JP5073398B2 - 高電圧線によって鉄道けん引ユニットに供給される電気エネルギを測定する装置 - Google Patents

Description

本発明は、機関車に、より一般的には、鉄道けん引ユニットのモータに高電圧で供給される電気エネルギを測定する装置に関する。

電気エネルギ供給者が消費者に対して費用を請求できるように、特にカテナリ架線によって機関車に供給される電気エネルギを測定することが要求される。この要求は、同一の電力網上における複数の電気供給オペレータ間の自由競争を促し、複数のオペレータがその電力網上でエネルギを自由に用いることを可能にした最近の規定を反映したものであり、比較的新しい。

原理的には、このような測定を行うのは非常に簡単である。具体的には、引き込まれる電流、その電圧、およびその消費継続時間を、連続的に測定するか、あるいは、それら２つのパラメータである電流および電圧の経時変化を考慮できる程度に適切な頻度でサンプリングを行うことによって測定することで足りる。

実際には、事態はもっと複雑である。というのも、測定装置は、変量を獲得する時には、（電力網の、運行中の部分に応じて直流（ＤＣ）１５００ボルトから交流（ＡＣ）２５，０００ボルトまでの）高電圧の電力網の環境下にあり、信号を生成し処理する時には、低電圧の環境下にあるからである。これらの２つの環境は、電気的に隔離される必要があり、特別な配慮と注意が必要となる。

このような電気的な隔離を行う公知の手段は、一般に、測定装置内に含まれた複数の変圧器を用いて提供されている。そこでは、変圧器の一次側と二次側との間に高品質の誘電体材料を用いたり、特に、導電部品間を互いに可能な限り遠く離しておくのに十分に大きな体積を必要としたりするといったレベルの隔離が求められる。

その体積およびその重量を、動力ユニットの天井に位置させる必要がある。これらは、けん引ユニットの天井の他の装備の全てに加えられ、その結果、最良の状況でも、装備が前方領域において多くなり、したがって、高速の電車にとって障害となる抵抗が生じ、もっと多くの場合、この特に過度に詰め込まれたスペースには十分な余裕がないため、このことは、全く単純に不可能である。

本発明は、隔離の要求を犠牲にすることなく、用いられるセンサおよび装置を、それらを鉄道けん引ユニットの天井の装備内に、問題を生じさせることなく収容するのに十分に小型化できるようにする、過密の問題に対する解決策を提供する。

したがって、この目的のために、本発明は、高電圧線によって鉄道けん引ユニットに供給される電気エネルギを測定する装置であって、引き込まれる電流を測定する測定手段と、電源の電圧を測定する測定手段と、を有し、前記２つの測定手段は、自手段が動作するのに必要な低電圧電源を有し、当該低電圧電源のエネルギは、高電圧環境下で電気エネルギに変換される光エネルギから取り込まれる、装置を提供する。さらに、前記２つの測定手段からの出力信号は、それらを使用できるように光信号に変換される。このようにして、測定装置の高電圧ステージと測定装置の低電圧ステージとの間に、非常に高いレベルの電気的な隔離が実現される。電気エネルギから光エネルギへの変換と光エネルギから電気エネルギへの変換は、サイズの小さい公知の装置によって行われ、これにより、測定装置を小さな体積内に収容することができ、特に、鉄道ユニットの天井高電圧ケーブル用の絶縁体内に収容することができる。

本発明の他の特徴および利点は、実施形態の以下の記載から明らかになる。

図１において、参照符号１はカテナリ架線を示しており、ユニットのパンタグラフは参照符号２によって示されている。鉄道ユニットの天井高電圧ケーブルは参照符号Ｌによって示されており、けん引システム４に電力を供給する手段のセットに到達する前にサーキットブレーカ３を通っている。

天井高電圧ケーブルＬと直列に、全く従来からある手法で、電流センサ５、例えば、電流測定分路はその出力端６からアナログ信号を出力するように働き、このアナログ信号はコンバータ７によってデジタル信号に変換され、コンバータ７の出力は電気／光コンバータ８に導かれ、電気／光コンバータ８によって、コンバータ７からのデジタル信号が光信号に変換され、この光信号は、光ファイバ９によって、電子機器に接続するための出力端１１を有する光／電気コンバータ１０に伝達され、この光信号は、変流器からの前記の信号に対応しており、高電圧でユニットに送られている電流を示している。

分圧器１２は、弁別器１３がＤＣ電圧またはＡＣ電圧を検知して、その電圧を示す信号を生成できるように働く。例えば、弁別器１３の出力１４に存在する信号は、カテナリ架線１上のＡＣ電圧を示している。

出力端１５は、カテナリ架線１におけるＤＣ電圧を示す信号のための予備である。

これらの信号の１つまたは他は、Ａ／Ｄコンバータ１７の入力端１６に取り込まれ、Ａ／Ｄコンバータ１７の出力は、電気／光コンバータ１８の入力端に入力される。この電気／光コンバータ１８によって生成される光信号は、光ファイバ１９によって光／電気コンバータ１０の入力端に送信され、それに応答して、光／電気コンバータ１０は、その複数の出力端１１の幾つかに電気信号を供給し、この電気信号は、取り込まれる電力供給電流を示す電気信号と組み合わせて本装置によって使用される。

動作させるために、本装置の構成素子の幾つか、特に、１０、８、および１８によって示すような電気／光コンバータまたは光／電気コンバータに対しては、電気によって電力を供給する必要がある。光／電気コンバータ１０はバッテリによって直接電力の供給を受け、このバッテリは、ＤＣ電力を、ダイオードのような発光系によって射出されるレーザービームの形態の光エネルギに変換するコンバータ２０に接続されている。このレーザービームは、光ファイバ２１ａ，２１ｂによって光／電気コンバータ２２ａ，２２ｂに伝達され、光／電気コンバータ２２ａ，２２ｂは、電気／光コンバータ１８に電力を供給するための出力端２４と、電気／光コンバータ８に電力を供給するための出力端２３とをそれぞれ有している。

図２は、絶縁体２５の内側に搭載された図１の回路、すなわち、本発明にかかる測定装置において、完全な電気的隔離がどのようにして確立されているのかを示している。この図は、上述したほとんどの素子を同じ参照符号によって示している。電流センサ５からの信号の処理に関係する複数の素子がブロック２６に図式的にグループ化されており、ブロック２６は、出力端２３の線によって低電圧で作動し、測定された電流を示す光信号を光ファイバ９に出力する。

同様に、分圧器１２からの電圧信号を処理する手段がブロック２７にグループ化されており、ここで、出力端２４の電力供給線が終わっており、ブロック２７から光ファイバ１９が出ている。この図から、高電圧環境は、鉄道ユニットの天井高電圧ケーブルＬが通り抜けている絶縁体２５内に形成された上部空間２８内に閉じこめられ、一方、低電圧環境は、この絶縁体２５の底部くぼみ２９内に閉じこめられ、本発明の装置の種々の構成素子間の接続が光ファイバのみによって行われているのが分かる。

本発明にかかる測定装置は、（けん引ユニットに供給される電気の電圧から）電力網を識別する手段としても用いることができ、この電力網は、主要工業国において見受けられる構成のみについて述べると、ＤＣ１５００ボルト、（一般に上述のように処理された）ＤＣ３５００ボルト、（１６＋１／３）ＨｚのＡＣ１５，０００ボルト、５０Ｈｚか６０ＨｚのＡＣ２５，０００ボルト、６０ＨｚのＡＣ１２，０００ボルト、または２５ＨｚのＡＣ１２，０００ボルトである場合がある。光ファイバ１９の出力端上の光信号は、電力網の電圧に対応する電圧測定値を示している。したがって、電圧に関連した３つの出力端１１のそれぞれを、電力網によって供給されるであろう複数の電圧の１つに割り当てることができる。電圧に割り当てられた３つの出力端１１の１つのみに信号が存在することによって、鉄道ユニットが沿って運行している電力網の電圧を識別することが可能になる。

本発明にかかる測定装置の電気回路図である。 測定装置が、測定されているエネルギを消費する鉄道ユニットの天井高電圧ケーブル用の絶縁体内にどのように搭載されているかを示す図である。

符号の説明

１ カテナリ架線
２ パンタグラフ
３ サーキットブレーカ
４ けん引システム
５ 電流センサ
６，１１，２４ 出力
７，２０ コンバータ
８ 電気／光コンバータ
９，１９，２１ａ，２１ｂ 光ファイバ
１０，２２ａ，２２ｂ 光／電気コンバータ
１２ 分圧器
１３ 弁別器
２５ 絶縁体
２６，２７ ブロック
２８ 上部空間
２９ 底部くぼみ
Ｌ 天井高電圧ケーブル

Claims (3)

1. 高電圧線によって鉄道けん引ユニットに供給される電気エネルギを測定する装置であって、
   前記鉄道けん引ユニットによって引き込まれる前記電気エネルギの電流を測定する第１の測定デバイスと、
   供給される前記電気エネルギの電源の電圧を測定する第２の測定デバイスと、を有し、
   前記第１または第２の測定デバイスからの出力電気信号を、光ファイバによって第１の光／電気コンバータに伝達される光信号に変換する第１の電気／光コンバータと、
   低電圧を前記第１および第２の測定デバイスに供給する低電圧電源であって、光ファイバによって第２の光／電気コンバータに伝達される光を発生する第２の電気／光コンバータを含む低電圧電源と、
   を備え、
   前記第１及び第２の測定デバイス、前記第１の電気／光コンバータ、および前記第２の光／電気コンバータは、前記鉄道けん引ユニットの高電圧線の絶縁体内の第１の空間に収容されている第１のコンポーネントであり、前記第１の光／電気コンバータ及び前記第２の電気／光コンバータは、前記絶縁体内の第２の空間に収容されている第２のコンポーネントであり、前記第１の空間と前記第２の空間は互いに間隔を置かれており、前記光ファイバは、前記第１の空間内の前記第１のコンポーネントと前記第２の空間内の前記第２のコンポーネントの間を接続していることを特徴とする測定装置。
2. 前記第１の光／電気コンバータは、複数の出力端であって、当該出力端に信号が出力されているときはいつでも電力網を識別するための出力端を有することを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
3. 前記第２の電気／光コンバータに接続されたバッテリをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。

Images