JP2020132070A - 架空電車線及び架空電車線における異常判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、積雪によるパンタグラフ降下のようにトロリ線とパンタグラフとの間隙が極端に大きくなる状況下において、アーク発生を有効に防ぎトロリ線断線を未然に防止することができる架空電車線及び架空電車線における異常判定方法を提供する。【解決手段】パンタグラフのすり板が摺動するトロリ線７と、トロリ線７の上方に位置しかつ長さ方向に沿う複数箇所にてハンガ４を介してさらに上方に位置する吊架線３に間欠的に支持される保護線６と、トロリ線７の長さ方向に沿う複数箇所に設けられかつ該トロリ線７と保護線６とを互いに連結するイヤー５と、保護線６に設けられて該保護線６の歪みを検出する歪み検出手段と、を具備する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両基地、車両留置場、車両停車場等においてトロリ線の保安性向上を図ることができる架空電車線及び架空電車線における異常判定方法に関する。

車両基地等において、停車車両のパンタグラフに積雪が生じた場合には、その重みでパンタグラフが降下してしまい（数１０ｃｍ〜１ｍ程度）、トロリ線とパンタグラフ間にアークが発生し、トロリ線が断線することがある。

例えば、特許文献１では、パンタグラフのすり板が摺動するトロリ線を、長さ方向の複数箇所にてハンガを介して、上方に位置する吊架線に間欠的に支持する架空電車線において、アークが生じることによる切断を防止する構成が示されている。
具体的には、特許文献１に示される架空電車線では、トロリ線の上方位置に配置された保護線とトロリ線との間に、これらトロリ線と保護線とを複数箇所で剛結するイヤーを、間隔をおいて設ける構成が示されている。

そして、以上のような特許文献１では、トロリ線にアーク放電に起因する温度上昇による伸びが発生した場合に、トロリ線に加えられている張力がイヤーを介して保護線に移行し、該保護線に連結されているイヤーに曲げモーメントを発生させることができる。
その結果、特許文献１では、曲げモーメントにより生じたイヤーの回転により、トロリ線に撓みを発生させ、これによりパンタグラフとすり板との間の隙間を狭める変形を生じさせて、トロリ線で発生したアークを消弧させることが可能となる。

特開２０１８−８６９８９号公報

ところで、特許文献１は、主にエアセクション（ＡＳ：Air Section）箇所におけるトロリ線の断線対策のために設置されるＡＳ複合架線構造である。
そして、このようなＡＳ複合架線構造では、トロリ線とパンタグラフ間に発生したアークにより、張力が加えられているトロリ線が延び、その張力がイヤーを介して保護線へ移行することで、架線全体が撓みアークを消弧させる。

しかしながら、上記ＡＳ複合架線構造は、トロリ線とパンタグラフとの間隙が１ｃｍ程度であればアーク消弧が可能であり、トロリ線断線防止に有効であるが、積雪によるパンタグラフの降下のように間隙が極端に大きくなる場合には、ＡＳ複合架線構造だけではトロリ線断線を防止することができない。

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、積雪によるパンタグラフ降下のようにトロリ線とパンタグラフとの間隙が極端に大きくなる状況下において、アーク発生を有効に防ぎトロリ線断線を未然に防止することができる架空電車線及び架空電車線における異常判定方法を提供する。

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。
本発明では、パンタグラフのすり板が摺動するトロリ線と、前記トロリ線の上方に位置しかつ長さ方向に沿う複数箇所にてハンガを介してさらに上方に位置する吊架線に間欠的に支持される保護線と、前記トロリ線の長さ方向に沿う複数箇所に設けられかつ該トロリ線と保護線とを互いに連結するイヤーと、前記保護線に設けられて該保護線の歪みを検出する歪み検出手段と、を具備することを特徴とする。

上記のように構成された発明では、トロリ線の上方に位置する保護線に設けられた歪み検出手段により、保護線の歪みを検出することができる。
そして、本発明では、積雪によるパンタグラフ降下のようにトロリ線とパンタグラフとの間隙が極端に大きくなる状況を想定した異常判定しきい値を適宜定め、このしきい値に、歪み検出手段の検出値又は該検出値から算出される演算値が達したか否かにより、パンタグラフの異常な降下を判定することができる。
これにより本発明では、歪み検出手段の検出信号に基づき、積雪時におけるアーク発生を有効に防ぎトロリ線断線を未然に防止することができる。

また、本発明では、前記歪み検出手段として前記保護線の上面に長さ方向に沿うように設置される歪みゲージを用いることを特徴とする。

上記のように構成された発明では、歪み検出手段として、保護線の上面に長さ方向に沿うように設置される歪みゲージを用いることにより、当該歪み検出手段を、架空電車線に容易に取り付けることができる。

また、本発明では、前記歪み検出手段において、前記保護線に長さ方向に沿い間隔をおいて歪み検出点を有することを特徴とする。

上記のように構成された発明では、保護線の長さ方向に沿い間隔をおいて歪み検出点を有するように歪み検出手段が構成されているので、架空電車線の保護線に生じた歪みを正確に検出することができる。

また、本発明では、前記歪み検出手段の検出値又は該検出値により演算される演算値が、予め設定された異常判定しきい値を越えたか否かにより、アーク発生によるトロリ線の断線の予兆を判定する異常判定手段を有することを特徴とする。

上記のように構成された発明では、異常判定手段にて、歪み検出手段の検出値又は該検出値により演算される演算値が、予め設定された異常判定しきい値を越えたか否かにより、アーク発生によるトロリ線の断線の予兆を確実に判定することができる。

また、本発明では、前記異常判定手段で設定される異常判定しきい値は、積雪等によるパンタグラフ降下のようなトロリ線とパンタグラフとの間隙が極端に大きくなる状況を想定したシミュレーション値、理論計算値又は実験値などの基準値であることを特徴とする。

上記のように構成された発明では、このような異常判定しきい値を用いることで、アーク発生によるトロリ線の断線の予兆を確実に判定することができる。

また、本発明では、前記異常判定手段は、前記歪み検出手段の検出値から得られる振幅値の時間に対する傾きが、予め設定された異常判定しきい値を越えた場合に、前記トロリ線の断線の予兆があると判定することを特徴とする。

上記のように構成された発明では、このような異常判定しきい値を用いることで、アーク発生によるトロリ線の断線の予兆を確実に判定することができる。

また、本発明では、前記異常判定手段は、前記歪み検出手段の検出値から算出される積分値が、予め設定された異常判定しきい値を越えた場合に、前記トロリ線の断線の予兆があると判定することを特徴とする。

上記のように構成された発明では、このような異常判定しきい値を用いることで、アーク発生によるトロリ線の断線の予兆を確実に判定することができる。

また、本発明の異常判定方法では、パンタグラフのすり板が摺動するトロリ線と、前記トロリ線の上方に位置しかつ長さ方向に沿う複数箇所にてハンガを介してさらに上方に位置する吊架線に間欠的に支持される保護線と、前記トロリ線の長さ方向に沿う複数箇所に設けられかつ該トロリ線と保護線とを互いに連結するイヤーと、を具備する架空電車線において、前記保護線の歪みを検出する歪み検出段階と、前記歪み検出段階の検出結果が、予め設定された異常判定しきい値を越えたか否かにより、アーク発生によるトロリ線の断線の予兆を判定する異常判定段階と、を有することを特徴とする。

上記のように構成された発明では、歪み検出段階で得た検出値又は該検出値により演算される演算値が、予め設定された異常判定しきい値を越えたか否かにより、アーク発生によるトロリ線の断線の予兆を確実に判定することができる。

本発明では、歪み検出手段の検出信号に基づき、積雪時におけるアーク発生を有効に防止する対策を速やかに講じてトロリ線断線を未然に防止することができる。

実施形態に係る架空電車線の全体構成図である。 架空電車線に設けた歪み検出手段の概略構成図である。 外乱（風やパンタグラフの昇降など）が生じた場合のトロリ線及び保護線の状態変化を示す図である。 トロリ線及び保護線に積雪が生じた場合のトロリ線及び保護線の状態変化を示す図である。 保護線に生じた歪みの変化（Ｈ１）と、アークの発生状況（Ａ１）とを時間毎にプロットしたグラフである。

本発明の実施形態に係わる架空電車線及び架空電車線における異常判定方法ついて、図１〜図５を参照して説明する。
なお、本実施形態の架空電車線は、車両基地における留置線等のトロリ線に適用されるＡＳ複合架線である。

図１は実施形態に係る架空電車線１の全体構成図であって、図示しない架線柱のビームに碍子２を介して懸架された吊架線３と、該吊架線３に吊架された複数のハンガ４と、該ハンガ４の下端部に複数のイヤー５を介して接続された保護線６及びトロリ線７と、を具備している。
トロリ線７はパンタグラフＰ（図２参照）のすり板が摺動する架線であって、長さ方向の複数箇所のハンガ４及びイヤー５を介して、上方に位置する吊架線３に間欠的に支持されている。

保護線６は、ハンガ４とイヤー５との間に位置し、かつトロリ線７の上方位置にて該トロリ線７とほぼ平行に配置されるものであって、パンタグラフＰによるトロリ線７の押し上げ量を均一化する役割を有している。
なお、保護線６はトロリ線７と比較した場合に同一応力に対して歪が大きい性質を有するものが使用されている、具体的にはトロリ線７に対して撓みが生じやすい撚り線などが使用可能である。

保護線６とトロリ線７との間に位置する各イヤー５は、これら保護線６とトロリ線７とを機械的に連結する構成とされる。
例えば、イヤー５は、保護線６とトロリ線７とからなる平面を含む一定の厚さを有する板状に形成されており、保護線単体、トロリ単体、あるいは保護線とトロリとを単に連結した構造よりも剛性をもった構成とされていて、保護線６に伴う曲げモーメントをトロリ線７へ伝える作用を行う。具体的にはイヤー５は、剛性を有する板状の部材により形成されるとともに、イヤー５の端部が保護線６及びトロリ線７に対して剛結される構成とされる。

そして、以上のような架空電車線１では、トロリ線７とその上方位置に配置された保護線６との間に、該トロリ線７の長さ方向に沿うように間隔をおいて複数のイヤー５を設け、該イヤー５を介して、これらトロリ線７と保護線６とを（一定の剛性を持って）機械的に連結した構成である。
これにより、上記架空電車線１では、トロリ線７にアーク放電に起因する温度上昇による伸びが発生した場合に、トロリ線７に加えられている張力Ｔがイヤー５を介して保護線６に移行し、該保護線６に連結されているイヤー５にモーメント（回転モーメント、曲げモーメント）を発生させることができる。
そして、上記架空電車線１では、該モーメントにより生じたイヤー５の回転トルクにより、トロリ線７に撓みを発生させることができ、これによりパンタグラフＰのすり板との間の隙間を狭めて、アークを収拾ないしは消滅させ、さらには、新たなアークの発生を防止することが可能となる。

また、上記架空電車線１では、トロリ線７にアークが発生すると保護線６に張力が移行し架線全体が撓む。
このため、上記架空電車線１では、架線の撓み現象を活用して、図２に示されるような歪み検出手段１０となる歪みゲージ１１を、予め保護線６上に貼り付けておき、アーク発生時の張力移行に伴う保護線６の歪み値の変化を測定する。
また、歪みゲージ１１は複数の検出点１１Ａを有しており、これら検出点１１Ａから出力された検出信号は、データロガー２０を内蔵する異常判定手段２１に供給される。

そして、このデータロガー２０では、歪みゲージ１１から出力された検出信号を時間毎に記録する。
また、異常判定手段２１では、積雪によるパンタグラフ降下のようにトロリ線７とパンタグラフＰとの間隙が極端に大きくなる状況を想定した異常判定しきい値を適宜定めておき、このしきい値に、歪みゲージ１１の検出値又は該検出値から算出される演算値が達したか否かにより、パンタグラフＰの異常な降下を判定することができる。

次に、図３〜図５を参照してトロリ線断線の予兆を検知するための具体的な手順について説明する。
まず、歪みゲージ１１で測定される保護線６の歪みの変化は、トロリ線断線の要因となるアークの発生による歪み変化と、外乱（風やパンタグラフの昇降など）による歪み変化とがあり、これらを区別する必要がある。
図３は、外乱（風やパンタグラフの昇降など）が生じた場合のトロリ線７及び保護線６の状態変化を示す概略図である。
この図に示すように、外乱が生じた場合には、トロリ線７及び保護線６に同一方向に継続的に歪みが発生することはなく、上方向（矢印Ｍ１で示す）又は下方向（矢印Ｍ２で示す）に揺動して、瞬間的に引張、圧縮を繰り返す歪みが発生する。

図４は、積雪によるアークが発生した場合のトロリ線７及び保護線６の状態変化を示す概略図である。
そして、図４に示されるアークによるトロリ線７及び保護線６の状態変化では、架線が撓む方向は下方向（矢印Ｍ２で示す）となる一方向であるため、保護線６の歪みは圧縮方向に単調に増加する。

図５には、外乱（風やパンタグラフの昇降など）が生じた場合の保護線６の歪みの変化（符号Ｈ１で示す）と、アークが生じた場合の保護線６の歪みの変化（符号Ａ１で示す）とを時間毎にプロットしたグラフが示されている。
このように外乱による歪みの変化と、アーク発生による歪みの変化とでは、歪みの変化の形態が異なるため、本実施形態では、歪みゲージ１１での検出値の変化量自体や積分値に異常判定しきい値（後述する）を設けた判定を行うことで、パンタグラフＰの異常降下等を原因とする、トロリ線７及び保護線６の一方向の撓みを有効に検出することができる。

また、基準パターンに近似する歪みゲージ１１の検出値が出力されたか否かの判断基準となる異常判定しきい値として、異常判定手段２１にて、例えば、積雪等によるパンタグラフ異常降下のようなトロリ線７とパンタグラフＰとの間隙が極端に大きくなる状況を想定したシミュレーション値を設定しても良い。
例えば、異常判定手段２１にて、歪みゲージ１１の検出値から得られる振幅値の時間に対する傾きが、予め設定された異常判定しきい値を越えた場合に、トロリ線７の断線の予兆があると判定しても良い。
また、異常判定手段２１にて、歪みゲージ１１の検出値から算出される積分値が、予め設定された異常判定しきい値を越えた場合に、トロリ線７の断線の予兆があると判定しても良い。
また、異常判定しきい値としてシミュレーション値の他、理論計算値、実験値などの基準値を用いることもできる。

以上詳細に説明したように本実施形態に示される架空電車線１によれば、トロリ線７の上方に位置する保護線６に設けられた歪み検出手段１０により、保護線６の歪みを検出することができる。
そして、上記架空電車線１では、積雪によるパンタグラフ降下のようにトロリ線７とパンタグラフＰとの間隙が極端に大きくなる状況を想定した異常判定しきい値を適宜定め、このしきい値に、歪み検出手段１０の検出値又は該検出値から算出される演算値が達したか否かにより、パンタグラフ異常降下を判定することができる。
これにより、上記架空電車線１では、歪み検出手段１０の検出信号に基づき、積雪時におけるアーク発生を有効に防止する対策（例えば、電流を速やかに遮断する等の対策）を速やかに講じて、トロリ線断線を未然に防止することができる。

また、本実施形態に示される架空電車線１では、歪み検出手段１０として、保護線６の上面に長さ方向に沿うように設置される歪みゲージ１１を用いることにより、当該歪みゲージ１１を、架空電車線に容易に取り付けることができる。

また、本実施形態に示される架空電車線１では、保護線６の長さ方向に沿い間隔をおいて、歪みの検出点１１Ａを有するように歪みゲージ１１が構成されているので、保護線６に生じた歪みを正確に検出することができる。

また、本実施形態に示される架空電車線１では、異常判定手段２１にて、歪み検出手段１０の検出値又は該検出値により演算される演算値が、予め設定された異常判定しきい値を越えたか否かにより、アーク発生によるトロリ線７の断線の予兆を確実に判定することができる。

また、本実施形態に示される架空電車線１では、異常判定手段２１で設定される異常判定しきい値として、積雪等によるパンタグラフ降下のようなトロリ線７とパンタグラフＰとの間隙が極端に大きくなる状況を想定したシミュレーション値の他、理論計算値、実験値などを用いるようにした。
これにより、上記架空電車線１では、このような異常判定しきい値を用いることで、アーク発生によるトロリ線７の断線の予兆を確実に判定することができる。

また、本実施形態に示される架空電車線１では、異常判定手段２１にて、歪み検出手段１０の検出値から得られる振幅値の時間に対する傾きが、予め設定された異常判定しきい値を越えた場合に、トロリ線７の断線の予兆があると判定するようにした。
これにより、上記架空電車線１では、このような異常判定しきい値を用いることで、アーク発生によるトロリ線７の断線の予兆を確実に判定することができる。

また、本実施形態に示される架空電車線１では、異常判定手段２１にて、歪み検出手段１０の検出値から算出される積分値が、予め設定された異常判定しきい値を越えた場合に、トロリ線７の断線の予兆があると判定するようにした。
これにより、上記架空電車線１では、このような異常判定しきい値を用いることで、アーク発生によるトロリ線７の断線の予兆を確実に判定することができる。

なお、上記実施形態では、歪み検出手段１０となる歪みゲージ１１を、架空電車線１の保護線６上に設けたが、その設置箇所は、上面であっても、下面であっても良いし、上面及び下面の双方でも良い。
また、歪みゲージ１１は、架空電車線１の保護線６上に一定間隔で設けても良いし、アークの発生し易い箇所に限定して設けても良い。

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、車両基地、車両留置場、車両停車場等においてトロリ線の保安性向上を図ることができる架空電車線及び架空電車線における異常判定方法に関する。

１ 架空電車線
２ 碍子
３ 吊架線
４ ハンガ
５ イヤー
６ 保護線
７ トロリ線
１０ 歪み検出手段
１１ 歪みゲージ
２０ データロガー
２１ 異常判定手段

Claims (8)

1. パンタグラフのすり板が摺動するトロリ線と、
   前記トロリ線の上方に位置しかつ長さ方向に沿う複数箇所にてハンガを介してさらに上方に位置する吊架線に間欠的に支持される保護線と、
   前記トロリ線の長さ方向に沿う複数箇所に設けられかつ該トロリ線と保護線とを互いに連結するイヤーと、
   前記保護線に設けられて該保護線の歪みを検出する歪み検出手段と、を具備することを特徴とする架空電車線。
2. 前記歪み検出手段は、前記保護線の上面に長さ方向に沿うように設置される歪みゲージであることを特徴とする請求項１に記載の架空電車線。
3. 前記歪み検出手段は、前記保護線に長さ方向に沿い間隔をおいて歪み検出点を有することを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の架空電車線。
4. 前記歪み検出手段の検出値又は該検出値により演算される演算値が、予め設定された異常判定しきい値を越えたか否かにより、アーク発生によるトロリ線の断線の予兆を判定する異常判定手段を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の架空電車線。
5. 前記異常判定手段で設定される異常判定しきい値は、積雪等によるパンタグラフ降下のようなトロリ線とパンタグラフとの間隙が極端に大きくなる状況を想定したシミュレーション値、理論計算値、実験値の少なくともいずれかを含む基準値であることを特徴とする請求項４に記載の架空電車線。
6. 前記異常判定手段は、前記歪み検出手段の検出値から得られる振幅値の時間に対する傾きが、予め設定された異常判定しきい値を越えた場合に、前記トロリ線の断線の予兆があると判定することを特徴とする請求項４又は５のいずれか１項に記載の架空電車線。
7. 前記異常判定手段は、前記歪み検出手段の検出値から算出される積分値が、予め設定された異常判定しきい値を越えた場合に、前記トロリ線の断線の予兆があると判定することを特徴とする請求項４又は５のいずれか１項に記載の架空電車線。
8. パンタグラフのすり板が摺動するトロリ線と、
   前記トロリ線の上方に位置しかつ長さ方向に沿う複数箇所にてハンガを介してさらに上方に位置する吊架線に間欠的に支持される保護線と、
   前記トロリ線の長さ方向に沿う複数箇所に設けられかつ該トロリ線と保護線とを互いに連結するイヤーと、を具備する架空電車線において、
   前記保護線の歪みを検出する歪み検出段階と、
   前記歪み検出段階の検出結果が、予め設定された異常判定しきい値を越えたか否かにより、アーク発生によるトロリ線の断線の予兆を判定する異常判定段階と、を有することを特徴とする架空電車線における異常判定方法。

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