JP7284725B2 - 地絡検出装置及び地絡検出方法 - Google Patents

地絡検出装置及び地絡検出方法 Download PDF

Info

Publication number
JP7284725B2
JP7284725B2 JP2020028860A JP2020028860A JP7284725B2 JP 7284725 B2 JP7284725 B2 JP 7284725B2 JP 2020028860 A JP2020028860 A JP 2020028860A JP 2020028860 A JP2020028860 A JP 2020028860A JP 7284725 B2 JP7284725 B2 JP 7284725B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
threshold
signal
value
ground fault
state
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020028860A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2021135065A (ja
Inventor
大観 森本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Railway Technical Research Institute
Original Assignee
Railway Technical Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Railway Technical Research Institute filed Critical Railway Technical Research Institute
Priority to JP2020028860A priority Critical patent/JP7284725B2/ja
Publication of JP2021135065A publication Critical patent/JP2021135065A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7284725B2 publication Critical patent/JP7284725B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
  • Testing Relating To Insulation (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Description

本発明は、直流き電回路の地絡を検出する地絡検出装置及び地絡検出方法に関するものである。
き電変電所からき電線を介して電車に直流電力を供給する直流電気鉄道の直流き電回路において、電車線支持柱等の構造物の接地抵抗が含まれる高抵抗での地絡、即ち高抵抗地絡故障が発生した場合、平常時の電気車電流との区別は困難であり、焼損事故を拡大させるおそれがある。そのため、直流き電回路の地絡事故を精度良く検出し、保護継電を行うことが重要である。ここで、直流き電回路における高抵抗地絡故障とは、電車線等のき電回路の正極側充電部が何らかの理由で大地上の構造物に地絡したときに、当該構造物の接地抵抗によって、地絡電流の大きさが電車・電気機関車の通常走行に必要な電流より小さい場合の故障現象を意味する。
特開昭５７－１３９２４号公報（特許文献１）には、直流き電回路高抵抗接地事故検出装置において、直流き電線に流れる電流を検出する直流変流器と、変流器にて検出された検出信号が一定値を越えると出力を発する比較器と、比較器出力によってゲートを開かれ、クロックパルスを出力するアンド回路と、アンド回路より発するクロックパルスを計算するカウンタと、を備える技術が開示されている。また、上記特許文献１には、直流き電回路高抵抗接地事故検出装置において、検出信号を一定時間遅延する機能を有し、この機能によって一定時間遅延されて出力される過去の検出信号と直流変流器にて検出される各瞬時における検出信号との大きさを比較して両者に差があるときカウンタの内容をクリヤするクリヤ信号を発する変動電流検出器とを備える技術が開示されている。
特開昭５７－１３９２４号公報
直流電気鉄道において、直流き電回路の地絡事故が発生した際の電流を詳細に解析した結果、直流き電回路の地絡事故が発生する際には、直流き電回路に流れる電流のうち、電流のゆらぎ成分即ち不規則変動電流成分が発生していることが明らかになった。即ち、直流き電回路の地絡事故を精度良く検出するためには、直流き電回路に流れる電流のうち、短時間における電流のゆらぎ成分即ち不規則変動電流成分を検出することが重要である。
しかし、直流電気鉄道において、従来、このような短時間における電流のゆらぎ成分即ち不規則変動電流成分を検出することが難しく、たとえば高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform：ＦＦＴ）演算など、演算装置の演算負荷が大きな信号処理手法を使用する必要があった。
本発明は、上述のような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、直流き電回路の地絡を検出する地絡検出装置において、電車線路に追加設備を新設することなく、且つ、ＦＦＴ演算を行うことなく、時間軸上で逐次演算を行うだけで、地絡の発生を精度良く検出することができる地絡検出装置を提供することを目的とする。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
本発明の一態様としての地絡検出装置は、直流き電回路の地絡を検出する地絡検出装置である。当該地絡検出装置は、直流き電回路に流れる第１電流を検出し、検出された第１電流に基づいて第１信号を生成する第１電流検出部と、第１電流検出部により生成された第１信号に対して、第１通過周波数帯域の周波数成分以外の周波数成分を減衰させる第１バンドパスフィルタ処理と、第１基本周波数を有する周波数成分、及び、第１基本周波数のＮ１倍（Ｎ１は２以上の整数）の周波数を有する周波数成分を減衰させる第１櫛形フィルタ処理と、を施すことにより、第２信号を生成する、第１フィルタ処理部と、を有する。また、当該地絡検出装置は、第１フィルタ処理部により生成された第２信号と、第１閾値及び第１閾値よりも大きい第２閾値と、を比較し、一定時間内に、第２信号が第１閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化した後最初に第２閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した回数、若しくは、一定時間内に、第２信号が第２閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した後最初に第１閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化した回数、又は、一定時間内に、第２信号が第２閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した回数、若しくは、一定時間内に、第２信号が第１閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化した回数、である第１回数を計数する第１比較計数部を有する。また、当該地絡検出装置は、第１比較計数部により計数された第１回数と、第１閾値回数と、を比較し、第１回数が第１閾値回数を超えたとき、直流き電回路に地絡が発生したと判定するか、又は、第１回数に基づいて算出された第２回数と、第２閾値回数と、を比較し、第２回数が第２閾値回数を超えたとき、直流き電回路に地絡が発生したと判定する地絡判定部を有する。
また、他の一態様として、第１フィルタ処理部は、第１電流検出部により生成された第１信号に対して、第１バンドパスフィルタ処理を施すことにより、第３信号を生成する第１バンドパスフィルタと、第１バンドパスフィルタにより生成された第３信号に対して、第１櫛形フィルタ処理を施すことにより、第２信号を生成する第１櫛形フィルタと、を含んでもよい。
また、他の一態様として、第１比較計数部は、第２信号と、第１閾値及び第２閾値と、を比較し、一定時間内に、第２信号が第１閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化した後最初に第２閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した回数である第１回数を計数してもよい。また、第１比較計数部は、第２信号と、第１閾値及び第２閾値と、を比較し、第２信号と、第１閾値及び第２閾値との大小関係を表す第４信号を生成する第１比較器と、第１比較器により生成された第４信号に基づいて、第１回数を計数する第１カウンタと、を含んでもよい。
また、他の一態様として、第１比較器は、第２信号が第１閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化した後最初に第２閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化するまでは、第４信号が第１値を示し、第２信号が第２閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した後最初に第１閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化するまでは、第４信号が第１値と異なる第２値を示すように、第４信号を生成してもよい。第１カウンタは、第１比較器により生成された第４信号が第１値を示している状態から第２値を示している状態に変化した第３回数と、第４信号が第２値を示している状態から第１値を示している状態に変化した第４回数と、の総和である第１回数を計数してもよい。
また、他の一態様として、第１比較器は、第２信号が第１閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化した後最初に第２閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化するまでは、第４信号が第３値を示し、第２信号が第２閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した後最初に第１閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化するまでは、第４信号が第３値と異なる第４値を示すように、第４信号を生成してもよい。第１カウンタは、第１比較器により生成された第４信号が第３値を示している状態から第４値を示している状態に変化した第５回数の２倍の回数である第１回数を計数してもよい。
また、他の一態様として、第１比較器は、第２信号と第１閾値との大小関係を表す第５信号と、第２信号と第２閾値との大小関係を表す第６信号と、を含む第４信号を生成してもよい。また、第１比較器は、第２信号と第１閾値とを比較し、第２信号が第１閾値よりも小さいとき、第５信号が第５値を示し、第２信号が第１閾値以上のとき、第５信号が第５値と異なる第６値を示すように、第５信号を生成する第１コンパレータと、第２信号と第２閾値とを比較し、第２信号が第２閾値よりも大きいとき、第６信号が第７値を示し、第２信号が第２閾値以下のとき、第６信号が第７値と異なる第８値を示すように、第６信号を生成する第２コンパレータと、を含んでもよい。また、第１比較器は、第１コンパレータにより生成された第５信号が第５値を示すか又は第２コンパレータにより生成された第６信号が第７値を示したとき、第１パルスを出力し、第１コンパレータにより生成された第５信号が第６値を示し且つ第２コンパレータにより生成された第６信号が第８値を示したとき、第１パルスを出力しないＯＲ回路を含んでもよい。第１カウンタは、一定時間内にＯＲ回路により出力された第１パルスの数を計数し、計数された第１パルスの数に基づいて、第１回数を計数してもよい。
また、他の一態様として、第１フィルタ処理部は、第１電流検出部により生成された第１信号に対して、第１バンドパスフィルタ処理と、第１櫛形フィルタ処理と、を施すことにより、第７信号を生成する、第２フィルタ処理部と、第２フィルタ処理部により生成された第７信号が絶対値化された第２信号を生成する絶対値化部と、を含んでもよい。第１閾値は、負の閾値であり、第２閾値は、正の閾値であり、第２閾値の絶対値は、第１閾値の絶対値と等しく、第１比較計数部は、第２信号と第２閾値とを比較することにより、第２信号と第１閾値及び第２閾値とを比較し、一定時間内に、第２信号が第２閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した回数である第１回数を計数してもよい。また、第１比較計数部は、第２信号と第２閾値とを比較し、第２信号が第２閾値よりも大きいとき、第２パルスを出力し、第２信号が第２閾値以下のとき、第２パルスを出力しない第２比較器と、一定時間内に第２比較器により出力された第２パルスの数を計数し、計数された第２パルスの数に基づいて、第１回数を計数する第２カウンタと、を含んでもよい。
また、他の一態様として、直流き電回路は、鉄道線路に沿って設けられたき電線又はトロリー線よりなる第１回線と、第１回線の第１端部に第１直流電力を供給する第１変電所と、第１回線の第１端部と反対側の第２端部に第２直流電力を供給する第２変電所と、第１変電所と第１回線の第１端部とを接続する第２回線と、第２変電所と第１回線の第２端部とを接続する第３回線と、を備えてもよい。第１電流検出部は、第２回線に流れる第１電流を検出し、検出された第１電流に基づいて第１信号を生成してもよい。当該地絡検出装置は、更に、第３回線に流れる第２電流を検出し、検出された第２電流に基づいて第８信号を生成する第２電流検出部と、第２電流検出部により生成された第８信号に対して、第２通過周波数帯域の周波数成分以外の周波数成分を減衰させる第２バンドパスフィルタ処理と、第２基本周波数を有する周波数成分、及び、第２基本周波数のＮ２倍（Ｎ２は２以上の整数）の周波数を有する周波数成分を減衰させる第２櫛形フィルタ処理と、を施すことにより、第９信号を生成する、第３フィルタ処理部と、を有してもよい。また、当該地絡検出装置は、第３フィルタ処理部により生成された第９信号と、第３閾値及び第３閾値よりも大きい第４閾値と、を比較し、一定時間内に、第９信号が第３閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化した後最初に第４閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した回数、若しくは、一定時間内に、第９信号が第４閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した後最初に第３閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化した回数、又は、一定時間内に、第９信号が第４閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した回数、若しくは、一定時間内に、第９信号が第３閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化した回数、である第６回数を計数する第２比較計数部を有してもよい。また、当該地絡検出装置は、第１比較計数部により計数された第１回数と、第２比較計数部により計数された第６回数と、に基づいて、第１回数と第６回数との総和である第２回数を算出する総和算出部を有してもよい。地絡判定部は、第１回数と第６回数とに基づいて総和算出部により算出された第２回数と、第２閾値回数と、を比較し、第２回数が第２閾値回数を超えたとき、直流き電回路に地絡が発生したと判定してもよい。
本発明の一態様としての地絡検出方法は、直流き電回路の地絡を検出する地絡検出方法である。当該地絡検出方法は、直流き電回路に流れる第１電流を検出し、検出された第１電流に基づいて第１信号を生成する（ａ）ステップと、（ａ）ステップにて生成された第１信号に対して、第１通過周波数帯域の周波数成分以外の周波数成分を減衰させる第１バンドパスフィルタ処理と、第１基本周波数を有する周波数成分、及び、第１基本周波数のＮ１倍（Ｎ１は２以上の整数）の周波数を有する周波数成分を減衰させる第１櫛形フィルタ処理と、を施すことにより、第２信号を生成する（ｂ）ステップと、を有する。また、当該地絡検出方法は、（ｂ）ステップにて生成された第２信号と、第１閾値及び第１閾値よりも大きい第２閾値と、を比較し、一定時間内に、第２信号が第１閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化した後最初に第２閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した回数、若しくは、一定時間内に、第２信号が第２閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した後最初に第１閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化した回数、又は、一定時間内に、第２信号が第２閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した回数、若しくは、一定時間内に、第２信号が第１閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化した回数、である第１回数を計数する（ｃ）ステップを有する。また、当該地絡検出方法は、（ｃ）ステップにて計数された第１回数と、第１閾値回数と、を比較し、第１回数が第１閾値回数を超えたとき、直流き電回路に地絡が発生したと判定するか、又は、第１回数に基づいて算出された第２回数と、第２閾値回数と、を比較し、第２回数が第２閾値回数を超えたとき、直流き電回路に地絡が発生したと判定する（ｄ）ステップを有する。
また、他の一態様として、（ｂ）ステップは、（ａ）ステップにて生成された第１信号に対して、第１バンドパスフィルタ処理を施すことにより、第３信号を生成する（ｂ１）ステップと、（ｂ１）ステップにて生成された第３信号に対して、第１櫛形フィルタ処理を施すことにより、第２信号を生成する（ｂ２）ステップと、を含んでもよい。
また、他の一態様として、（ｃ）ステップでは、第２信号と、第１閾値及び第２閾値と、を比較し、一定時間内に、第２信号が第１閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化した後最初に第２閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した回数である第１回数を計数してもよい。また、（ｃ）ステップは、第２信号と、第１閾値及び第２閾値と、を第１比較器により比較し、第２信号と、第１閾値及び第２閾値との大小関係を表す第４信号を第１比較器により生成する（ｃ１）ステップと、第１比較器により生成された第４信号に基づいて、第１回数を第１カウンタにより計数する（ｃ２）ステップと、を含んでもよい。
また、他の一態様として、（ｃ１）ステップでは、第２信号が第１閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化した後最初に第２閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化するまでは、第４信号が第１値を示し、第２信号が第２閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した後最初に第１閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化するまでは、第４信号が第１値と異なる第２値を示すように、第４信号を第１比較器により生成してもよい。（ｃ２）ステップでは、第１比較器により生成された第４信号が第１値を示している状態から第２値を示している状態に変化した第３回数と、第４信号が第２値を示している状態から第１値を示している状態に変化した第４回数と、の総和である第１回数を第１カウンタにより計数してもよい。
また、他の一態様として、（ｃ１）ステップでは、第２信号が第１閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化した後最初に第２閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化するまでは、第４信号が第３値を示し、第２信号が第２閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した後最初に第１閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化するまでは、第４信号が第３値と異なる第４値を示すように、第４信号を第１比較器により生成してもよい。（ｃ２）ステップでは、第１比較器により生成された第４信号が第３値を示している状態から第４値を示している状態に変化した第５回数の２倍の回数である第１回数を第１カウンタにより計数してもよい。
また、他の一態様として、（ｃ１）ステップでは、第２信号と第１閾値との大小関係を表す第５信号と、第２信号と第２閾値との大小関係を表す第６信号と、を含む第４信号を第１比較器により生成してもよい。また、（ｃ１）ステップは、第２信号と第１閾値とを第１コンパレータにより比較し、第２信号が第１閾値よりも小さいとき、第５信号が第５値を示し、第２信号が第１閾値以上のとき、第５信号が第５値と異なる第６値を示すように、第５信号を第１コンパレータにより生成する（ｃ３）ステップと、第２信号と第２閾値とを第２コンパレータにより比較し、第２信号が第２閾値よりも大きいとき、第６信号が第７値を示し、第２信号が第２閾値以下のとき、第６信号が第７値と異なる第８値を示すように、第６信号を第２コンパレータにより生成する（ｃ４）ステップと、を含んでもよい。また、（ｃ１）ステップは、第１コンパレータにより生成された第５信号が第５値を示すか又は第２コンパレータにより生成された第６信号が第７値を示したとき、第１パルスをＯＲ回路により出力し、第１コンパレータにより生成された第５信号が第６値を示し且つ第２コンパレータにより生成された第６信号が第８値を示したとき、第１パルスをＯＲ回路により出力しない（ｃ５）ステップを含んでもよい。（ｃ２）ステップでは、一定時間内にＯＲ回路により出力された第１パルスの数を第１カウンタにより計数し、計数された第１パルスの数に基づいて、第１回数を第１カウンタにより計数してもよい。
また、他の一態様として、（ｂ）ステップは、（ａ）ステップにて生成された第１信号に対して、第１バンドパスフィルタ処理と、第１櫛形フィルタ処理と、を施すことにより、第７信号を生成する（ｂ３）ステップと、（ｂ３）ステップにて生成された第７信号が絶対値化された第２信号を生成する（ｂ４）ステップと、を含んでもよい。第１閾値は、負の閾値であり、第２閾値は、正の閾値であり、第２閾値の絶対値は、第１閾値の絶対値と等しく、（ｃ）ステップでは、第２信号と第２閾値とを比較することにより、第２信号と第１閾値及び第２閾値とを比較し、一定時間内に、第２信号が第２閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した回数である第１回数を計数してもよい。また、（ｃ）ステップは、第２信号と第２閾値とを第２比較器により比較し、第２信号が第２閾値よりも大きいとき、第２パルスを第２比較器により出力し、第２信号が第２閾値以下のとき、第２パルスを第２比較器により出力しない（ｃ６）ステップと、一定時間内に第２比較器により出力された第２パルスの数を第２カウンタにより計数し、計数された第２パルスの数に基づいて、第１回数を第２カウンタにより計数する（ｃ７）ステップと、を含んでもよい。
また、他の一態様として、直流き電回路は、鉄道線路に沿って設けられたき電線又はトロリー線よりなる第１回線と、第１回線の第１端部に第１直流電力を供給する第１変電所と、第１回線の第１端部と反対側の第２端部に第２直流電力を供給する第２変電所と、第１変電所と第１回線の第１端部とを接続する第２回線と、第２変電所と第１回線の第２端部とを接続する第３回線と、を備えてもよい。（ａ）ステップでは、第２回線に流れる第１電流を検出し、検出された第１電流に基づいて第１信号を生成してもよい。当該地絡検出方法は、更に、第３回線に流れる第２電流を検出し、検出された第２電流に基づいて第８信号を生成する（ｅ）ステップと、（ｅ）ステップにて生成された第８信号に対して、第２通過周波数帯域の周波数成分以外の周波数成分を減衰させる第２バンドパスフィルタ処理と、第２基本周波数を有する周波数成分、及び、第２基本周波数のＮ２倍（Ｎ２は２以上の整数）の周波数を有する周波数成分を減衰させる第２櫛形フィルタ処理と、を施すことにより、第９信号を生成する（ｆ）ステップと、を有してもよい。また、当該地絡検出方法は、（ｆ）ステップにて生成された第９信号と、第３閾値及び第３閾値よりも大きい第４閾値と、を比較し、一定時間内に、第９信号が第３閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化した後最初に第４閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した回数、若しくは、一定時間内に、第９信号が第４閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した後最初に第３閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化した回数、又は、一定時間内に、第９信号が第４閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した回数、若しくは、一定時間内に、第９信号が第３閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化した回数、である第６回数を計数する（ｇ）ステップを有してもよい。また、当該地絡検出方法は、（ｃ）ステップにて計数された第１回数と、（ｇ）ステップにて計数された第６回数と、に基づいて、第１回数と第６回数との総和である第２回数を算出する（ｈ）ステップを有してもよい。（ｄ）ステップでは、第１回数と第６回数とに基づいて（ｈ）ステップにて算出された第２回数と、第２閾値回数と、を比較し、第２回数が第２閾値回数を超えたとき、直流き電回路に地絡が発生したと判定してもよい。
本発明の一態様を適用することで、直流き電回路の地絡を検出する地絡検出装置において、電車線路に追加設備を新設することなく、且つ、ＦＦＴ演算を行うことなく、時間軸上で逐次演算を行うだけで、地絡の発生を精度良く検出することができる。
実施の形態１の地絡検出装置が地絡の発生を検出する直流き電回路を模式的に示す回路図である。 実施の形態１の地絡検出装置の一例を示すブロック図である。 実施の形態１の地絡検出方法の一部を示すフロー図である。 地絡が発生している時にき電ケーブルに流れる電流を検出して電流検出部により生成された信号を模擬した模擬信号を示すグラフである。 図４に示す模擬信号に対してバンドパスフィルタ処理と櫛形フィルタ処理とを施すことによりフィルタ処理部により生成された信号を示すグラフである。 フィルタ処理部により生成された信号を模式的に示すグラフである。 実施の形態１の地絡検出装置のうち比較器の一例を示すブロック図である。 実施の形態１の地絡検出装置のうち比較器の他の例を示すブロック図である。 実施の形態１の第１変形例の地絡検出装置の一部を示すブロック図である。 実施の形態１の第１変形例の地絡検出方法の一部を示すフロー図である。 実施の形態１の第２変形例の地絡検出装置の一部を示すブロック図である。 実施の形態１の第２変形例の地絡検出方法の一部を示すフロー図である。 実施の形態２の地絡検出装置が地絡の発生を検出する直流き電回路を模式的に示す回路図である。 実施の形態２の地絡検出装置の一例を示すブロック図である。 実施の形態２の地絡検出方法の一部を示すフロー図である。
以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実施の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。
また本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
なお、以下の実施の形態においてＡ～Ｂとして範囲を示す場合には、特に明示した場合を除き、Ａ以上Ｂ以下を示すものとする。
（実施の形態１）
＜直流き電回路＞
初めに、図１を参照し、実施の形態１の地絡検出装置が地絡の発生を検出する直流き電回路について説明する。図１は、実施の形態１の地絡検出装置が地絡の発生を検出する直流き電回路を模式的に示す回路図である。
図１に示すように、直流き電回路１０は、鉄道線路としてのレールＲ１に沿って設けられたき電線又はき電線と並行して設けられたトロリー線よりなる回線としての電車線１１及び１２と、電車線１１及び１２に直流電力を供給する変電所１３と、変電所１３と電車線１１とを接続する回線としてのき電ケーブル１４と、変電所１３と電車線１２とを接続する回線としてのき電ケーブル１５と、を備えている。変電所１３は、電車線１１に、き電ケーブル１４を介して、直流電力（直流き電力）を供給し、変電所１３は、電車線１２に、き電ケーブル１５を介して、直流電力を供給する。変電所１３は、商用電源に接続された変圧器（図示は省略）と、変圧器（図示は省略）の三相交流出力を整流する整流器１６と、を有する。
高圧側直流き電ケーブルであるき電ケーブル１４の一端は、整流器１６の高圧側出力端子に接続され、き電ケーブル１４の他端は、電車線１１に接続されている。高圧側直流き電ケーブルであるき電ケーブル１５の一端は、整流器１６の高圧側出力端子に接続され、き電ケーブル１５の他端は、電車線１２に接続されている。
また、直流き電回路１０は、変電所１３とレールＲ１とを接続する回線としてのき電ケーブル１７を備えている。帰線側直流き電ケーブルとしてのき電ケーブル１７の一端は、整流器１６の低圧側出力端子に接続され、き電ケーブル１７の他端は、レールＲ１に接続されている。
図１に示す状態では、電車Ｅ１は、電車線１１から直流電力を供給されてレールＲ１上を走行している。
＜地絡検出装置及び地絡検出方法＞
次に、図１乃至図６を参照し、本実施の形態１の地絡検出装置及び地絡検出方法について説明する。本実施の形態１の地絡検出装置は、直流き電回路の地絡を検出する地絡検出装置である。また、本実施の形態１の地絡検出方法は、直流き電回路の地絡を検出する地絡検出方法であり、本実施の形態１の地絡検出装置を用いた地絡検出方法である。
図２は、実施の形態１の地絡検出装置の一例を示すブロック図である。図３は、実施の形態１の地絡検出方法の一部を示すフロー図である。図４は、地絡が発生している時にき電ケーブルに流れる電流を検出して電流検出部により生成された信号を模擬した模擬信号を示すグラフである。図５は、図４に示す模擬信号に対してバンドパスフィルタ処理と櫛形フィルタ処理とを施すことによりフィルタ処理部により生成された信号を示すグラフである。図６は、フィルタ処理部により生成された信号を模式的に示すグラフである。図６のグラフは、理解を簡単にするために、図５のグラフに示す模擬的な信号を更に模式的に示したものである。
図１及び図２に示すように、本実施の形態１の地絡検出装置２０は、電流検出部２１と、フィルタ処理部２２と、比較計数部２３と、地絡判定部としての判定部２４と、を有する。
電流検出部２１は、き電ケーブル１４即ち直流き電回路１０に流れる電流Ｉ１を検出し、検出された電流Ｉ１に基づいて信号ＳＧ１を生成する。電流検出部２１として、例えばき電ケーブル１４を囲むように配置され、両端に電圧が誘導されることによりき電ケーブル１４に流れる電流Ｉ１を検出するロゴスキーコイル２１ａと、ロゴスキーコイル２１ａの両端に誘導された電圧に基づいて信号を生成する信号生成回路２１ｂと、を含むものを用いることができる。或いは、図示は省略するものの、電流検出部２１として、例えばき電ケーブル１４の途中にき電ケーブル１４に直列に挿入され、両端に電圧が発生することによりき電ケーブル１４に流れる電流Ｉ１を検出するシャント抵抗と、シャント抵抗の両端に発生された電圧に基づいて信号を生成する信号生成回路と、を含むものを用いることもできる。或いは、ロゴスキーコイル２１ａに代えてホール素子を用いることもできる。なお、図１に示すように、ロゴスキーコイル２１ａは、き電ケーブル１５にも設けられてもよい。
また、ロゴスキーコイル２１ａは、き電ケーブル１４に流れる電流Ｉ１のうち直流成分を検出しないため、遮断周波数より高い周波数成分を減衰させず、遮断周波数より低い周波数成分を減衰させるハイパスフィルタもしくは微分演算要素として機能することができる。そのため、電流検出部２１として、ロゴスキーコイル２１ａを含むものを用いる場合、後述するバンドパスフィルタの一部を兼ねることができる。
フィルタ処理部２２は、電流検出部２１により生成された信号ＳＧ１に対して、通過周波数帯域の周波数成分以外の周波数成分を減衰させるバンドパスフィルタ処理と、基本周波数を有する周波数成分、及び、基本周波数のＮ１倍（Ｎ１は２以上の整数）の周波数を有する周波数成分を減衰させる櫛形フィルタ処理と、を施すことにより、信号ＳＧ２を生成する。
フィルタ処理部２２は、信号に対してバンドパスフィルタ処理を施すバンドパスフィルタ２２ａと、信号に対して櫛形フィルタ処理を施す櫛形フィルタ２２ｂと、を含むことができる。バンドパスフィルタ２２ａとして、アナログ回路若しくはデジタル回路、又は、プログラムを実行するコンピュータを用いることができる。バンドパスフィルタ２２ａとして、アナログ回路を用いるか、若しくはデジタル回路又はコンピュータを用いる場合は無限インパルス応答（Infinite Impulse Response：ＩＩＲ）フィルタ又は有限インパルス応答（Finite Impulse Response：ＦＩＲ）フィルタ又はＩＩＲフィルタとＦＩＲフィルタの組み合わせよりなり、遮断周波数より高い周波数成分を減衰させず、遮断周波数より低い周波数成分を減衰させるハイパスフィルタと、ＩＩＲフィルタ又はＦＩＲフィルタ又はＩＩＲフィルタとＦＩＲフィルタの組み合わせよりなり、遮断周波数より低い周波数成分を減衰させず、遮断周波数より高い周波数成分を減衰させるローパスフィルタと、を、組み合わせて用いることもできる。櫛形フィルタとして、信号にそれ自身を遅延させたものを追加することで干渉を生じさせるアナログ回路若しくはディジタル回路又はコンピュータを用いることができる。
フィルタ処理部２２が、バンドパスフィルタ２２ａと、櫛形フィルタ２２ｂと、を含む場合、後述するように、信号処理に必要なダイナミックレンジを限定する観点で、バンドパスフィルタ２２ａによるバンドパスフィルタ処理を施した後、櫛形フィルタ２２ｂによる櫛形フィルタ処理を施すことが好ましい。しかし、バンドパスフィルタ処理、及び、櫛形フィルタ処理のいずれも線形演算であるため、櫛形フィルタ２２ｂによる櫛形フィルタ処理を施した後、バンドパスフィルタ２２ａによるバンドパスフィルタ処理を施すこともできる。
き電ケーブル１４に流れる電流Ｉ１は、直流電流成分と、交流電流成分と、不規則変動電流成分と、を含む。直流電流成分は、ステップ状に変化する成分であり、例えば電車Ｅ１のノッチ進段、又は、再力行、又は、電車Ｅ１に搭載されているパンタグラフによるエアセクションにおける橋絡、に伴うものである。交流電流成分は、２次、６次若しくは１２次等の整流リップル、に伴うものである。不規則変動電流成分は、電車Ｅ１の可変電圧可変周波数（Variable Voltage Variable Frequency：ＶＶＶＦ）インバータにおける、モータの回転条件に依存したモータ電流がスイッチングによって直流側へ転嫁された成分若しくは車輪の空転再粘着制御に伴う成分、又は、電車Ｅ１に搭載されているパンタグラフのエアセクションでのばたつき、即ちパンタグラフの擦り板がエアセクションで橋絡するときの架線振動による電流断続若しくは渡り電流、又は、アーク、に伴うものである。本実施の形態１の地絡検出装置及び地絡検出方法は、これらの電流成分のうちアークに伴うもののみを検出することを目的とするものである。
き電ケーブル１４に流れる電流Ｉ１に基づいて生成された信号ＳＧ１に対して行う、バンドパスフィルタ２２ａによるバンドパスフィルタ処理については、通過周波数帯域よりも低い遮断周波数帯域である低域遮断周波数帯域は、前述したＶＶＶＦインバータの空転再粘着制御で発生し得る周波数帯域と同等又はそれ以上の周波数帯域とすることができる。また、通過周波数帯域よりも高い遮断周波数帯域である高域遮断周波数帯域は、比較計数部２３が高い周波数の雑音成分と速すぎる変化率によって誤動作しないような範囲の周波数帯域とすることができる。
前述したように、バンドパスフィルタ２２ａとして、アナログ回路若しくはデジタル回路、又は、プログラムを実行するコンピュータを用いることができ、アナログ回路又はデジタル回路又はコンピュータによって実現されるハイパスフィルタとローパスフィルタとを組み合わせたものを用いることができる。ハイパスフィルタとして、例えば１５Ｈｚの遮断周波数を有する二次バターワースハイパスフィルタを用いることができ、ローパスフィルタとして、例えば１００Ｈｚの遮断周波数を有する二次バターワースローパスフィルタを用いることができる。ハイパスフィルタにより、信号ＳＧ１のうち、直流オフセット成分を減衰させることができ、ローパスフィルタにより、信号ＳＧ１のうち、地絡の発生の検出のためには不要な高い周波数を有する周波数成分を減衰させることができる。
また、き電ケーブル１４に流れる電流Ｉ１に基づいて生成された信号ＳＧ１に対して行う、櫛形フィルタ２２ｂによる櫛形フィルタ処理については、前述したように、信号にそれ自身を遅延させたものを追加することで干渉を生じさせるアナログ回路を用い、商用電源周波数に由来する周波数成分、即ち第１基本周波数および整流リップル等の周波数成分を減衰させるものとすることができる。櫛形フィルタの機能であって、信号にそれ自身を遅延させたものを追加することで干渉を生じさせて出力させる機能については、時刻を時刻ｔとし、時刻ｔにおける入力を入力ｘ（ｔ）とし、時刻ｔにおける出力を出力ｙ（ｔ）とし、商用電源周波数の周期を周期τとしたとき、入力ｘ（ｔ）、出力ｙ（ｔ）及び周期τが下記数式（数１）を満たすことにより、表される。
ｙ（ｔ）＝ｘ（ｔ）－ｘ（ｔ－τ）・・・（数１）
上記数式（数１）を満たす機能を有する櫛形フィルタにより、直流き電回路に流れる電流のうち、故障電流の不規則成分のみを抽出することができる。
商用電源周波数に由来する周波数成分を減衰させる櫛形フィルタ２２ｂとして、商用電源周波数を例えば５０Ｈｚとしたとき、例えば５０Ｈｚ、１００Ｈｚ、１５０Ｈｚ、２００Ｈｚ、２５０Ｈｚ及び３００Ｈｚ等、５０Ｈｚのｎ倍（ｎは１以上の整数）の周波数を有する周波数成分を減衰させる櫛形フィルタを用いることができる。これにより、信号ＳＧ１のうち、商用電源周波数に由来する周波数成分、即ち整流リップル等の周波数成分を減衰させることができる。
比較計数部２３は、フィルタ処理部２２により生成された信号ＳＧ２と、閾値ＴＳ１（図６参照）及び閾値ＴＳ１よりも大きい閾値ＴＳ２（図６参照）と、を比較し、信号ＳＧ２と閾値ＴＳ１及びＴＳ２との大小関係が、一定時間内にある状態から他の状態に変化した回数である回数ＴＭ１を計数する。このある状態から他の状態に変化した回数ＴＭ１の詳細については、後述する。
判定部２４は、比較計数部２３により計数された回数ＴＭ１と、判定基準値としての閾値回数ＴＴ１と、を比較し、回数ＴＭ１が閾値回数ＴＴ１を超えたとき、直流き電回路１０に地絡が発生したと判定し、回数ＴＭ１が閾値回数ＴＴ１以下のとき、直流き電回路１０に地絡が発生していないと判定する。
なお、地絡検出装置２０は、直流き電回路１０に地絡が発生したと判定部２４により判定され、判定部２４から遮断指令が出力されたとき、出力された遮断指令に基づいて、き電ケーブル１４に流れる電流を遮断する、直流遮断器２５を有してもよい。直流遮断器２５は、き電ケーブル１４の途中に設けられる。また、図１に示すように、直流遮断器２５は、き電ケーブル１５の途中にも設けられてもよい。
本実施の形態１の地絡検出装置を用いた地絡検出方法では、まず、き電ケーブル１４即ち直流き電回路１０に流れる電流Ｉ１を電流検出部２１により検出し、検出された電流Ｉ１に基づいて信号ＳＧ１を電流検出部２１により生成する（図３のステップＳ１）。前述したように、電流検出部２１として、ロゴスキーコイル２１ａと、信号生成回路２１ｂと、を含むものを用いることができる。
図４のグラフに、地絡が発生している時にき電ケーブル１４即ち直流き電回路１０に流れる電流Ｉ１を検出して電流検出部２１により生成された信号ＳＧ１を模擬した模擬信号を示す。なお、図４のグラフは、ある基準時刻に対して６．４～６．８秒の時間の範囲内の信号を抽出して示したものであり、図４のグラフの横軸は時間（秒）を示し、図４のグラフの縦軸は電流（Ａ）を示している。
次に、ステップＳ１にて電流検出部２１により生成された信号ＳＧ１に対して、通過周波数帯域の周波数成分以外の周波数成分を減衰させるバンドパスフィルタ処理と、基本周波数を有する周波数成分、及び、基本周波数のＮ１倍（Ｎ１は２以上の整数）の周波数を有する周波数成分を減衰させる櫛形フィルタ処理と、をフィルタ処理部２２により施すことにより、信号ＳＧ２を生成する（図３のステップＳ２）。
図５のグラフに、図４に示す模擬信号に対してバンドパスフィルタ処理と櫛形フィルタ処理とを施すことによりフィルタ処理部２２により生成された信号を示す。なお、図４と同様に、図５のグラフの横軸は時間（秒）を示し、図５のグラフの縦軸は電流（Ａ）を示している。
図４に示すように、地絡が発生している時に生成された信号ＳＧ１を模擬した模擬信号は、さまざまな周波数成分を有する信号を含む。一方、図５に示すように、図４に示す模擬信号に対してバンドパスフィルタ処理と櫛形フィルタ処理とを施すことにより生成された信号からは、直流電流成分に由来する周波数成分、及び、通過周波数帯域よりも高い高域遮断周波数帯域の周波数成分が減衰され、地絡の発生に関連した電流のゆらぎ成分に由来した通過周波数帯域の周波数成分のみが抽出されていることが分かる。図４のグラフでは、模擬信号は、４０００～４６００Ａの程度の範囲内の電流値を示すものの、図５のグラフでは、直流電流成分に由来する周波数成分が減衰されることにより、信号は、－６０～６０Ａの程度の範囲内の電流値を示している。また、図４のグラフでは、模擬信号は、通過周波数帯域よりも高い高域遮断周波数帯域の周波数成分を含む複雑な波形を示すものの、図５のグラフでは、通過周波数帯域よりも高い高域遮断周波数帯域の周波数成分が減衰されることにより、信号は、より単純な波形を示している。
また、図４に示す模擬信号及び図５に示す信号に対して高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform：ＦＦＴ）演算を行って算出したパワースペクトルの図示は省略するものの、図４に示す模擬信号は、前記した商用電源周波数たる第１基本周波数５０Ｈｚのｎ倍（ｎは１以上の整数）の周波数を有する周波数成分、即ち商用電源周波数に由来する周波数成分である商用電源周波数成分それ自身および整流リップル成分を含むものの、図５に示す信号は、商用電源周波数に由来する周波数成分が減衰されている。
次に、ステップＳ２にてフィルタ処理部２２により生成された信号ＳＧ２と、閾値ＴＳ１及び閾値ＴＳ１よりも大きい閾値ＴＳ２と、を比較計数部２３により比較し、一定時間内に、信号ＳＧ２が閾値に対してある状態から他の状態に変化した回数、即ち信号ＳＧ２と閾値との大小関係が変化した回数、である回数ＴＭ１を、比較計数部２３により計数する（図３のステップＳ３）。なお、閾値ＴＳ２は閾値ＴＳ１と異なればよく、閾値ＴＳ１よりも小さくてもよいが、以下では、閾値ＴＳ２が閾値ＴＳ１よりも大きい場合を例示して説明する。また、閾値ＴＳ２が閾値ＴＳ１よりも大きい場合、好適には、閾値ＴＳ１は負の値であり、閾値ＴＳ２は正の値である。
このステップＳ３では、閾値ＴＳ２が閾値ＴＳ１よりも大きい場合、比較計数部２３は、一定時間内に、信号ＳＧ２が閾値ＴＳ１よりも大きい状態から閾値ＴＳ１よりも小さい状態に変化した（図６の点Ｐ１）後最初に信号ＳＧ２が閾値ＴＳ２よりも小さい状態から閾値ＴＳ２よりも大きい状態に変化した（図６の点Ｐ２）回数である回数ＴＭ１を計数する。このような場合、比較計数部２３は、信号ＳＧ２が電流基準値としての負の閾値ＴＳ１を負方向に通過したことを一度検出したら、それ以後、信号ＳＧ２が電流基準値としての正の閾値ＴＳ２を正方向に通過したことを検出するまでは、回数を計数しない。
また、後述するものの、このような場合、微細なノイズが発生したときには回数を計数せず、振幅が大きい揺らぎ成分が発生したときだけ回数を計数することができるので、計数される回数ＴＭ１が不必要に大きくなることを防止又は抑制することができる。
或いは、ステップＳ３では、比較計数部２３は、一定時間内に、信号ＳＧ２が閾値ＴＳ２よりも小さい状態から閾値ＴＳ２よりも大きい状態に変化した（図６の点Ｐ３）後最初に信号ＳＧ２が閾値ＴＳ１よりも大きい状態から閾値ＴＳ１よりも小さい状態に変化した（図６の点Ｐ１）回数である回数ＴＭ１を計数する。このような場合、比較計数部２３は、信号ＳＧ２が電流基準値としての正の閾値ＴＳ２を正方向に通過したことを一度検出したら、それ以後、信号ＳＧ２が電流基準値としての負の閾値ＴＳ１を負方向に通過したことを検出するまでは、回数を計数しない。
また、後述するものの、このような場合も、微細なノイズが発生したときには回数を計数せず、振幅が大きい揺らぎ成分が発生したときだけ回数を計数することができるので、計数される回数ＴＭ１が不必要に大きくなることを防止又は抑制することができる。
或いは、ステップＳ３では、後述する図７を用いて説明するように、比較計数部２３は、一定時間内に、信号ＳＧ２が閾値ＴＳ１よりも大きい状態から閾値ＴＳ１よりも小さい状態に変化した（図６の点Ｐ１）後最初に信号ＳＧ２が閾値ＴＳ２よりも小さい状態から閾値ＴＳ２よりも大きい状態に変化した（図６の点Ｐ２）回数と、一定時間内に、信号ＳＧ２が閾値ＴＳ２よりも小さい状態から閾値ＴＳ２よりも大きい状態に変化した（図６の点Ｐ３）後最初に信号ＳＧ２が閾値ＴＳ１よりも大きい状態から閾値ＴＳ１よりも小さい状態に変化した（図６の点Ｐ１）回数と、の総和である回数ＴＭ１を計数してもよい。
或いは、ステップＳ３では、比較計数部２３は、一定時間内に、信号ＳＧ２が閾値ＴＳ２よりも小さい状態から閾値ＴＳ２よりも大きい状態に変化した（図６の点Ｐ３、点Ｐ４及び点Ｐ２）回数である回数ＴＭ１を計数する。
或いは、ステップＳ３では、比較計数部２３は、一定時間内に、信号ＳＧ２が閾値ＴＳ１よりも大きい状態から閾値ＴＳ１よりも小さい状態に変化した（図６の点Ｐ１）回数である回数ＴＭ１を計数する。
次に、比較計数部２３により計数された回数ＴＭ１と、判定基準値としての閾値回数ＴＴ１と、を判定部２４により比較し、回数ＴＭ１が閾値回数ＴＴ１を超えたとき、直流き電回路１０に地絡が発生したと判定し、回数ＴＭ１が閾値回数ＴＴ１以下のとき、直流き電回路１０に地絡が発生していないと判定する（図３のステップＳ４）。
具体的には、判定部２４は、比較計数部２３から入力された現在の回数の値と、一定時間としての時間Ｔだけ遡ったときに比較計数部２３から入力されていた回数の値と、の差分を算出し、算出された差分を回数ＴＭ１として決定する。これは、一定時間としての時間Ｔの間に比較計数部２３から判定部２４に入力されたパルスの数を計数することと等価である。そして、判定部２４は、決定された回数ＴＭ１を閾値回数ＴＴ１と比較し、回数ＴＭ１が閾値回数ＴＴ１を超えたとき、直流き電回路１０に地絡が発生したと判定する。
或いは、このステップＳ４では、回数ＴＭ１に基づいて算出された回数ＴＭ２と、閾値回数ＴＴ２と、を判定部２４により比較し、回数ＴＭ２が閾値回数ＴＴ２を超えたとき、直流き電回路１０に地絡が発生したと判定し、回数ＴＭ２が閾値回数ＴＴ２以下のとき、直流き電回路１０に地絡が発生していないと判定することができる。
直流き電回路の地絡事故の検出及び保護継電に関する技術として、ＦＳ形及びＦＴ形、放電ギャップ方式、回線電流方式（頻度積算方式）、高調波重畳方式、保護線方式、並びに、ＦＦＴ演算を使用する方式等がある。
ＦＳ形は、き電線に、特定の周波数帯に対し、高インピーダンスを呈するインピーダンス回路を直列に設置して、き電線に流れる電流を検出するものである。インピーダンス回路としては、インダクタンス素子（Ｌ）とキャパシタンス素子（Ｃ）とよりなる共振回路を構成し、このインピーダンス回路における共振電流を、キャパシタンス素子（Ｃ）と直列に挿入された変流器により検出する。また、ＦＴ形は、電流変成器とバンドパスフィルタとを使用して、き電線に流れる電流を検出する。しかし、ＦＳ形及びＦＴ形では、整流リップル成分を選択的に減衰させる手段をもたないので、誤検出を避けるためには、き電線に流れる電流の正常な成分である整流リップル成分を十分に減衰させる必要があり、即ち検出対象として整流リップル成分に比して十分高い周波数、具体的には数キロヘルツ以上の帯域を選定しなければならず、特殊な電流検出器を使用する必要があり、その特性管理並びにインダクタンス素子（Ｌ）とキャパシタンス素子（Ｃ）の共振回路の共振周波数の管理が難しいという問題がある。
また、放電ギャップ方式では、電車線路に放電ギャップと保護線・連係線を新たに敷設する必要があるという問題がある。また、回線電流方式（頻度積算方式）では、検出が遅く、例えば検出に数分間を要するという問題がある。また、高調波重畳方式では、高調波重畳装置を設置する必要があり、列車数が増加すると検出ができなくなるという問題がある。また、保護線方式（電圧検知線方式）では、保護線・連係線と保護線用素子とを新たに敷設する必要があるという問題がある。また、ＦＦＴ演算を使用する方式では、演算装置の演算負荷が高いという問題がある。
更に、ＦＦＴ演算を使用する方式では、ＦＦＴ演算を行ってパワースペクトルを算出し、算出されたパワースペクトルに対して、一定の周波数帯の周波数成分を減衰させて加工した後、加工されたパワースペクトルに逆高速フーリエ変換（Inverse Fast Fourier Transform：ＩＦＦＴ）演算を行って時間軸上の信号に逆変換する必要がある。このような場合、演算装置の演算負荷が極めて高いという問題がある。また、ＦＦＴ演算を行うためには、信号ＳＧ２として一定時間内の信号を時間窓で切り取る必要があるが、直流き電電流のような非繰り返し波形にＦＦＴ演算を適用するときには、信号に窓関数を乗算する必要があるため、演算装置の演算負荷がさらに高くなるという問題がある。
また、本発明者が、直流電気鉄道において、直流き電回路の地絡事故が発生した際の電流を詳細に解析した結果、直流き電回路の地絡事故が発生する際には、直流き電回路に流れる電流のうち、電流のゆらぎ成分即ち不規則変動電流成分が発生していることが明らかになった。即ち、直流き電回路に流れる電流のうち、短時間における電流のゆらぎ成分即ち不規則変動電流成分を検出することが重要であることが明らかになった。
しかし、従来、直流き電回路に流れる電流のうち、短時間における電流のゆらぎ成分即ち不規則変動電流成分を検出するためには、時間軸上で逐次演算を行うだけでは、地絡が発生したと判定することが難しく、ＦＦＴ演算を行う必要があるため、演算装置の演算負荷が増大する。
一方、本実施の形態１の地絡検出方法では、き電ケーブル１４即ち直流き電回路１０に流れる電流に基づいて生成された信号ＳＧ１に対して、櫛形フィルタ処理等を施すことにより信号ＳＧ２を生成し、信号ＳＧ２と閾値との大小関係が、一定時間内にある状態から他の状態に変化した回数ＴＭ１を計数し、回数ＴＭ１が閾値回数ＴＴ１を超えたとき、直流き電回路１０に地絡が発生したと判定する。
即ち本実施の形態１の地絡検出方法では、き電回線電流を、電流センサを用いて抽出し、櫛形フィルタによって、商用電源周波数の基本周波数成分および商用電源周波数の整数倍にあたる整流リップル成分を除去し、その出力が、ある電流整定値（正、負）をそれぞれ絶対値増加方向に交差する回数を、ある時間窓範囲で計数し、その計数結果が閾値を超えた場合に、直流高抵抗地絡検出と判断する。
このような場合、ＦＦＴ演算を行うことなく、時間軸上で逐次演算を行うだけで、短時間における電流のゆらぎ成分即ち不規則変動電流成分を検出することができ、演算装置の演算負荷を低減することができ、電車線路に追加設備を新設する必要がない。また、検出される周波数領域はそれほど高い周波数領域ではないため、特殊な電流検出器を使用することなく、既存の電流検出器を使用することができる。
また、本実施の形態１の地絡検出方法によれば、電車線路に、保護線・連係線、放電ギャップ又は保護線用素子を新たに敷設する必要がない。また、本実施の形態１の地絡検出方法によれば、回線電流方式（頻度積算方式）に比べて、検出が速く、例えば数秒間で検出することができる。また、本実施の形態１の地絡検出方法によれば、高調波重畳方式と異なり、高調波重畳装置を設置する必要がない。
また、図４及び図５を用いて前述したように、信号ＳＧ１が例えば４０００～４６００Ａの程度の範囲内の電流値を示す場合でも、直流電流成分に由来する周波数成分が例えばバンドパスフィルタにより減衰されることにより、信号ＳＧ２は、例えば－６０～６０Ａの程度の範囲内の電流値を示すようになる。また、信号ＳＧ１が、通過周波数帯域よりも高い高域遮断周波数帯域の周波数成分を含む複雑な波形を示す場合でも、通過周波数帯域よりも高い高域遮断周波数帯域の周波数成分がバンドパスフィルタにより減衰されることにより、信号ＳＧ２は、より単純な波形を示すようになる。また、信号ＳＧ１が商用電源周波数に由来する周波数成分を含む場合でも、商用電源周波数に由来する周波数成分が櫛形フィルタにより減衰される。また、図４及び図５には示していないが、信号ＳＧ１が、電車Ｅ１の車輪の空転再粘着制御に伴う短時間の電流の増減の成分を示す場合でも、当該の制御によって発生し得る通過周波数帯域よりも低い低域遮断周波数帯域の周波数成分がバンドパスフィルタにより減衰されることにより、信号ＳＧ２は、より単純な波形を示すようになる。そして、通過周波数帯域が、直流き電回路の地絡事故が発生する際に、直流き電回路に流れる電流に発生する、電流のゆらぎ成分即ち不規則変動電流成分の周波数成分を含むように、通過周波数帯域を適切に設定することにより、本実施の形態１の地絡検出方法を行って時間軸上で逐次演算を行うだけで、短時間における電流のゆらぎ成分即ち不規則変動電流成分を精度良く検出することができる。
また、本実施の形態１の地絡検出方法によれば、ＦＦＴ演算のみならず、ＩＦＦＴ演算を行う必要もないので、ＦＦＴ演算を非繰り返し波形に適用するときにその前段に必要とされる窓関数で切り取る処理を行う必要もまたなくなり、ＦＦＴ演算及びＩＦＦＴ演算を行う場合に比べ、演算装置の演算負荷を更に低減することができる。
また、ステップＳ３では、比較計数部２３により、信号ＳＧ２が電流基準値としての負の閾値ＴＳ１を負方向に通過したことを一度検出したら、それ以後、信号ＳＧ２が電流基準値としての正の閾値ＴＳ２を正方向に通過したことを検出するまでは、回数を計数しないようにすることができる。また、ステップＳ３では、比較計数部２３により、信号ＳＧ２が電流基準値としての正の閾値ＴＳ２を正方向に通過したことを一度検出したら、それ以後、信号ＳＧ２が電流基準値としての負の閾値ＴＳ１を負方向に通過したことを検出するまでは、回数を計数しないようにすることができる。前述したように、これらの場合、微細なノイズが発生したときには回数を計数せず、振幅が大きい揺らぎ成分が発生したときだけ回数を計数することができるので、計数された回数ＴＭ１が不必要に大きくなることを防止又は抑制することができる。
上記特許文献１に記載された技術では、直流き電回路高抵抗接地事故検出装置が、直流き電線に流れる電流を検出する直流変流器と、変流器にて検出された検出信号が一定値を越えると出力を発する比較器と、比較器出力によってゲートを開かれ、クロックパルスを出力するアンド回路と、アンド回路より発するクロックパルスを計算するカウンタと、を備えている。
しかし、上記特許文献１に記載された技術では、電車線路において、き電線や電車線が支持鉄柱やビームに接触事故を起こした場合、電車電流は刻々変化するが、事故電流はほとんど変化しないという差異に着目し、事故電流のみ選択的に検出して事故の早期発見、対策を可能にすることを目的とするものである。即ち、上記特許文献１に記載された技術は、事故電流として一定の直流電流成分を検出するという課題を解決するためのものである点で、短時間における事故電流のゆらぎ成分即ち不規則変動電流成分を検出するという課題を解決するためのものである本願発明と、解決しようとする課題が異なる。
前述したように、フィルタ処理部２２が、バンドパスフィルタ２２ａと、櫛形フィルタ２２ｂと、を含む場合、好適には、ステップＳ２では、まず、ステップＳ１にて電流検出部２１により生成された信号ＳＧ１に対して、バンドパスフィルタ処理をバンドパスフィルタ２２ａにより施すことにより、信号ＳＧ３を生成する（図３のステップＳ２１）。また、ステップＳ２では、次に、ステップＳ２１にてバンドパスフィルタ２２ａにより生成された信号ＳＧ３に対して、櫛形フィルタ処理を櫛形フィルタ２２ｂにより施すことにより、信号ＳＧ２を生成する（図３のステップＳ２２）。
これにより、信号ＳＧ１に対して、バンドパスフィルタ２２ａによるバンドパスフィルタ処理を施した後、櫛形フィルタ２２ｂによる櫛形フィルタ処理を施すことができる。そのため、信号処理に必要なダイナミックレンジを限定する都合に合わせて、バンドパスフィルタ処理を、櫛形フィルタ処理よりも先に施すことができる。なお、前述したように、バンドパスフィルタ処理、及び、櫛形フィルタ処理のいずれも線形演算であるため、信号処理に必要なダイナミックレンジを限定する観点での利点はないものの、櫛形フィルタ２２ｂによる櫛形フィルタ処理を施した後、バンドパスフィルタ２２ａによるバンドパスフィルタ処理を施すこともできる。
好適には、比較計数部２３は、ステップＳ３では、信号ＳＧ２と、閾値ＴＳ１及び閾値ＴＳ２と、を比較し、一定時間内に、信号ＳＧ２が閾値ＴＳ１よりも大きい状態から閾値ＴＳ１よりも小さい状態に変化した（図６の点Ｐ１）後最初に信号ＳＧ２が閾値ＴＳ２よりも小さい状態から閾値ＴＳ２よりも大きい状態に変化した（図６の点Ｐ２）回数である、回数ＴＭ１を計数する。
また、好適には、比較計数部２３は、比較部としての比較器２３ａと、計数部としてのカウンタ２３ｂと、を含む。なお、図２では、比較器２３ａを比較部と記載し、カウンタ２３ｂを計数部と記載している。
ステップＳ３では、まず、信号ＳＧ２と、閾値ＴＳ１及び閾値ＴＳ２と、を比較器２３ａにより比較し、信号ＳＧ２と、閾値ＴＳ１及び閾値ＴＳ２との大小関係を表す信号ＳＧ４を比較器２３ａにより生成する（図３のステップＳ３１）。また、ステップＳ３では、次に、比較器２３ａにより生成された信号ＳＧ４に基づいて、信号ＳＧ２と閾値との大小関係が変化した回数ＴＭ１をカウンタ２３ｂにより計数する（図３のステップＳ３２）。このような回路構成により、回数ＴＭ１を精度良く計数することができる。
図７は、実施の形態１の地絡検出装置のうち比較器の一例を示すブロック図である。図７（ａ）は、比較器の一例を示し、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示した比較器に含まれる検出回路の一例を示す。図７（ａ）に示す例では、好適には、比較器２３ａは、比較器としてのヒステリシスコンパレータ３１と、ヒステリシスコンパレータ３１の出力の変化を検出する検出回路３２と、を含む。
また、好適には、ステップＳ３１では、信号ＳＧ２が閾値ＴＳ１よりも大きい状態から閾値ＴＳ１よりも小さい状態に一旦変化した（図６の点Ｐ１）後最初に信号ＳＧ２が閾値ＴＳ２よりも小さい状態から閾値ＴＳ２よりも大きい状態に変化する（図６の点Ｐ２）までは、信号ＳＧ４が値ＶＬ１を示すように、信号ＳＧ４をヒステリシスコンパレータ３１により生成する。また、ステップＳ３１では、信号ＳＧ２が閾値ＴＳ２よりも小さい状態から閾値ＴＳ２よりも大きい状態に一旦変化した（図６の点Ｐ３）後最初に信号ＳＧ２が閾値ＴＳ１よりも大きい状態から閾値ＴＳ１よりも小さい状態に変化する（図６の点Ｐ１）までは、信号ＳＧ４が値ＶＬ１よりも大きい（値ＶＬ１と異なる）値ＶＬ２を示すように、信号ＳＧ４をヒステリシスコンパレータ３１により生成する。
また、好適には、ステップＳ３２では、ヒステリシスコンパレータ３１により生成された信号ＳＧ４が値ＶＬ１を示している状態（図７（ａ）ではＬと表記）から値ＶＬ２を示している状態（図７（ａ）ではＨと表記）に変化した回数ＴＭ３を、検出回路３２により計数し、信号ＳＧ４が値ＶＬ２を示している状態（図７（ａ）ではＨと表記）から値ＶＬ１を示している状態（図７（ａ）ではＬと表記）に変化した回数ＴＭ４を、検出回路３２により計数し、計数された回数ＴＭ３と回数ＴＭ４との総和である回数ＴＭ１を、カウンタ２３ｂ（図２参照）により計数する。
このような回路構成により、比較器２３ａは、信号ＳＧ２が電流基準値としての負の閾値ＴＳ１を負方向に通過したことを一度検出したら、それ以後、信号ＳＧ２が電流基準値としての正の閾値ＴＳ２を正方向に通過したことを検出するまでは、回数を計数しないようにすることができる。また、比較器２３ａは、信号ＳＧ２が電流基準値としての正の閾値ＴＳ２を正方向に通過したことを一度検出したら、それ以後、信号ＳＧ２が電流基準値としての負の閾値ＴＳ１を負方向に通過したことを検出するまでは、回数を計数しないようにすることができる。前述したように、これらの場合、微細なノイズが発生したときには回数を計数せず、振幅が大きい揺らぎ成分が発生したときだけ回数を計数することができるので、計数された回数ＴＭ１が不必要に大きくなることを防止又は抑制することができる。そのため、回数ＴＭ３と回数ＴＭ４との総和である回数ＴＭ１を、精度良く計数することができる。
なお、閾値ＴＳ１が負の閾値であり、閾値ＴＳ２が正の閾値であり、閾値ＴＳ２の絶対値が閾値ＴＳ１の絶対値と等しいとき、ヒステリシスコンパレータのヒステリシス幅として、閾値ＴＳ２の絶対値の２倍とすることができる。
検出回路３２がアナログ回路により形成される場合、図７（ｂ）に一例を示すように、検出回路３２は、直流成分を遮断するキャパシタンス素子３３と、互いに反並列に接続された２つの発光ダイオード素子３４と、２つの発光ダイオード素子３４が発した光を受けるフォトトランジスタ３５と、を含むことができる。
一方、検出回路３２として、回数ＴＭ３及び回数ＴＭ４を計数する動作をさせるためのプログラムを実行するコンピュータを用いることもできる。
図８は、実施の形態１の地絡検出装置のうち比較器の他の例を示すブロック図である。図８に示す例では、比較器２３ａは、比較器としてのヒステリシスコンパレータ３６を含み、カウンタ２３ｂは、カウンタ３７と、カウンタ３７により計数された回数の２倍の回数を計数するカウンタ３８と、を含む。
また、好適には、ステップＳ３１では、信号ＳＧ２が閾値ＴＳ１よりも大きい状態から閾値ＴＳ１よりも小さい状態に一旦変化した（図６の点Ｐ１）後最初に信号ＳＧ２が閾値ＴＳ２よりも小さい状態から閾値ＴＳ２よりも大きい状態に変化する（図６の点Ｐ２）までは、信号ＳＧ４が値ＶＬ３を示すように、信号ＳＧ４をヒステリシスコンパレータ３６により生成する。また、ステップＳ３１では、信号ＳＧ２が閾値ＴＳ２よりも小さい状態から閾値ＴＳ２よりも大きい状態に一旦変化した（図６の点Ｐ３）後最初に信号ＳＧ２が閾値ＴＳ１よりも大きい状態から閾値ＴＳ１よりも小さい状態に変化する（図６の点Ｐ１）までは、信号ＳＧ４が値ＶＬ３よりも大きい（値ＶＬ３と異なる）値ＶＬ４を示すように、信号ＳＧ４をヒステリシスコンパレータ３６により生成する。
また、好適には、ステップＳ３２では、ヒステリシスコンパレータ３６により生成された信号ＳＧ４が値ＶＬ３を示している状態から値ＶＬ４を示している状態に変化した回数ＴＭ５をカウンタ３７により計数し、カウンタ３７により計数された回数ＴＭ５の２倍の２倍の回数である回数ＴＭ１をカウンタ３８により計数する。
このような回路構成により、比較器２３ａは、信号ＳＧ２が電流基準値としての負の閾値ＴＳ１を負方向に通過したことを一度検出した後最初に信号ＳＧ２が電流基準値としての正の閾値ＴＳ２を正方向に通過したことを検出した回数だけを計数し、計数された回数を計数後に２倍する。従って、計数された回数には、信号ＳＧ２が電流基準値としての正の閾値ＴＳ２を正方向に通過したことを一度検出した後最初に信号ＳＧ２が電流基準値としての負の閾値ＴＳ１を負方向に通過したことを検出した回数は反映されないものの、その後、最初に信号ＳＧ２が電流基準値としての正の閾値ＴＳ２を正方向に通過したことを検出する前には必ず信号ＳＧ２が電流基準値としての負の閾値ＴＳ１を負方向に通過するのであるから、計数する一定時間が揺らぎの１周期以上の場合、計数される回数ＴＭ１の精度にはほとんど影響がない。そのため、回数ＴＭ１を、簡略化された回路構成により精度良く計数することができる。
なお、ステップＳ３２では、ヒステリシスコンパレータ３６により生成された信号ＳＧ４が値ＶＬ３を示している状態から値ＶＬ４を示している状態に変化した回数に代えて、ヒステリシスコンパレータ３６により生成された信号ＳＧ４が値ＶＬ４を示している状態から値ＶＬ３を示している状態に変化した回数ＴＭ５をカウンタ３７により計数し、カウンタ３７により計数された回数ＴＭ５の２倍の回数である回数ＴＭ１をカウンタ３８により計数してもよい。このような場合も、ヒステリシスコンパレータ３６により生成された信号ＳＧ４が値ＶＬ３を示している状態から値ＶＬ４を示している状態に変化した回数を計数する場合と同様の作用効果が得られる。
＜実施の形態１の第１変形例＞
次に、実施の形態１の地絡検出装置及び地絡検出方法の第１変形例について説明する。本第１変形例の地絡検出装置及び地絡検出方法は、比較器が２つのコンパレータを含む点で、比較器が１つのヒステリシスコンパレータを含む実施の形態１の地絡検出装置及び地絡検出方法と異なる。
図９は、実施の形態１の第１変形例の地絡検出装置の一部を示すブロック図である。図１０は、実施の形態１の第１変形例の地絡検出方法の一部を示すフロー図である。
図９に示す例では、比較器２３ａは、比較器としてのコンパレータ４１と、比較器としてのコンパレータ４２と、ＯＲ回路４３と、を含む。また、カウンタ２３ｂは、窓カウンタとしてのカウンタ４４を含む。
本第１変形例では、ステップＳ３１では、信号ＳＧ２と閾値ＴＳ１との大小関係を表す信号ＳＧ５と、信号ＳＧ２と閾値ＴＳ２との大小関係を表す信号ＳＧ６と、を含む信号ＳＧ４を比較器２３ａにより生成する。
また、ステップＳ３１では、信号ＳＧ２と閾値ＴＳ１とをコンパレータ４１により比較し、信号ＳＧ２が閾値ＴＳ１よりも小さいとき、信号ＳＧ５が値ＶＬ５を示し、信号ＳＧ２が閾値ＴＳ１以上のとき、信号ＳＧ５が値ＶＬ５と異なる値ＶＬ６又は０を示すように、信号ＳＧ５をコンパレータ４１により生成する（図１０のステップＳ３３）。
また、ステップＳ３１では、信号ＳＧ２と閾値ＴＳ２とをコンパレータ４２により比較し、信号ＳＧ２が閾値ＴＳ２よりも大きいとき、信号ＳＧ６が値ＶＬ７を示し、信号ＳＧ２が閾値ＴＳ２以下のとき、信号ＳＧ６が値ＶＬ７と異なる値ＶＬ８又は０を示すように、信号ＳＧ６をコンパレータ４２により生成する（図１０のステップＳ３４）。
また、ステップＳ３１では、コンパレータ４１により生成された信号ＳＧ５が値ＶＬ５を示すか又はコンパレータ４２により生成された信号ＳＧ６が値ＶＬ７を示したとき、パルスＰＬ１をＯＲ回路４３により出力し、コンパレータ４１により生成された信号ＳＧ５が値ＶＬ６又は０を示し且つコンパレータ４２により生成された信号ＳＧ６が値ＶＬ８又は０を示したとき、パルスＰＬ１をＯＲ回路４３により出力しない（図１０のステップＳ３５）。また、ステップＳ３２では、一定時間内にＯＲ回路４３により出力されたパルスＰＬ１の数をカウンタ４４により計数し、計数されたパルスＰＬ１の数に基づいて、回数ＴＭ１をカウンタ４４により計数する。
閾値ＴＳ１を、例えば－２０Ａとし、閾値ＴＳ２を、例えば２０Ａとすることができる。閾値ＴＳ１及びＴＳ２の絶対値を小さくすると、高感度になるものの、計数される回数が増加し、計数される回数ＴＭ１が不必要に大きくなる。また、回数ＴＭ１を計数する一定時間、即ち窓カウンタとしてのカウンタ４４に入力される窓幅を、例えば４秒とすることができる。
本第１変形例によれば、実施の形態１の１つのヒステリシスコンパレータ及び検出回路に代えて、２つのコンパレータ及びＯＲ回路を用いた場合でも、実施の形態１の１つのヒステリシスコンパレータ及び検出回路を用いる場合と同様の作用効果を得ることができる。
＜実施の形態１の第２変形例＞
次に、実施の形態１の地絡検出装置及び地絡検出方法の第２変形例について説明する。本第２変形例の地絡検出装置及び地絡検出方法は、比較器に絶対値化された信号が入力される点で、比較器に絶対値化されない信号が入力される実施の形態１の地絡検出装置及び地絡検出方法と異なる。
図１１は、実施の形態１の第２変形例の地絡検出装置の一部を示すブロック図である。図１２は、実施の形態１の第２変形例の地絡検出方法の一部を示すフロー図である。
図１１に示す例では、フィルタ処理部２２は、フィルタ処理部２２ｃと、絶対値化部２２ｄと、を含み、比較計数部２３は、比較器２３ｃと、窓カウンタとしてのカウンタ２３ｄと、を含む。
本第２変形例では、ステップＳ２では、ステップＳ１にて電流検出部２１により生成された信号ＳＧ１に対して、バンドパスフィルタ処理と、櫛形フィルタ処理と、を施すことにより、信号ＳＧ７をフィルタ処理部２２ｃにより生成する（図１２のステップＳ２３）。
また、ステップＳ２では、ステップＳ２３にてフィルタ処理部２２により生成された信号ＳＧ７が絶対値化された信号ＳＧ２を絶対値化部２２ｄにより生成する（図１２のステップＳ２４）。
また、本第２変形例では、実施の形態１と同様に、閾値ＴＳ１は、負の閾値であり、閾値ＴＳ２は、正の閾値であるが、閾値ＴＳ２の絶対値は、閾値ＴＳ１の絶対値と等しい。
比較計数部２３は、ステップＳ３では、信号ＳＧ２と閾値ＴＳ２とを比較することにより、信号ＳＧ２と閾値ＴＳ１及び閾値ＴＳ２とを比較し、一定時間内に、信号ＳＧ２が閾値ＴＳ２よりも小さい状態から閾値ＴＳ２よりも大きい状態に変化した回数である回数ＴＭ１を計数する。
また、ステップＳ３では、信号ＳＧ２と閾値ＴＳ２とを比較器２３ｃにより比較し、信号ＳＧ２が閾値ＴＳ２よりも大きいとき、パルスＰＬ２を比較器２３ｃにより出力し、信号ＳＧ２が閾値ＴＳ２以下のとき、パルスＰＬ２を比較器２３ｃにより出力しない（図１２のステップＳ３６）。
また、ステップＳ３では、ステップＳ３６にて一定時間内に比較器２３ｃにより出力されたパルスＰＬ２の数をカウンタ２３ｄにより計数し、計数されたパルスＰＬ２の数に基づいて、回数ＴＭ１をカウンタ２３ｄにより計数する（図１２のステップＳ３７）。
比較器２３ｃにより出力されたパルスＰＬ２の数を窓カウンタとしてのカウンタ２３ｄにより計数する場合、カウンタ２３ｄは、一定時間としての窓幅（過去数秒間）内に発生したパルスＰＬ２の数である回数ＴＭ１を計数することになる。信号ＳＧ２がステップ状に変化して閾値ＴＳ２の絶対値を超える場合、パルスＰＬ２は信号ＳＧ２がステップ状に変化した瞬間しか出力されないので、ステップ状に変化した後、閾値ＴＳ２の絶対値を超えた状態での継続時間が長い場合を除去することができ、計数される回数ＴＭ１が不必要に大きくなることを防止又は抑制することができる。これにより、直流電力の供給を開始又は終了した直後の過渡的な現象に伴う誤検知を防止又は抑制することができる。
閾値ＴＳ２を、例えば２０Ａとすることができ、回数ＴＭ１を計数する一定時間、即ち窓カウンタとしてのカウンタ２３ｄに入力される窓幅を、例えば４秒とすることができる。
本第２変形例によれば、実施の形態１の絶対値化されない信号が入力される比較器に代えて、信号を絶対値化する絶対値化部と、絶対値化された信号が入力される比較器と、を用いた場合でも、実施の形態１の絶対値化されない信号が入力される比較器を用いる場合と同様の作用効果を得ることができる。
なお、ステップＳ２４では、信号ＳＧ７が絶対値化された信号ＳＧ２を生成する際に、準尖頭値検波、即ち信号ＳＧ７の平滑化はせず、信号ＳＧ７の変化の振れ幅がそのまま信号ＳＧ２に残るようにすることが好ましい。
また、本第２変形例では、信号ＳＧ２が極性転換せずに閾値ＴＳ２付近で小さな振動をしているときにその振動を回数ＴＭ１として計数してしまうため、信号ＳＧ２が極性転換した場合にのみ回数ＴＭ１を計数する実施の形態１の変形例１に比べると、計数される回数ＴＭ１が大きくなりやすい。
（実施の形態２）
次に、実施の形態２の地絡検出装置及び地絡検出方法について説明する。本実施の形態２の地絡検出装置及び地絡検出方法は、同一の電車線にそれぞれ直流電力（直流き電力）を供給する２つのき電ケーブルの各々にそれぞれ設けられた２つの地絡検出装置の間で、それぞれ計数された回数を送受信する点で、実施の形態１の地絡検出装置及び地絡検出方法と異なる。
＜直流き電回路＞
初めに、図１３を参照し、実施の形態２の地絡検出装置が地絡の発生を検出する直流き電回路について説明する。図１３は、実施の形態２の地絡検出装置が地絡の発生を検出する直流き電回路を模式的に示す回路図である。
図１３に示すように、直流き電回路１０は、鉄道線路としてのレールＲ１に沿って設けられたき電線又はき電線と並行して設けられたトロリー線よりなる回線としての電車線１１及び１２と、電車線１１及び１２に直流電力を供給する変電所１３と、変電所１３と電車線１１の端部１１ａとを接続する回線としてのき電ケーブル１４と、変電所１３と電車線１２とを接続する回線としてのき電ケーブル１５と、を備えている。変電所１３は、電車線１１の端部１１ａに、き電ケーブル１４を介して、直流電力を供給し、変電所１３は、電車線１２に、き電ケーブル１５を介して、直流電力を供給する。変電所１３は、商用電源に接続された変圧器（図示は省略）と、変圧器（図示は省略）の三相交流出力を整流する整流器１６と、を有する。
高圧側直流き電ケーブルであるき電ケーブル１４の一端は、整流器１６の高圧側出力端子に接続され、き電ケーブル１４の他端は、電車線１１の端部１１ａに接続されている。高圧側直流き電ケーブルであるき電ケーブル１５の一端は、整流器１６の高圧側出力端子に接続され、き電ケーブル１５の他端は、電車線１２に接続されている。
また、直流き電回路１０は、実施の形態１と同様に、変電所１３とレールＲ１とを接続する回線としてのき電ケーブル１７を備えている。帰線側直流き電ケーブルとしてのき電ケーブル１７の一端は、整流器１６の低圧側出力端子に接続され、き電ケーブル１７の他端は、レールＲ１に接続されている。
一方、図１３に示すように、本実施の形態２の地絡検出装置が地絡の発生を検出する直流き電回路１０は、実施の形態１と異なり、鉄道線路としてのレールＲ１に沿って設けられたき電線又はき電線と並行して設けられたトロリー線よりなる回線としての電車線５１と、電車線１１及び５１に直流電力を供給する変電所５２と、変電所５２と電車線１１の端部１１ａと反対側の端部１１ｂとを接続する回線としてのき電ケーブル５３と、変電所５２と電車線５１とを接続する回線としてのき電ケーブル５４と、を備えている。変電所５２は、電車線１１の端部１１ｂに、き電ケーブル５３を介して、直流電力を供給し、変電所５２は、電車線５１に、き電ケーブル５４を介して、直流電力を供給する。変電所５２は、商用電源に接続された変圧器（図示は省略）と、変圧器（図示は省略）の三相交流出力を整流する整流器５５と、を有する。
高圧側直流き電ケーブルであるき電ケーブル５３の一端は、整流器５５の高圧側出力端子に接続され、き電ケーブル５３の他端は、電車線１１の端部１１ｂに接続されている。高圧側直流き電ケーブルであるき電ケーブル５４の一端は、整流器５５の高圧側出力端子に接続され、き電ケーブル５４の他端は、電車線５１に接続されている。
また、直流き電回路１０は、変電所５２とレールＲ１とを接続する回線としてのき電ケーブル５６を備えている。帰線側直流き電ケーブルとしてのき電ケーブル５６の一端は、整流器５５の低圧側出力端子に接続され、き電ケーブル５６の他端は、レールＲ１に接続されている。
＜地絡検出装置及び地絡検出方法＞
次に、図１４及び図１５を参照し、本実施の形態２の地絡検出装置及び地絡検出方法について説明する。本実施の形態２の地絡検出装置は、直流き電回路の地絡を検出する地絡検出装置である。また、本実施の形態２の地絡検出方法は、直流き電回路の地絡を検出する地絡検出方法であり、本実施の形態２の地絡検出装置を用いた地絡検出方法である。
図１４は、実施の形態２の地絡検出装置の一例を示すブロック図である。図１５は、実施の形態２の地絡検出方法の一部を示すフロー図である。
図１４に示すように、本実施の形態２の地絡検出装置２０は、実施の形態１と同様に、電流検出部２１と、フィルタ処理部２２と、比較計数部２３と、地絡判定部としての判定部２４と、を有する。
一方、図１４に示すように、本実施の形態２の地絡検出装置２０は、実施の形態１と異なり、電流検出部６１と、フィルタ処理部６２と、比較計数部６３と、地絡判定部としての判定部６４と、を有する。また、本実施の形態２の地絡検出装置２０は、実施の形態１と異なり、比較計数部２３と判定部２４との間に設けられた総和算出部としての総和回数算出部２６と、比較計数部６３と判定部６４との間に設けられた総和算出部としての総和回数算出部６６と、を有する。総和回数算出部２６と総和回数算出部６６とは、互いに有線通信又は無線通信可能に設けられている。
電流検出部６１は、き電ケーブル５３即ち直流き電回路に流れる電流Ｉ２を検出し、検出された電流Ｉ２に基づいて信号ＳＧ８を生成する。電流検出部６１として、電流検出部２１と同様に、例えばき電ケーブル５３を囲むように配置され、両端に電圧が誘導されることによりき電ケーブル５３に流れる電流Ｉ２を検出するロゴスキーコイル６１ａと、ロゴスキーコイル６１ａの両端に誘導された電圧に基づいて信号を生成する信号生成回路６１ｂと、を含むものを用いることができる。或いは、図示は省略するものの、電流検出部６１として、実施の形態１と同様に、例えばき電ケーブル５３の途中にき電ケーブル５３に直列に挿入され、両端に電圧が発生することによりき電ケーブル５３に流れる電流Ｉ２を検出するシャント抵抗と、シャント抵抗の両端に発生された電圧に基づいて信号を生成する信号生成回路と、を含むものを用いることもできる。或いは、ロゴスキーコイル６１ａに代えてホール素子を用いることもできる。なお、図１３に示すように、ロゴスキーコイル６１ａは、き電ケーブル５４にも設けられてもよい。
フィルタ処理部６２は、電流検出部６１により生成された信号ＳＧ８に対して、通過周波数帯域の周波数成分以外の周波数成分を減衰させるバンドパスフィルタ処理と、基本周波数を有する周波数成分、及び、基本周波数のＮ２倍（Ｎ２は２以上の整数）の周波数を有する周波数成分を減衰させる櫛形フィルタ処理と、を施すことにより、信号ＳＧ９を生成する。
フィルタ処理部２２が、信号に対してバンドパスフィルタ処理を施すバンドパスフィルタ２２ａと、信号に対して櫛形フィルタ処理を施す櫛形フィルタ２２ｂと、を含むのと同様に、フィルタ処理部６２は、信号に対してバンドパスフィルタ処理を施すバンドパスフィルタ６２ａと、信号に対して櫛形フィルタ処理を施す櫛形フィルタ６２ｂと、を含むことができる。また、バンドパスフィルタ処理及び櫛形フィルタ処理については、実施の形態１と同様にすることができる。
比較計数部６３は、フィルタ処理部６２により生成された信号ＳＧ９と、閾値ＴＳ３（図６参照）及び閾値ＴＳ３よりも大きい閾値ＴＳ４（図６参照）と、を比較し、信号ＳＧ９と閾値ＴＳ３及びＴＳ４との大小関係が、一定時間内にある状態から他の状態に変化した回数である回数ＴＭ６を計数する。信号ＳＧ９、並びに、閾値ＴＳ３及びＴＳ４を、実施の形態１の信号ＳＧ１、並びに、閾値ＴＳ１及びＴＳ２と同様としたとき、このある状態から他の状態に変化した回数ＴＭ６の詳細については、実施の形態１の回数ＴＭ１と同様にすることができる。また、比較計数部２３が、比較部としての比較器２３ａと、計数部としてのカウンタ２３ｂと、を含むのと同様に、比較計数部６３は、比較部としての比較器６３ａと、計数部としてのカウンタ６３ｂと、を含むことができる。
判定部６４は、比較計数部６３により計数された回数ＴＭ６と、判定基準値としての閾値回数ＴＴ２と、を比較し、回数ＴＭ６が閾値回数ＴＴ２を超えたとき、直流き電回路１０に地絡が発生したと判定し、回数ＴＭ６が閾値回数ＴＴ２以下のとき、直流き電回路１０に地絡が発生していないと判定する。
なお、地絡検出装置２０は、直流き電回路１０に地絡が発生したと判定部６４により判定され、判定部６４から遮断指令が出力されたとき、出力された遮断指令に基づいて、き電ケーブル５３に流れる電流を遮断する、直流遮断器６５を有してもよい。直流遮断器６５は、き電ケーブル５３の途中に設けられる。また、図１３に示すように、直流遮断器６５は、き電ケーブル５４の途中にも設けられてもよい。
本実施の形態２の地絡検出装置を用いた地絡検出方法では、まず、実施の形態１のステップＳ１（図３参照）と同様に、き電ケーブル１４に流れる電流Ｉ１を電流検出部２１により検出し、検出された電流Ｉ１に基づいて信号ＳＧ１を電流検出部２１により生成する（図１５のステップＳ１）。
一方、本実施の形態２では、実施の形態１と異なり、き電ケーブル５３即ち直流き電回路１０に流れる電流Ｉ２を電流検出部６１により検出し、検出された電流Ｉ２に基づいて信号ＳＧ８を電流検出部６１により生成する（図１５のステップＳ５）。
本実施の形態２では、次に、実施の形態１のステップＳ２（図３参照）と同様に、ステップＳ１にて電流検出部２１により生成された信号ＳＧ１に対して、通過周波数帯域の周波数成分以外の周波数成分を減衰させるバンドパスフィルタ処理（図１５のステップＳ２１）と、基本周波数を有する周波数成分、及び、基本周波数のＮ１倍（Ｎ１は２以上の整数）の周波数を有する周波数成分を減衰させる櫛形フィルタ処理（図１５のステップＳ２２）と、をフィルタ処理部２２により施すことにより、信号ＳＧ２を生成する（図１５のステップＳ２）。なお、ステップＳ２１では、信号ＳＧ１に対して、バンドパスフィルタ処理を施すことにより、信号ＳＧ３を生成し、ステップＳ２２では、信号ＳＧ３に対して、櫛形フィルタ処理を施すことにより、信号ＳＧ２を生成する。
一方、本実施の形態２では、実施の形態１と異なり、ステップＳ５にて電流検出部６１により生成された信号ＳＧ８に対して、通過周波数帯域の周波数成分以外の周波数成分を減衰させるバンドパスフィルタ処理（図１５のステップＳ６１）と、基本周波数を有する周波数成分、及び、基本周波数のＮ２倍（Ｎ２は２以上の整数）の周波数を有する周波数成分を減衰させる櫛形フィルタ処理（図１５のステップＳ６２）と、をフィルタ処理部６２により施すことにより、信号ＳＧ９を生成する（図１５のステップＳ６）。なお、ステップＳ６１では、信号ＳＧ８に対して、バンドパスフィルタ処理を施すことにより、信号ＳＧ１０を生成し、ステップＳ６２では、信号ＳＧ１０に対して、櫛形フィルタ処理を施すことにより、信号ＳＧ９を生成する。
本実施の形態２では、次に、実施の形態１のステップＳ３（図３参照）と同様に、ステップＳ２にてフィルタ処理部２２により生成された信号ＳＧ２と、閾値ＴＳ１及び閾値ＴＳ１よりも大きい閾値ＴＳ２と、を比較し、一定時間内に、信号ＳＧ２がある状態から他の状態に変化した回数である回数ＴＭ１を計数する（図１５のステップＳ３）。また、ステップＳ３は、信号ＳＧ２と閾値ＴＳ１及びＴＭ２とを比較して信号ＳＧ２と閾値との大小関係の変化を表す信号ＳＧ４を生成するステップ（図１５のステップＳ３１）と、信号ＳＧ２と閾値との大小関係が変化した回数ＴＭ１を計数するステップ（図１５のステップＳ３２）と、を含む。なお、実施の形態１と同様に、閾値ＴＳ２は閾値ＴＳ１と異なればよく、閾値ＴＳ１よりも小さくてもよいが、以下では、閾値ＴＳ２が閾値ＴＳ１よりも大きい場合を例示して説明する。また、閾値ＴＳ２が閾値ＴＳ１よりも大きい場合、好適には、閾値ＴＳ１は負の値であり、閾値ＴＳ２は正の値である。
このステップＳ３では、閾値ＴＳ２が閾値ＴＳ１よりも大きい場合、比較計数部２３は、一定時間内に、信号ＳＧ２が閾値ＴＳ１よりも大きい状態から閾値ＴＳ１よりも小さい状態に変化した（図６の点Ｐ１）後最初に信号ＳＧ２が閾値ＴＳ２よりも小さい状態から閾値ＴＳ２よりも大きい状態に変化した（図６の点Ｐ２）回数である回数ＴＭ１を計数する。或いは、ステップＳ３では、比較計数部２３は、一定時間内に、信号ＳＧ２が閾値ＴＳ２よりも小さい状態から閾値ＴＳ２よりも大きい状態に変化した（図６の点Ｐ３）後最初に信号ＳＧ２が閾値ＴＳ１よりも大きい状態から閾値ＴＳ１よりも小さい状態に変化した（図６の点Ｐ１）回数である回数ＴＭ１を計数する。或いは、ステップＳ３では、比較計数部２３は、両方の回数の総和である回数ＴＭ１を計数してもよい。
或いは、ステップＳ３では、比較計数部２３は、一定時間内に、信号ＳＧ２が閾値ＴＳ２よりも小さい状態から閾値ＴＳ２よりも大きい状態に変化した（図６の点Ｐ３、点Ｐ４及び点Ｐ２）回数である回数ＴＭ１を計数する。或いは、ステップＳ３では、比較計数部２３は、一定時間内に、信号ＳＧ２が閾値ＴＳ１よりも大きい状態から閾値ＴＳ１よりも小さい状態に変化した（図６の点Ｐ１）回数である回数ＴＭ１を計数する。
一方、本実施の形態２では、実施の形態１と異なり、ステップＳ６にてフィルタ処理部６２により生成された信号ＳＧ９と、閾値ＴＳ３及び閾値ＴＳ３よりも大きい閾値ＴＳ４と、を比較し、一定時間内に、信号ＳＧ９がある状態から他の状態に変化した回数である回数ＴＭ６を計数する（図１５のステップＳ７）。また、ステップＳ７では、信号ＳＧ９と閾値ＴＳ３及びＴＭ４とを比較して信号ＳＧ９と閾値との大小関係の変化を表す信号ＳＧ１１を生成するステップ（図１５のステップＳ７１）と、信号ＳＧ９と閾値との大小関係が変化した回数ＴＭ６を計数するステップ（図１５のステップＳ７２）と、を含む。なお、閾値ＴＳ４は閾値ＴＳ３と異なればよく、閾値ＴＳ３よりも小さくてもよいが、以下では、閾値ＴＳ４が閾値ＴＳ３よりも大きい場合を例示して説明する。また、閾値ＴＳ４が閾値ＴＳ３よりも大きい場合、好適には、閾値ＴＳ３は負の値であり、閾値ＴＳ４は正の値である。
このステップＳ７では、閾値ＴＳ４が閾値ＴＳ３よりも大きい場合、比較計数部６３は、一定時間内に、信号ＳＧ９が閾値ＴＳ３よりも大きい状態から閾値ＴＳ３よりも小さい状態に変化した（図６の点Ｐ１）後最初に信号ＳＧ９が閾値ＴＳ４よりも小さい状態から閾値ＴＳ４よりも大きい状態に変化した（図６の点Ｐ２）回数である回数ＴＭ６を計数する。或いは、ステップＳ７では、比較計数部６３は、一定時間内に、信号ＳＧ９が閾値ＴＳ４よりも小さい状態から閾値ＴＳ４よりも大きい状態に変化した（図６の点Ｐ３）後最初に信号ＳＧ９が閾値ＴＳ３よりも大きい状態から閾値ＴＳ３よりも小さい状態に変化した（図６の点Ｐ１）回数である回数ＴＭ６を計数する。或いは、ステップＳ７では、比較計数部６３は、両方の回数の総和である回数ＴＭ６を計数してもよい。
或いは、ステップＳ７では、比較計数部６３は、一定時間内に、信号ＳＧ９が閾値ＴＳ４よりも小さい状態から閾値ＴＳ４よりも大きい状態に変化した（図６の点Ｐ３、点Ｐ４及び点Ｐ２）回数である回数ＴＭ６を計数する。或いは、ステップＳ７では、比較計数部６３は、一定時間内に、信号ＳＧ９が閾値ＴＳ３よりも大きい状態から閾値ＴＳ３よりも小さい状態に変化した（図６の点Ｐ１）回数である回数ＴＭ６を計数する。
本実施の形態２では、実施の形態１と異なり、ステップＳ３にて比較計数部２３により計数された回数ＴＭ１と、ステップＳ７にて比較計数部６３により計数された回数ＴＭ６と、に基づいて、回数ＴＭ１と回数ＴＭ６との総和である回数ＴＭ２を総和回数算出部２６により算出する（図１５のステップＳ８）。
このステップＳ８では、ステップＳ７にて比較計数部６３により計数された回数ＴＭ６を総和回数算出部６６から送信して総和回数算出部２６により受信し、総和回数算出部２６により受信された回数ＴＭ６を、ステップＳ３にて比較計数部２３により計数された回数ＴＭ１と足し合わせることにより、回数ＴＭ１と回数ＴＭ６との総和である回数ＴＭ２を総和回数算出部２６により算出する。
なお、ステップＳ３にて比較計数部２３により計数された回数ＴＭ１を総和回数算出部２６から送信して総和回数算出部６６により受信し、総和回数算出部６６により受信された回数ＴＭ１を、ステップＳ７にて比較計数部６３により計数された回数ＴＭ６と足し合わせることにより、回数ＴＭ１と回数ＴＭ６との総和である回数ＴＭ２を総和回数算出部６６により算出してもよい（図１５のステップＳ９）。
次に、回数ＴＭ１と回数ＴＭ６とに基づいてステップＳ８にて総和回数算出部２６により算出された回数ＴＭ２と、閾値回数ＴＴ２と、を判定部２４により比較し、回数ＴＭ２が閾値回数ＴＴ２を超えたとき、直流き電回路１０に地絡が発生したと判定部２４により判定し、回数ＴＭ２が閾値回数ＴＴ２以下のとき、直流き電回路１０に地絡が発生していないと判定部２４により判定する（図１５のステップＳ４）。
なお、回数ＴＭ１と回数ＴＭ６とに基づいてステップＳ９にて総和回数算出部６６により計数された回数ＴＭ２と、閾値回数ＴＴ２と、を判定部６４により比較し、回数ＴＭ２が閾値回数ＴＴ２を超えたとき、直流き電回路１０に地絡が発生したと判定部６４により判定し、回数ＴＭ２が閾値回数ＴＴ２以下のとき、直流き電回路１０に地絡が発生していないと判定部６４により判定してもよい（図１５のステップＳ１０）。
本実施の形態２の地絡検出方法でも、実施の形態１の地絡検出方法と同様に、き電ケーブル１４即ち直流き電回路１０に流れる電流に基づいて生成された信号ＳＧ１に対して、櫛形フィルタ処理等を施すことにより信号ＳＧ２を生成し、信号ＳＧ２と閾値との大小関係が、一定時間内にある状態から他の状態に変化した回数ＴＭ１を計数し、回数ＴＭ１に基づいて算出された回数ＴＭ２が閾値回数ＴＴ２を超えたとき、直流き電回路１０に地絡が発生したと判定する。
このような場合、実施の形態１と同様に、ＦＦＴ演算を行うことなく、時間軸上で逐次演算を行うだけで、短時間における電流のゆらぎ成分即ち不規則変動電流成分を検出することができ、演算装置の演算負荷を低減することができ、電車線路に追加設備を新設する必要がない。また、検出される周波数領域はそれほど高い周波数領域ではないため、特殊な電流検出器を使用することなく、既存の電流検出器を使用することができる。
また、本実施の形態２の地絡検出方法によれば、実施の形態１と同様に、電車線路に、保護線・連係線、放電ギャップ又は保護線用素子を新たに敷設する必要がない。また、本実施の形態２の地絡検出方法によれば、実施の形態１と同様に、回線電流方式（頻度積算方式）に比べて、検出が速く、例えば数秒間で検出することができる。また、本実施の形態２の地絡検出方法によれば、実施の形態１と同様に、高調波重畳方式と異なり、高調波重畳装置を設置する必要がない。
一方、本実施の形態２の地絡検出方法では、実施の形態１の地絡検出方法と異なり、き電ケーブル５３に流れる電流に基づいて生成された信号ＳＧ８に対して、櫛形フィルタ処理等を施すことにより信号ＳＧ９を生成し、信号ＳＧ９と閾値との大小関係が、一定時間内にある状態から他の状態に変化した回数ＴＭ６を計数し、回数ＴＭ１と回数ＴＭ６との総和を回数ＴＭ２として計数し、計数された回数ＴＭ２が閾値回数ＴＴ２を超えたとき、直流き電回路１０に地絡が発生したと判定する。
電車線１１のうち中央部よりも端部１１ａ側でなく端部１１ｂ側で地絡が発生した場合、き電ケーブル１４に流れる電流よりもき電ケーブル５３に流れる電流に、大きな電流のゆらぎ成分即ち不規則変動電流成分が発生することがある。本実施の形態２の地絡検出方法によれば、一定時間内に、信号ＳＧ９と閾値との大小関係が、ある状態から他の状態に変化した回数ＴＭ６を計数し、回数ＴＭ６と回数ＴＭ１との総和を回数ＴＭ２として計数することができるので、き電ケーブル５３に流れる電流に、電流のゆらぎ成分即ち不規則変動電流成分が発生した場合でも、地絡の発生を精度良く検出することができる。そのため、直流き電回路に備えられたある電車線の地絡の発生を、実施の形態１に比べて、更に精度良く検出することができる。
なお、本実施の形態２でも、比較計数部２３及び比較計数部６３の各々について、実施の形態１において前述した図７及び図８を用いて説明した例を適用することができる。また、本実施の形態２でも、比較計数部２３及び比較計数部６３の各々について、実施の形態１の第１変形例及び第２変形例において前述した図９乃至図１２を用いて説明した変形例を適用することができる。
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
例えば、前述の各実施の形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
本発明は、直流き電回路の地絡を検出する地絡検出装置及び地絡検出方法に適用して有効である。
１０ 直流き電回路
１１、１２、５１ 電車線
１１ａ、１１ｂ 端部
１３、５２ 変電所
１４、１５、１７、５３、５４、５６ き電ケーブル
１６、５５ 整流器
２０ 地絡検出装置
２１、６１ 電流検出部
２１ａ、６１ａ ロゴスキーコイル
２１ｂ、６１ｂ 信号生成回路
２２、２２ｃ、６２ フィルタ処理部
２２ａ、６２ａ バンドパスフィルタ
２２ｂ、６２ｂ 櫛形フィルタ
２２ｄ 絶対値化部
２３、６３ 比較計数部
２３ａ、２３ｃ、６３ａ 比較器
２３ｂ、２３ｄ、３７、３８、４４、６３ｂ カウンタ
２４、６４ 判定部
２５、６５ 直流遮断器
２６、６６ 総和回数算出部
３１、３６ ヒステリシスコンパレータ
３２ 検出回路
３３ キャパシタンス素子
３４ 発光ダイオード素子
３５ フォトトランジスタ
４１、４２ コンパレータ
４３ ＯＲ回路
Ｅ１ 電車
Ｉ１、Ｉ２ 電流
ＰＬ１、ＰＬ２ パルス
Ｒ１ レール
ＳＧ１、ＳＧ１０、ＳＧ１１、ＳＧ２～ＳＧ９ 信号
ＴＭ１～ＴＭ６ 回数
ＴＳ１～ＴＳ４ 閾値

Claims (14)

  1. 直流き電回路の地絡を検出する地絡検出装置において、
    前記直流き電回路に流れる第１電流を検出し、検出された前記第１電流に基づいて第１信号を生成する第１電流検出部と、
    前記第１電流検出部により生成された前記第１信号に対して、第１通過周波数帯域の周波数成分以外の周波数成分を減衰させる第１バンドパスフィルタ処理と、第１基本周波数を有する周波数成分、及び、前記第１基本周波数のＮ１倍（Ｎ１は２以上の整数）の周波数を有する周波数成分を減衰させる第１櫛形フィルタ処理と、を施すことにより、第２信号を生成する、第１フィルタ処理部と、
    前記第１フィルタ処理部により生成された前記第２信号と、第１閾値及び前記第１閾値よりも大きい第２閾値と、を比較し、一定時間内に、前記第２信号が前記第１閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化した後最初に前記第２閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した回数、若しくは、一定時間内に、前記第２信号が前記第２閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した後最初に前記第１閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化した回数、又は、一定時間内に、前記第２信号が前記第２閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した回数、若しくは、一定時間内に、前記第２信号が前記第１閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化した回数、である第１回数を計数する第１比較計数部と、
    前記第１比較計数部により計数された前記第１回数と、第１閾値回数と、を比較し、前記第１回数が前記第１閾値回数を超えたとき、前記直流き電回路に地絡が発生したと判定するか、又は、前記第１回数に基づいて算出された第２回数と、第２閾値回数と、を比較し、前記第２回数が前記第２閾値回数を超えたとき、前記直流き電回路に地絡が発生したと判定する地絡判定部と、
    を有する、地絡検出装置。
  2. 請求項１に記載の地絡検出装置において、
    前記第１フィルタ処理部は、
    前記第１電流検出部により生成された前記第１信号に対して、前記第１バンドパスフィルタ処理を施すことにより、第３信号を生成する第１バンドパスフィルタと、
    前記第１バンドパスフィルタにより生成された前記第３信号に対して、前記第１櫛形フィルタ処理を施すことにより、前記第２信号を生成する第１櫛形フィルタと、
    を含む、地絡検出装置。
  3. 請求項１又は２に記載の地絡検出装置において、
    前記第１比較計数部は、前記第２信号と、前記第１閾値及び前記第２閾値と、を比較し、一定時間内に、前記第２信号が前記第１閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化した後最初に前記第２閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した回数である前記第１回数を計数し、
    前記第１比較計数部は、
    前記第２信号と、前記第１閾値及び前記第２閾値と、を比較し、前記第２信号と、前記第１閾値及び前記第２閾値との大小関係を表す第４信号を生成する第１比較器と、
    前記第１比較器により生成された前記第４信号に基づいて、前記第１回数を計数する第１カウンタと、
    を含む、地絡検出装置。
  4. 請求項３に記載の地絡検出装置において、
    前記第１比較器は、前記第２信号が前記第１閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化した後最初に前記第２閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化するまでは、前記第４信号が第１値を示し、前記第２信号が前記第２閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した後最初に前記第１閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化するまでは、前記第４信号が前記第１値と異なる第２値を示すように、前記第４信号を生成し、
    前記第１カウンタは、前記第１比較器により生成された前記第４信号が前記第１値を示している状態から前記第２値を示している状態に変化した第３回数と、前記第４信号が前記第２値を示している状態から前記第１値を示している状態に変化した第４回数と、の総和である前記第１回数を計数する、地絡検出装置。
  5. 請求項３に記載の地絡検出装置において、
    前記第１比較器は、前記第２信号が前記第１閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化した後最初に前記第２閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化するまでは、前記第４信号が第３値を示し、前記第２信号が前記第２閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した後最初に前記第１閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化するまでは、前記第４信号が前記第３値と異なる第４値を示すように、前記第４信号を生成し、
    前記第１カウンタは、前記第１比較器により生成された前記第４信号が前記第３値を示している状態から前記第４値を示している状態に変化した第５回数の２倍の回数である前記第１回数を計数する、地絡検出装置。
  6. 請求項３に記載の地絡検出装置において、
    前記第１比較器は、前記第２信号と前記第１閾値との大小関係を表す第５信号と、前記第２信号と前記第２閾値との大小関係を表す第６信号と、を含む前記第４信号を生成し、
    前記第１比較器は、
    前記第２信号と前記第１閾値とを比較し、前記第２信号が前記第１閾値よりも小さいとき、前記第５信号が第５値を示し、前記第２信号が前記第１閾値以上のとき、前記第５信号が前記第５値と異なる第６値を示すように、前記第５信号を生成する第１コンパレータと、
    前記第２信号と前記第２閾値とを比較し、前記第２信号が前記第２閾値よりも大きいとき、前記第６信号が第７値を示し、前記第２信号が前記第２閾値以下のとき、前記第６信号が前記第７値と異なる第８値を示すように、前記第６信号を生成する第２コンパレータと、
    前記第１コンパレータにより生成された前記第５信号が前記第５値を示すか又は前記第２コンパレータにより生成された前記第６信号が前記第７値を示したとき、第１パルスを出力し、前記第１コンパレータにより生成された前記第５信号が前記第６値を示し且つ前記第２コンパレータにより生成された前記第６信号が前記第８値を示したとき、前記第１パルスを出力しないＯＲ回路と、
    を含み、
    前記第１カウンタは、一定時間内に前記ＯＲ回路により出力された前記第１パルスの数を計数し、計数された前記第１パルスの数に基づいて、前記第１回数を計数する、地絡検出装置。
  7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の地絡検出装置において、
    前記直流き電回路は、
    鉄道線路に沿って設けられたき電線又はトロリー線よりなる第１回線と、
    前記第１回線の第１端部に第１直流電力を供給する第１変電所と、
    前記第１回線の前記第１端部と反対側の第２端部に第２直流電力を供給する第２変電所と、
    前記第１変電所と前記第１回線の前記第１端部とを接続する第２回線と、
    前記第２変電所と前記第１回線の前記第２端部とを接続する第３回線と、
    を備え、
    前記第１電流検出部は、前記第２回線に流れる前記第１電流を検出し、検出された前記第１電流に基づいて前記第１信号を生成し、
    前記地絡検出装置は、更に、
    前記第３回線に流れる第２電流を検出し、検出された前記第２電流に基づいて第７信号を生成する第２電流検出部と、
    前記第２電流検出部により生成された前記第７信号に対して、第２通過周波数帯域の周波数成分以外の周波数成分を減衰させる第２バンドパスフィルタ処理と、第２基本周波数を有する周波数成分、及び、前記第２基本周波数のＮ２倍（Ｎ２は２以上の整数）の周波数を有する周波数成分を減衰させる第２櫛形フィルタ処理と、を施すことにより、第８信号を生成する、第２フィルタ処理部と、
    前記第２フィルタ処理部により生成された前記第８信号と、第３閾値及び前記第３閾値よりも大きい第４閾値と、を比較し、一定時間内に、前記第８信号が前記第３閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化した後最初に前記第４閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した回数、若しくは、一定時間内に、前記第８信号が前記第４閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した後最初に前記第３閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化した回数、又は、一定時間内に、前記第８信号が前記第４閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した回数、若しくは、一定時間内に、前記第８信号が前記第３閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化した回数、である第６回数を計数する第２比較計数部と、
    前記第１比較計数部により計数された前記第１回数と、前記第２比較計数部により計数された前記第６回数と、に基づいて、前記第１回数と前記第６回数との総和である前記第２回数を算出する総和算出部と、
    を有し、
    前記地絡判定部は、前記第１回数と前記第６回数とに基づいて前記総和算出部により算出された前記第２回数と、前記第２閾値回数と、を比較し、前記第２回数が前記第２閾値回数を超えたとき、前記直流き電回路に地絡が発生したと判定する、地絡検出装置。
  8. 直流き電回路の地絡を検出する地絡検出方法において、
    （ａ）前記直流き電回路に流れる第１電流を検出し、検出された前記第１電流に基づいて第１信号を生成するステップ、
    （ｂ）前記（ａ）ステップにて生成された前記第１信号に対して、第１通過周波数帯域の周波数成分以外の周波数成分を減衰させる第１バンドパスフィルタ処理と、第１基本周波数を有する周波数成分、及び、前記第１基本周波数のＮ１倍（Ｎ１は２以上の整数）の周波数を有する周波数成分を減衰させる第１櫛形フィルタ処理と、を施すことにより、第２信号を生成するステップ、
    （ｃ）前記（ｂ）ステップにて生成された前記第２信号と、第１閾値及び前記第１閾値よりも大きい第２閾値と、を比較し、一定時間内に、前記第２信号が前記第１閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化した後最初に前記第２閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した回数、若しくは、一定時間内に、前記第２信号が前記第２閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した後最初に前記第１閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化した回数、又は、一定時間内に、前記第２信号が前記第２閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した回数、若しくは、一定時間内に、前記第２信号が前記第１閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化した回数、である第１回数を計数するステップ、
    （ｄ）前記（ｃ）ステップにて計数された前記第１回数と、第１閾値回数と、を比較し、前記第１回数が前記第１閾値回数を超えたとき、前記直流き電回路に地絡が発生したと判定するか、又は、前記第１回数に基づいて算出された第２回数と、第２閾値回数と、を比較し、前記第２回数が前記第２閾値回数を超えたとき、前記直流き電回路に地絡が発生したと判定するステップ、
    を有する、地絡検出方法。
  9. 請求項８に記載の地絡検出方法において、
    前記（ｂ）ステップは、
    （ｂ１）前記（ａ）ステップにて生成された前記第１信号に対して、前記第１バンドパスフィルタ処理を施すことにより、第３信号を生成するステップ、
    （ｂ２）前記（ｂ１）ステップにて生成された前記第３信号に対して、前記第１櫛形フィルタ処理を施すことにより、前記第２信号を生成するステップ、
    を含む、地絡検出方法。
  10. 請求項８又は９に記載の地絡検出方法において、
    前記（ｃ）ステップでは、前記第２信号と、前記第１閾値及び前記第２閾値と、を比較し、一定時間内に、前記第２信号が前記第１閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化した後最初に前記第２閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した回数である前記第１回数を計数し、
    前記（ｃ）ステップは、
    （ｃ１）前記第２信号と、前記第１閾値及び前記第２閾値と、を第１比較器により比較し、前記第２信号と、前記第１閾値及び前記第２閾値との大小関係を表す第４信号を前記第１比較器により生成するステップ、
    （ｃ２）前記第１比較器により生成された前記第４信号に基づいて、前記第１回数を第１カウンタにより計数するステップ、
    を含む、地絡検出方法。
  11. 請求項１０に記載の地絡検出方法において、
    前記（ｃ１）ステップでは、前記第２信号が前記第１閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化した後最初に前記第２閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化するまでは、前記第４信号が第１値を示し、前記第２信号が前記第２閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した後最初に前記第１閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化するまでは、前記第４信号が前記第１値と異なる第２値を示すように、前記第４信号を前記第１比較器により生成し、
    前記（ｃ２）ステップでは、前記第１比較器により生成された前記第４信号が前記第１値を示している状態から前記第２値を示している状態に変化した第３回数と、前記第４信号が前記第２値を示している状態から前記第１値を示している状態に変化した第４回数と、の総和である前記第１回数を前記第１カウンタにより計数する、地絡検出方法。
  12. 請求項１０に記載の地絡検出方法において、
    前記（ｃ１）ステップでは、前記第２信号が前記第１閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化した後最初に前記第２閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化するまでは、前記第４信号が第３値を示し、前記第２信号が前記第２閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した後最初に前記第１閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化するまでは、前記第４信号が前記第３値と異なる第４値を示すように、前記第４信号を前記第１比較器により生成し、
    前記（ｃ２）ステップでは、前記第１比較器により生成された前記第４信号が前記第３値を示している状態から前記第４値を示している状態に変化した第５回数の２倍の回数である前記第１回数を前記第１カウンタにより計数する、地絡検出方法。
  13. 請求項１０に記載の地絡検出方法において、
    前記（ｃ１）ステップでは、前記第２信号と前記第１閾値との大小関係を表す第５信号と、前記第２信号と前記第２閾値との大小関係を表す第６信号と、を含む前記第４信号を前記第１比較器により生成し、
    前記（ｃ１）ステップは、
    （ｃ３）前記第２信号と前記第１閾値とを第１コンパレータにより比較し、前記第２信号が前記第１閾値よりも小さいとき、前記第５信号が第５値を示し、前記第２信号が前記第１閾値以上のとき、前記第５信号が前記第５値と異なる第６値を示すように、前記第５信号を前記第１コンパレータにより生成するステップ、
    （ｃ４）前記第２信号と前記第２閾値とを第２コンパレータにより比較し、前記第２信号が前記第２閾値よりも大きいとき、前記第６信号が第７値を示し、前記第２信号が前記第２閾値以下のとき、前記第６信号が前記第７値と異なる第８値を示すように、前記第６信号を前記第２コンパレータにより生成するステップ、
    （ｃ５）前記第１コンパレータにより生成された前記第５信号が前記第５値を示すか又は前記第２コンパレータにより生成された前記第６信号が前記第７値を示したとき、第１パルスをＯＲ回路により出力し、前記第１コンパレータにより生成された前記第５信号が前記第６値を示し且つ前記第２コンパレータにより生成された前記第６信号が前記第８値を示したとき、前記第１パルスを前記ＯＲ回路により出力しないステップ、
    を含み、
    前記（ｃ２）ステップでは、一定時間内に前記ＯＲ回路により出力された前記第１パルスの数を前記第１カウンタにより計数し、計数された前記第１パルスの数に基づいて、前記第１回数を前記第１カウンタにより計数する、地絡検出方法。
  14. 請求項８乃至１３のいずれか一項に記載の地絡検出方法において、
    前記直流き電回路は、
    鉄道線路に沿って設けられたき電線又はトロリー線よりなる第１回線と、
    前記第１回線の第１端部に第１直流電力を供給する第１変電所と、
    前記第１回線の前記第１端部と反対側の第２端部に第２直流電力を供給する第２変電所と、
    前記第１変電所と前記第１回線の前記第１端部とを接続する第２回線と、
    前記第２変電所と前記第１回線の前記第２端部とを接続する第３回線と、
    を備え、
    前記（ａ）ステップでは、前記第２回線に流れる前記第１電流を検出し、検出された前記第１電流に基づいて前記第１信号を生成し、
    前記地絡検出方法は、更に、
    （ｅ）前記第３回線に流れる第２電流を検出し、検出された前記第２電流に基づいて第７信号を生成するステップ、
    （ｆ）前記（ｅ）ステップにて生成された前記第７信号に対して、第２通過周波数帯域の周波数成分以外の周波数成分を減衰させる第２バンドパスフィルタ処理と、第２基本周波数を有する周波数成分、及び、前記第２基本周波数のＮ２倍（Ｎ２は２以上の整数）の周波数を有する周波数成分を減衰させる第２櫛形フィルタ処理と、を施すことにより、第８信号を生成するステップ、
    （ｇ）前記（ｆ）ステップにて生成された前記第８信号と、第３閾値及び前記第３閾値よりも大きい第４閾値と、を比較し、一定時間内に、前記第８信号が前記第３閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化した後最初に前記第４閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した回数、若しくは、一定時間内に、前記第８信号が前記第４閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した後最初に前記第３閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化した回数、又は、一定時間内に、前記第８信号が前記第４閾値よりも小さい状態から大きい状態に変化した回数、若しくは、一定時間内に、前記第８信号が前記第３閾値よりも大きい状態から小さい状態に変化した回数、である第６回数を計数するステップ、
    （ｈ）前記（ｃ）ステップにて計数された前記第１回数と、前記（ｇ）ステップにて計数された前記第６回数と、に基づいて、前記第１回数と前記第６回数との総和である前記第２回数を算出するステップ、
    を有し、
    前記（ｄ）ステップでは、前記第１回数と前記第６回数とに基づいて前記（ｈ）ステップにて算出された前記第２回数と、前記第２閾値回数と、を比較し、前記第２回数が前記第２閾値回数を超えたとき、前記直流き電回路に地絡が発生したと判定する、地絡検出方法。
JP2020028860A 2020-02-21 2020-02-21 地絡検出装置及び地絡検出方法 Active JP7284725B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020028860A JP7284725B2 (ja) 2020-02-21 2020-02-21 地絡検出装置及び地絡検出方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020028860A JP7284725B2 (ja) 2020-02-21 2020-02-21 地絡検出装置及び地絡検出方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021135065A JP2021135065A (ja) 2021-09-13
JP7284725B2 true JP7284725B2 (ja) 2023-05-31

Family

ID=77660881

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020028860A Active JP7284725B2 (ja) 2020-02-21 2020-02-21 地絡検出装置及び地絡検出方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7284725B2 (ja)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007049858A (ja) 2005-08-12 2007-02-22 Railway Technical Res Inst 直流き電回路高抵抗地絡検出システム

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5917601B2 (ja) * 1980-06-21 1984-04-23 日本国有鉄道 直流き電回路高抵抗接地事故検出装置
JPS60107767U (ja) * 1983-12-26 1985-07-22 三菱電機株式会社 ウインドコンパレ−タ回路
JPH0692987B2 (ja) * 1986-01-04 1994-11-16 富士通テン株式会社 周期測定器
JPH11122819A (ja) * 1997-10-20 1999-04-30 Fuji Electric Co Ltd 直流地絡検出装置
JP2992615B2 (ja) * 1998-03-19 1999-12-20 財団法人 関西電気保安協会 非接地系電路の線路定数計測装置及び地絡監視装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007049858A (ja) 2005-08-12 2007-02-22 Railway Technical Res Inst 直流き電回路高抵抗地絡検出システム

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021135065A (ja) 2021-09-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10048303B2 (en) Method and system for monitoring a pantograph of a railway vehicle and railway vehicle
TWI393648B (zh) 軌道電路中之量測資料的評估方法及裝置
CN107219439B (zh) 确定供电网的导线上故障的故障位置的方法、装置和系统
CN103001187B (zh) 变频器和用于识别和阻断变频器中故障电流的方法
CN110389276B (zh) 一种单相接地故障管理系统及方法
Bo et al. Positional protection of transmission line using fault generated high frequency transient signals
WO2021248839A1 (zh) 牵引变流器接地故障检测方法及装置
CN110703138B (zh) 动车组牵引系统接地故障检测方法及装置
SE1150535A1 (sv) A method for detecting earth faults
CN104090182A (zh) 交流电气化铁道牵引网阻抗频率特性测试装置
JP2017159720A (ja) 直流き電用整流器の交流側接続線の地絡故障検出方法
CN109387743A (zh) 利用中性点切换及由此产生行波注入信号的单端测距方法
CN102163841B (zh) 过电压抑制装置
Loos et al. Fault direction method in compensated network using the zero sequence active energy signal
JP7143115B2 (ja) 保護ユニットの動作を試験する装置および方法、ならびにそのような試験装置を備える保護ユニット
JP5711478B2 (ja) 二重給電同期機の地絡検出装置
JP7284725B2 (ja) 地絡検出装置及び地絡検出方法
JPS5953778B2 (ja) 交流線路における短絡の検出方法および装置
JP5135266B2 (ja) 過電圧抑制装置
RU2498328C1 (ru) Способ управления автоматическим повторным включением выключателя фидера с контролем короткого замыкания в контактной сети
Dai et al. Single-end protection scheme based on transient power waveshape for hybrid HVDC transmission lines
JP2019045315A (ja) 部分放電測定装置
US11855442B2 (en) Systems and methods of grounded neutral fault detection by single frequency excitation and leakage spectral analysis
JP2004074924A (ja) き電回路の保護装置
WO1993015411A1 (en) Method for predicting shortcircuit and apparatus therefor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220311

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230118

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230124

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230301

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230516

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230519

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7284725

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150