JP4774301B2

JP4774301B2 - カテナリ式電車線

Info

Publication number: JP4774301B2
Application number: JP2006010962A
Authority: JP
Inventors: 正章多胡; 貴弘濱田
Original assignee: East Japan Railway Co
Current assignee: East Japan Railway Co
Priority date: 2006-01-19
Filing date: 2006-01-19
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2026-01-19
Also published as: JP2007191032A

Description

本発明は、温度変化による張力の変動を緩和する張力調整装置を必要とせず、引留間隔を延長することのできるカテナリ式電車線に関するものである。

一般に、電気鉄道のカテナリ式の架線構造においては、トロリ線やちょう架線に銅線や鋼線が使用されており、例えば、銅の線膨張係数は１７×１０^−６［/℃］であり、鋼の線膨張係数は１２×１０^−６［/℃］である。このため、これらの金属線を使用した場合、温度変化による電線の伸縮を吸収するために、最大で約１．６ｋｍ間隔でトロリ線とちょう架線を引留めるとともに、引留箇所にバネ式或いは滑車式の自動張力調整装置を設置して弛みを吸収することが行われていた。

図７は、従来のカテナリ式電車線の一例を示す説明図、図８は、従来のカテナリ式電車線のちょう架線の支持構造を示す説明図である。ここで、カテナリ式電車線は、引留柱１、１間にちょう架線２とトロリ線３をそれぞれ自動張力調整装置４、５を介して張り渡していた。また、ちょう架線２は、所定間隔に設置した支柱６によってガイシ７を介して支持金具８で波形に吊り上げていた。トロリ線３は、ちょう架線２から垂下されたハンガー９によって、水平な状態につり下げられている。図８は、支柱６におけるちょう架線２の支持構造を拡大して示している。この従来例において、ちょう架線２は、支持金具８によって下から持ち上げるようにして支えられている。また、引留柱１の間隔（引留間隔）は、最大で約１．６ｋｍであった。
更に、特許文献１や特許文献２には、カテナリ式でトロリ線を剛体にして両方式の長所を取り入れたカテナリ式剛体電車線が提案されている。
特開平０９−２７７８５５号公報特開平１１−１９８６８８号公報

しかし従来のカテナリ式電車線では、以下のような解決すべき課題がある。
１）ちょう架線やトロリ線に鋼線や銅線を使用しており、温度変化による伸縮を吸収するための自動張力調整装置が不可欠であった。このため多くの複雑な部品構成となり、保守、点検に手間がかかった。また、引留間隔も最大で約１．６ｋｍであり、これ以上長くすることができなかった。したがって、設備費もかさむ不利があった。
２）また、鋼線や銅線は重量が嵩み設備自体の大型化が避けられず、建設コストの削減や高速化への容易な対応ができなかった。さらに、支持点に於けるちょう架線とトロリ線との高低差である架高が高いために、支柱の長さが長くなって、設備費が増大する不利もあった。
また、特許文献１、２に開示されたカテナリ式剛体電車線においてもちょう架線に鋼線を使用しているために、同様の課題が存在する。

この発明は上記に鑑み提案されたもので、曲率半径の大きな支持面を有する支持金具を使用して曲げを最小限にして、ちょう架線に線膨張係数が低く、重量の軽いカーボンファイバ線を使用することで、自動張力調整装置を不要にし、引留間隔を延伸することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、本発明は引留柱間に張り渡されるとともに、所定間隔で設置した支柱によって支持金具で吊り上げられたちょう架線と、前記ちょう架線から垂下されたハンガーによってレールに対して水平に張り渡されたトロリ線とから成るカテナリ式電車線であって、前記トロリ線は、硬銅トロリ線にカーボンファイバ線を沿わせた構成とされ、所定間隔に配置したハンガイヤーで両者が固定されるとともに、前記カーボンファイバ線には、架設時に前記硬銅トロリ線より大きな張力を付与したことを特徴としている。

また、本発明において前記ちょう架線はカーボンファイバで構成され、前記支持金具は、ちょう架線を支える支持面が所定の曲率半径の円弧状をなして、前記ちょう架線を支持することを特徴とする。

また、本発明において前記トロリ線は、中間材を介してカーボンファイバ線をハンガイヤーで固定したことを特徴とする。

また、本発明において前記ハンガイヤーは、前記ハンガイヤーは、ちょう架線から垂下されたハンガーによって支持されるとともに、前記中間材は弾性部材であることを特徴とするものである。

この発明は前記した構成からなるので、以下に説明するような効果を奏することができる。

本発明では、引留柱間に張り渡されるとともに、所定間隔で設置した支柱によって支持金具で吊り上げられたちょう架線と、前記ちょう架線から垂下されたハンガーによってレールに対して水平に張り渡されたトロリ線とから成るカテナリ式電車線であって、前記ちょう架線をカーボンファイバで構成したため、温度変化による伸縮量が小さくなり自動張力調整装置を設置する必要がない。また、カーボンファイバ線を支持する支持金具が大きな曲率半径の支持面で支えるので、無理な曲げが作用することなく断線の虞れもない。また、前記トロリ線は、硬銅トロリ線とその真上に配置されたカーボンファイバ線とから構成され、所定間隔に配置したハンガイヤーで一体的に固定したので、温度変化による伸縮量が小さくなり自動張力調整装置を設置する必要がない。また、電車線の軽量化が図られ、高速化に対応することができる。更に、架高が低いので支柱が短くて済み、建設コストの大幅な削減が達成できる。また、架線のメンテナンス性も向上する。

また、本発明では、前記トロリ線は、中間材を介してカーボンファイバ線をハンガイヤーで固定したので、線材が保護されるとともにカーボンファイバ線の引き抜け力を確保することができる。

また、本発明では、前記トロリ線は、硬銅トロリ線の張力を低減し、カーボンファイバ線に張力を付与したので、引留箇所で線条の伸縮を吸収する必要がなく、自動張力調整装置を設置する必要がない。したがって、設備費を大幅に削減することができる。また、前記ハンガイヤーは、ちょう架線から垂下されたハンガーによって支持されるとともに、弾性部材である中間材によってカーボンファイバ線を固定するので、線材が保護されるとともにカーボンファイバ線の引き抜け力を確保することができる。

本発明のカテナリ式電車線を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明に係るカテナリ式電車線の一例を示す説明図、図２は、本実施の形態のカテナリ式電車線におけるちょう架線の支持構造を示す説明図である。ここで、カテナリ式電車線１０は、引留柱１１、１１間に張り渡されるとともに、所定間隔で設置した支柱１２、１２によって支持金具１３で吊り上げられたちょう架線１４と、このちょう架線１４から垂下されたハンガー１５によってレール（図示せず）に対して水平に張り渡されたトロリ線１６とから構成されている。

ちょう架線１４は、カーボンファイバ線から構成されている。カーボンファイバ線は、線膨張係数が０．６×１０^−６［/℃］であり温度変化による伸縮量が非常に小さい。このため、引留箇所での線条の伸縮を吸収する必要がなく、自動張力調整装置を設置する必要がない。

支持金具１３は、図２に示すようにちょう架線１４を支える支持面が大きな曲率半径を有しており、カーボンファイバ線を吊り上げる際にカテナリ形状に沿った、最小限の曲げ曲線となるように構成する。また、ちょう架線１４は、支持金具１３で支持されている。このようにカーボンファイバ線１４は、支持金具１３によって面で支持され、急激な曲げ応力が作用しない。また、支持金具１３は、絶縁ガイシ１７を介して支柱１２に支持されたトラスビーム１８に吊り下げられる。

図３は、本実施の形態同カテナリ式電車線におけるトロリ線の支持構造を示す説明図、図４は、本実施の形態のカテナリ式電車線におけるトロリ線のハンガイヤー部の縦断面図である。トロリ線１６は、硬銅トロリ線１９とその真上に配置されたカーボンファイバ線２０とから構成され、所定間隔に配置したハンガイヤー２１で一体的に固定されている。硬銅トロリ線１９は、通常の硬銅製であり、カーボンファイバ線２０はカーボンファイバ樹脂から造られている。また、トロリ線１６は、ゴム、合成樹脂等の中間材２２を介してカーボンファイバ線２０を長手方向にずれないように固定している。更に、トロリ線１６は、硬銅トロリ線１９を無張力とし、カーボンファイバ線２０に張力を付与する。また、ハンガイヤー２１は、ちょう架線１４から垂下されたハンガー１５によって支持されるとともに、ゴム等の弾性部材である中間材２２によってカーボンファイバ線２０を固定する。

このように構成されたカテナリ式電車線は、温度変化による伸縮量が非常に小さいので自動張力調整装置を設置する必要がない。また、カーボンファイバ線の曲げを最小限としたので、断線の虞もない。更に、温度変化による伸縮量が小さいので、引留間隔を延伸することができる。

次に、本発明の実施例について説明する。図５は、ちょう架線にカーボンファイバを使用した場合と硬銅より線（ＰＨ）を使用した場合の温度と張力の関係を示す図である。本実施例では自動張力調整装置を設置することなく、張力変化率を算出したものである。ちょう架線には、直径７．５ｍｍ（断面積３０．４ｍｍ^２）のカーボンファイバ線と、硬銅より線（ＰＨ）（断面積３５６ｍｍ^２）を１９．６［ｋＮ］で架設した。初期温度が１５℃で、初期張力が１９．６ｋＮで架設したときの温度と張力の関係は、図５に示す通りである。１５℃から±３０℃の温度変化があった場合の張力変化は、カーボンファイバ線の場合が、１９．５２７ｋＮ〜１９．６７３ｋＮ（−０．４％〜＋０．４％）であった。これに対して、硬銅より線（ＰＨ）の場合は、１４．１４ｋＮ〜２６．２３ｋＮ（−２８％〜＋３４％）であった。
以上のように、カーボンファイバ線の張力変化率は、±０．４％であり、現行架線で自動張力調整装置を使用した際の張力変化率±１５％と比較しても大幅に小さいものであった。

図６は、トロリ線にカーボンファイバと硬銅トロリ線を使用した場合と硬銅トロリ線のみを使用した場合の温度と張力の関係を示す図である。本実施例では、トロリ線に、直径７．５ｍｍ（断面積３０．４ｍｍ^２）のカーボンファイバ線を、１４．７ｋＮで架設し、その下にＧＴ−Ｍ−Ｓｎ１７０ｍｍ^２を無張力で架設する。初期温度１５℃、初期張力１４．７ｋＮで架設した際の温度と張力の関係は、図６に示す通りである。ここで明らかな様に、初期温度以上の場合、張力はすべてカーボンファイバが担うために、張力低下は非常に少ない。１５℃から±３０℃の温度変化があった場合の張力変化は、カーボンファイバ線＋硬銅トロリ線の場合が、１４．６２５ｋＮ〜２５．０７ｋＮ（−０．５％〜＋７０％）であった。一方。硬銅トロリ線（ＧＴ−Ｍ−Ｓｎ）のみの場合、４．５５Ｎ〜２５．０３ｋＮ（−６９％〜＋７０％）であった。
以上のように、カーボンファイバ線の張力低下率は、−０．５％であり、現行架線に自動張力調整装置を設置した場合の張力変化率±１５％と比較しても大幅に小さく、大きく弛むことはなかった。

図１は、本発明に係るカテナリ式電車線の一例を示す説明図である。図２は、同カテナリ式電車線におけるちょう架線の支持構造を示す説明図である。図３は、同カテナリ式電車線におけるトロリ線の支持構造を示す説明図である。図４は、同カテナリ式電車線におけるトロリ線のハンガイヤー部の縦断面図である。図５は、ちょう架線にカーボンファイバを使用した場合と硬銅より線を使用した場合の温度と張力の関係を示す図である。図６は、トロリ線にカーボンファイバと硬銅トロリ線を使用した場合と硬銅トロリ線のみを使用した場合の温度と張力の関係を示す図である。図７は、従来のカテナリ式電車線の一例を示す説明図である。図８は、従来のカテナリ式電車線のちょう架線の支持構造を示す説明図である。

符号の説明

１０カテナリ式電車線
１１引留柱
１２支柱
１３支持金具
１４ちょう架線
１５ハンガー
１６トロリ線
１７絶縁ガイシ
１８トラスビーム
１９硬銅トロリ線
２０カーボンファイバ線
２１ハンガイヤー
２２中間材

Claims

引留柱間に張り渡されるとともに、所定間隔で設置した支柱によって支持金具で吊り上げられたちょう架線と、前記ちょう架線から垂下されたハンガーによってレールに対して水平に張り渡されたトロリ線とから成るカテナリ式電車線であって、
前記トロリ線は、硬銅トロリ線にカーボンファイバ線を沿わせた構成とされ、所定間隔に配置したハンガイヤーで両者が固定されるとともに、
前記カーボンファイバ線には、架設時に前記硬銅トロリ線より大きな張力を付与したことを特徴とするカテナリ式電車線。
前記ちょう架線はカーボンファイバで構成され、
前記支持金具は、ちょう架線を支える支持面が所定の曲率半径の円弧状をなして、前記ちょう架線を支持することを特徴とする請求項１に記載のカテナリ式電車線。
前記トロリ線は、
中間材を介して前記カーボンファイバ線をハンガイヤーで前記硬銅トロリ線に固定したことを特徴とする請求項１または２に記載のカテナリ式電車線。
前記ハンガイヤーは、ちょう架線から垂下されたハンガーによって支持されるとともに、前記中間材は弾性部材であることを特徴とする請求項３に記載のカテナリ式電車線。