JP3665980B2 - 電車線路の地絡保護対策用直流電流阻止装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、閃絡保護地線を備えて成る電車線路の地絡保護対策用直流電流阻止装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道施設の電車線路設備では、トロリー線とビームとが電気的に接触して生じる地絡事故から、信号通信系等の弱電設備を保護することが大きな課題となっている。そこでこのために当初考えられたものが、図６に示すような閃絡保護地線（ＦＷ）４２を用いた地絡保護装置である。これは、所定区間（以下「ＦＷ区間」という）内の複数のビーム４１・・をＦＷ４２で電気的に接続すると共に、変電所（図示せず）に接続された返流用保護地線（ＰＷ）４３を碍子４４を介して上記ビーム４１・・に取り付け、さらにＦＷ４２とＰＷ４３との間に単一の地絡保護用放電装置（ＧＰ）４６を設けたものである。ＧＰ４６は、数ｋＶ以上の電圧で放電を開始する放電ギャップを用いて構成したものであって、比較的高価格である。しかしながら予めＦＷ区間内に存する複数のビーム４１・・をＦＷ４２によって接続しておくことにより、このＦＷ区間内においては単一のＧＰ４６によって同図の矢印Ｉに示すような地絡電流の流れを形成し、地絡事故時における弱電設備の保護が比較的低価格でできるようになっていた。
【０００３】
ところが上記のようなＦＷ４２を用いた地絡保護装置にも欠点があった。それは、各ビーム４１・・をＦＷ４２で接続することにより、大地３０−ビーム４１−ＦＷ４２−ビーム４１−大地３０という電流経路のループが形成されることに起因するものである。すなわち、上記のような電車線路が他の直流電化区間と近接すると、その直流電化区間からの直流き電の漏れ電流が上記ループに流れて迷走電流となり、これによってビーム４１に電蝕が生じてしまうのである。そこで次に考えられたのが、図５に示すような地絡保護対策用直流電流阻止装置である。この地絡保護対策用直流電流阻止装置は、碍子４４を介してＦＷ４２をビーム４１に取り付け、ＦＷ４２とビーム４１との間に低圧放電ギャップ（ＤＣＢＤ）４５を接続するようにしたものである。このＤＣＢＤ４５は、上記ＧＰ４６よりも低い電圧で放電を開始する放電ギャップを用いて構成されたものであり、ＧＰ４６と比較すると安価である。そしてこのＤＣＢＤ４５を用いることにより、常時はビーム４１とＦＷ４２とを絶縁状態として電流経路のループを遮断し、上記直流漏れ電流が迷走電流となるのを阻止する一方、地絡事故時にはビーム４１とＦＷ４２とを導通させ、地絡電流をＰＷ４３から変電所へと返流させることができる。従って上記地絡保護対策用直流電流阻止装置によれば、ビーム４１の電蝕を防止しつつ、地絡事故時においては弱電設備を保護することができるのである。また同図における４８は、コンクリート柱を用いて構成されたビームである。このビーム４８においては直流漏れ電流による電蝕が生じることはないので、ＤＣＢＤ４５を設けることなくＦＷ４２を直接ビーム４８に接続し、コストダウンを図っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように図５に示す地絡保護対策用直流電流阻止装置によれば、ビーム４１の電蝕を防止しつつ地絡事故時における弱電設備の保護を行うことができる。そのため地絡保護対策用直流電流阻止装置として、同図に示す構成のものが次第に用いられるようになってきた。ところが上記地絡保護対策用直流電流阻止装置を電車線路において使用してみると、予想以上の経時劣化が装置に生じ、長期間に亘る安定した信頼性を得ることができないという問題が生じることが分かった。そこで発明者らは、この問題を解決すべくその原因を究明したので、これを次に説明する。
【０００５】
図３は、一般的な電車線路のき電系統を示す模式図である。同図に示すように電車線４８とレール４７との間を電車４０が走行する。また上記電車線４８はセクション４８ａによって複数のき電区間に区分され、各き電区間は変電所５０等の切替開閉器４９によって互いの連通と遮断とが切り替えられる。ところがこの切替開閉器４９の開閉によって電車線４８にサージ電圧Ｖが発生し、そしてこれがＦＷ４２に誘導され、その結果ＤＣＢＤ４５に不要な放電を生じさせるのである。そしてこの不要放電によってＤＣＢＤ４５の放電ギャップが次第に損傷あるいは劣化し、これによって地絡保護対策用直流電流阻止装置の長期間に亘る安定した信頼性が損われていたのである。
【０００６】
また発明者らは、上記サージ電圧ＶがＦＷ４２においてどのように発生しているかについても究明した。これを図４における破線のグラフで示す。同図のグラフは横軸が距離であり、縦軸がサージ電圧値である。「Ｃ地点」は、図５に示すようにＧＰ４６によってＦＷ４２が接地されている地点である。また「Ａ地点」はＦＷ区間の末端部の地点であり、「Ｂ地点」はＡ地点とＣ地点との中間に位置する地点である。同図に示すように、接地されたＣ地点ではサージ電圧は「０」であるが、このＣ地点からＡ地点に近づくにつれて、次第に発生するサージ電圧が増大している。すなわち、中間部の一点が接地されたＦＷ区間においては、その末端部ほどサージ電圧が高くなるということである。
【０００７】
この発明は、上記従来の欠点を解決するために上記知見に基づいてなされたものであって、その目的は、ビームの電蝕を防止しつつ、長期間に亘って安定な信頼性を確保することが可能な電車線路の地絡保護対策用直流電流阻止装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで請求項１の電車線路の地絡保護対策用直流電流阻止装置は、所定区間内の複数のビーム１を閃絡保護地線２で連結して成る電車線路の地絡保護対策用直流電流阻止装置において、上記ビーム１のうち鉄柱１ａを用いて成るビーム１については碍子４を介して閃絡保護地線２を取り付けると共に、上記各鉄柱１ａと閃絡保護地線２とを低圧放電ギャップ５によって電気的に接続し、さらに閃絡保護地線２に発生し得るサージ電圧を抑制するためのサージ電圧抑制装置７を、上記所定区間の少なくとも一部に設けたことを特徴としている。
【０００９】
ここで「ビーム」とは、架空線の懸ちょう装置等と、これらを支持する電柱との双方を含んでいうものである。
【００１０】
上記請求項１の電車線路の地絡保護対策用直流電流阻止装置では、サージ電圧抑制装置７によって閃絡保護地線２に発生するサージ電圧を抑制しているので、低圧放電ギャップ５の不要放電を防止することが可能となる。
【００１１】
また請求項２の電車線路の地絡保護対策用直流電流阻止装置は、上記閃絡保護地線２は、上記所定区間の中間部において接地され、上記サージ電圧抑制装置７は、上記所定区間の末端部における閃絡保護地線２に対して設けたことを特徴としている。
【００１２】
上記請求項２の電車線路の地絡保護対策用直流電流阻止装置では、発生するサージ電圧が最大となる部分に対してサージ電圧抑制装置７を設けているので、低圧放電ギャップ５の不要放電を効果的に防止することが可能となる。
【００１３】
さらに請求項３の電車線路の地絡保護対策用直流電流阻止装置は、上記サージ電圧抑制装置７は、上記所定区間の両末端部に設けたことを特徴としている。
【００１４】
上記請求項３の電車線路の地絡保護対策用直流電流阻止装置では、さらに効果的に低圧放電ギャップ５の不要放電を防止することが可能となる。
【００１５】
請求項４の電車線路の地絡保護対策用直流電流阻止装置は、上記所定区間の中間部には、地絡電位抑制装置３、６を接続したことを特徴としている。
【００１６】
ここで「地絡電位抑制装置」とは、地絡電圧で導通を開始し、この導通によって地絡電流を変電所等に返流させるようにしたものである。
【００１７】
上記請求項４の電車線路の地絡保護対策用直流電流阻止装置では、接地抵抗が大きい場合であっても、地絡事故から弱電設備等を確実に保護することが可能となる。
【００１８】
請求項５の電車線路の地絡保護対策用直流電流阻止装置は、上記サージ電圧抑制装置７はＣＲサージアブソーバであることを特徴としている。
【００１９】
上記請求項５の電車線路の地絡保護対策用直流電流阻止装置では、その実施を容易とすることが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次にこの発明の電車線路の地絡保護対策用直流電流阻止装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２１】
図１は、上記地絡保護対策用直流電流阻止装置の構成を示す概略構成図である。この地絡保護対策用直流電流阻止装置は、その基本的な構成は図５に示す従来の地絡保護対策用直流電流阻止装置と同様であり、異なるのは、ＦＷ区間の両末端部にサージ電圧抑制装置としてＣＲサージアブソーバ（ＣＲ）７を設けたことである。すなわち、ＦＷ区間内の複数のビーム１・・１、８にＦＷ２を取り付ける。このとき電柱として鉄柱１ａを用いたビーム１に対しては碍子４を介して取り付ける一方、電柱としてコンクリート柱８ａを用いたビーム８に対しては、その金属製の懸ちょう装置部分に対して直接に取り付ける。また変電所（図示せず）に接続されたＰＷ３を碍子４を介して上記ビーム１・・１及びビーム８に取り付ける。さらにＦＷ区間の中間地点においては、ＦＷ２とＰＷ３との間に単一のＧＰ６を設けると共に、接地線１０でＦＷ２を接地する。鉄柱１ａを用いたビーム１については、ＦＷ２と鉄柱１ａとの間にＤＣＢＤ５を接続する。そしてＦＷ区間の両末端部においては、ＦＷ２と鉄柱１ａとの間にＣＲ７を設ける。このＣＲ７は、その両端子間にコンデンサと抵抗とを直列に接続して構成したものである。上記においてはＧＰ６とＰＷ３とで地絡電位抑制装置を構成している。
【００２２】
上記のような地絡保護対策用直流電流阻止装置について、ＦＷ２に生じるサージ電圧をＦＷ区間内の各地点Ａ、Ｂ、Ｃで測定したものが、図４における実線のグラフに示されている。ＣＲ７を設けなかった場合を示す破線のグラフと比較すると、サージ電圧が各地点において著しく低減されていることがわかる。またこれは図１に示す右側半分のＦＷ区間についても同様であり、右末端部に設けたＣＲ７によって右側のサージ電圧を低減することができる。従ってＦＷ区間の両末端部にＣＲ７を設けることにより、ＦＷ２に生じるサージ電圧をその全区間に亘ってＤＣＢＤ５の放電開始電圧以下とすることができ、これによってＤＣＢＤ５の不要放電を防止し、地絡保護対策用直流電流阻止装置の長期に亘る信頼性を確保することができる。また上記地絡保護対策用直流電流阻止装置ではＦＷ区間の中間地点Ｃを接地しているので、並設された直流電化区間からの誘導等によって生じた電流を大地へ流すことができ、鉄柱１ａの電蝕を確実に防止することができる。しかもこの接地はＣ地点のみで行っているから、電流経路のループが生じることもない。そしてこのＣ地点にはＧＰ６を設けてＦＷ２とＰＷ３とを接続しているから、大きな地絡電流はＧＰ６を介してＰＷ３から変電所に返流することとなる。従って接地抵抗が高い場合にも、地絡事故によって弱電設備が損傷するのを回避できる。さらに、ＤＣＢＤ５の不要放電をコンデンサと抵抗とを直列接続したＣＲ７によって防止しているので、低コストの装置とすることができる。
【００２３】
以上にこの発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。図２はこの発明の他の実施形態の地絡保護対策用直流電流阻止装置を示す概略構成図である。この地絡保護対策用直流電流阻止装置では、ＦＷ区間の中間地点でＦＷ２を接地線１０で接地し、ＧＰ６を省略している。接地線１０による接地抵抗が低い場合には、地絡電流が接地線１０から大地に流れても接地点に大きな電圧が発生することはなく、従って弱電設備を損傷することもない。つまり、この実施形態の地絡保護対策用直流電流阻止装置は、高架線路等のように接地抵抗の低い電車線路区間に適用されるものであり、一段とコストダウンを図ることができるのである。
【００２４】
また図４に示す一点鎖線のグラフは、Ｃ地点にではなく、図１又は図２におけるＢ地点にＣＲ７を設置した場合を示している。同図に示すように、このような場合にはＢ地点から末端部にかけての区間でサージ電圧の低減効果が低下するので、ＣＲ７はなるべくＦＷ区間の末端部に設けるのが望ましい。しかしながら末端部に設けることのできない事情がある場合には、例えばＢ地点等であってもＣＲ７を設けることによってある程度サージ電圧を低減し、地絡保護対策用直流電流阻止装置の信頼性を向上させることができる。
【００２５】
【発明の効果】
上記請求項１の電車線路の地絡保護対策用直流電流阻止装置では、低圧放電ギャップの不要放電を防止することができるので、ビームの電蝕を防止しつつ、長期間に亘って安定な信頼性を確保することが可能となる。
【００２６】
また請求項２の電車線路の地絡保護対策用直流電流阻止装置では、発生するサージ電圧が最大となる部分に対してサージ電圧抑制装置を設けているので、低圧放電ギャップの不要放電を効果的に防止することが可能となる。
【００２７】
さらに請求項３の電車線路の地絡保護対策用直流電流阻止装置では、さらに効果的に低圧放電ギャップの不要放電を防止することが可能となる。
【００２８】
請求項４の電車線路の地絡保護対策用直流電流阻止装置では、接地抵抗が大きい場合であっても、地絡事故から弱電設備等を確実に保護することが可能となる。
【００２９】
上記請求項５の電車線路の地絡保護対策用直流電流阻止装置では、その実施を容易とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の電車線路の地絡保護対策用直流電流阻止装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】この発明の電車線路の地絡保護対策用直流電流阻止装置の他の実施形態を示す概略構成図である。
【図３】電車線路のき電系統を示す模式図である。
【図４】サージ電圧と距離との関係を示すグラフである。
【図５】従来の電車線路の地絡保護対策用直流電流阻止装置を示す概略構成図である。
【図６】従来の電車線路の地絡保護対策用直流電流阻止装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１ ビーム
１ａ 鉄柱
２ 閃絡保護地線（ＦＷ）
３ 返流用保護地線（ＰＷ）
４ 碍子
５ 低電圧ギャップ（ＤＣＢＤ）
６ 地絡保護用放電装置（ＧＰ）
７ ＣＲサージアブソーバ（ＣＲ）

Claims (5)

1. 所定区間内の複数のビーム（１）を閃絡保護地線（２）で連結して成る電車線路の地絡保護対策用直流電流阻止装置において、上記ビーム（１）のうち鉄柱（１ａ）を用いて成るビーム（１）については碍子（４）を介して閃絡保護地線（２）を取り付けると共に、上記各鉄柱（１ａ）と閃絡保護地線（２）とを低圧放電ギャップ（５）によって電気的に接続し、さらに閃絡保護地線（２）に発生し得るサージ電圧を抑制するためのサージ電圧抑制装置（７）を、上記所定区間の少なくとも一部に設けたことを特徴とする電車線路の地絡保護対策用直流電流阻止装置。
2. 上記閃絡保護地線（２）は、上記所定区間の中間部において接地され、上記サージ電圧抑制装置（７）は、上記所定区間の末端部における閃絡保護地線（２）に対して設けたことを特徴とする請求項１の電車線路の地絡保護対策用直流電流阻止装置。
3. 上記サージ電圧抑制装置（７）は、上記所定区間の両末端部に設けたことを特徴とする請求項２の電車線路の地絡保護対策用直流電流阻止装置。
4. 上記所定区間の中間部には、地絡電位抑制装置（３）（６）を接続したことを特徴とする請求項２又は請求項３の電車線路の地絡保護対策用直流電流阻止装置。
5. 上記サージ電圧抑制装置（７）はＣＲサージアブソーバであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかの電車線路の地絡保護対策用直流電流阻止装置。

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