抗器５１及び第二抵抗器５２は、上述した端部抵抗器５と同一の構成を有している。具体的には、第一抵抗器５１及び第二抵抗器５２は、鉄道車両用抵抗器や電力用抵抗器等の一般に市販されている抵抗器であり、任意に選択することができる。なお、端部抵抗器５、第一抵抗器５１及び第二抵抗器５２の抵抗値は任意であり、必ずしも同一の抵抗値である必要はない。

このように、端部電車線３を複数に分割することによって、車両Ｖに供給される電流を段階的に変化させることができる。図４において、横軸は時間（秒）、縦軸は電流（Ａ）を示している。いま、電車線１を走行する車両Ｖに供給される電流をＩｂ、端部電車線３の終端（第三分割線３３）を走行する車両Ｖに供給される電流をＩｅとする。

また、デッド・セクション２の上流側において、車両Ｖが電車線１から第一分割線３１に乗り移るタイミングをｔ１、車両Ｖが第一分割線３１から第二分割線３２に乗り移るタイミングをｔ２、車両Ｖが第二分割線３２から第三分割線３３に乗り移るタイミングをｔ３、車両Ｖが第三分割線３３からデッド・セクション２に進入するタイミングをｔ４とする。

また、デッド・セクション２の下流側において、車両Ｖがデッド・セクション２から第三分割線３３に突入するタイミングをｔ５、車両Ｖが第三分割線３３から第二分割線３２に乗り移るタイミングをｔ６、車両Ｖが第二分割線３２から第一分割線３１に乗り移るタイミングをｔ７、車両Ｖが第一分割線３１から電車線１に乗り移るタイミングをｔ８とする。

そして、電車線１を走行していた車両Ｖが時間ｔ１に端部電車線３（第一分割線３１）に進入すると、車両Ｖに供給される電流はΔｉ１だけ少なくなる。さらに、車両Ｖが時間ｔ２に第二分割線３２に進入すると、車両Ｖに供給される電流はΔｉ２だけ少なくなる。さらに、車両Ｖが時間ｔ３に第三分割線３３に進入すると、車両Ｖに供給される電流はΔｉ３だけ少なくなる。

すなわち、端部電車線３の終端（第三分割線３３）を走行する車両Ｖに供給される電流Ｉｅは、電車線１を走行する車両Ｖに供給される電流Ｉｂよりも、Δｉ１＋Δｉ２＋Δｉ３だけ少ないこととなる。このように、段階的に車両Ｖに供給される電流を減らすことによって、車両Ｖの電力負荷Ｌに与える影響を低減しつつ、円滑に電流を小さくすることができる。

その後、デッド・セクション２を惰行により走行していた車両Ｖが時間ｔ５に端部電車線３（第三分割線３３）に進入すると、車両Ｖに電流Ｉｅが供給される。さらに、車両Ｖが時間ｔ６に第二分割線３２に進入すると、車両Ｖに供給される電流はΔｉ３だけ多くなる。さらに、車両Ｖが時間ｔ７に第一分割線３１に進入すると、車両Ｖに供給される電流はΔｉ２だけ多くなる。さらに、車両Ｖが時間ｔ８に電車線１に復帰すると、車両Ｖに供給される電流はΔｉ１だけ多くなり、電流Ｉｂに等しくなる。

したがって、デッド・セクション２を走行していた車両Ｖが端部電車線３の終端（第三分割線３３）に着線する際に、車両Ｖに供給される電流Ｉｅは通常の電車線１により供給される電流Ｉｂよりも、Δｉ１＋Δｉ２＋Δｉ３だけ少なくすることができる。したがって、車両Ｖの負荷電流を低く保ちながら着線することができ、車両Ｖの移動に伴って段階的に車両Ｖに供給される電流を増やして行くことができる。

上述した第二実施形態では、各分割線（第一分割線３１〜第三分割線３３）の長さを適切な長さに設定することにより、各抵抗器（端部抵抗器５、第一抵抗器５１、第二抵抗器５２）の発熱（ジュール熱）を抑制することができる。

すなわち、車両Ｖが走行することによってパンタグラフＰと各分割線が接触している時間（端部抵抗器５、第一抵抗器５１又は第二抵抗器５２への通電時間に相当する）が決定するところ、その時間は分割線が短いほど又は車両Ｖの速度が高いほど短時間であることを利用する。

つまり、各分割線に配置された各抵抗器への通電時間は、車両Ｖの通過速度に応じて各分割線の長さを適切な長さに設定すれば、車両Ｖが移動することによって短時間で終了するため、各抵抗器の発熱（ジュール熱）を抑制でき、各抵抗器の焼損防止等のために各抵抗器を電磁接触器等で短絡させる等の対策を講じる必要がない。したがって、分割線を含む地上設備側には、電磁接触器等を設置する必要がない。

なお、車両Ｖが端部電車線３（第一分割線３１〜第三分割線３３）で停止した場合には、抵抗器（端部抵抗器５、第一抵抗器５１、第二抵抗器５２）への通電が継続されるため、各抵抗器に遮断器を配置したり、温度ヒューズ等を配置したりするようにしてもよい。

本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。

１ 電車線
２ デッド・セクション
３ 端部電車線
４ 端部絶縁部
５ 端部抵抗器
５ａ 結線
６ 受電変電所
７ き電変電所
３１ 第一分割線
３２ 第二分割線
３３ 第三分割線
４１ 第一絶縁部
４２ 第二絶縁部
５１ 第一抵抗器
５２ 第二抵抗器
７１ ウッド・セクション
Ｐ パンタグラフ
Ｓ 摺板
Ｖ 車両

Claims (6)

1. デッド・セクションを構成する電車線の端部構造において、
   前記電車線と前記デッド・セクションとの間に配置された端部電車線と、
   前記電車線と前記端部電車線との間に配置された端部絶縁部と、
   前記電車線と前記端部電車線とを電気的に結合する結線に配置された端部抵抗器と、
   を含むことを特徴とする電車線の端部構造。
2. 前記端部絶縁部の車両進行方向幅は、前記電車線に接触する車両側の摺板の車両進行方向幅よりも小さい、請求項１に記載の電車線の端部構造。
3. 前記端部絶縁部は、絶縁材又は空間によって構成されている、請求項１に記載の電車線の端部構造。
4. 前記端部電車線は、車両進行方向に複数の分割線に分割されており、前記電車線の端部構造は、前記分割線同士の間に配置された絶縁部と、前記分割線同士を電気的に結合する結線に配置された抵抗器と、を含む、請求項１に記載の電車線の端部構造。
5. 前記絶縁部の車両進行方向幅は、前記摺板の車両進行方向幅よりも小さい、請求項４に記載の電車線の端部構造。
6. 前記絶縁部は、絶縁材又は空間によって構成されている、請求項４に記載の電車線の端部構造。