JPH08265904A - 電車線路の集電機能異常検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】営業車両に搭載してアークやスパークを自動的
且つ定量的に捉えることのできる集電機能異常検知装置
を提供する。 【構成】トロリ線とパンタグラフ舟体との接触部を撮影
する紫外線用及び赤外線用のビデオカメラを、電車の屋
根上へ設置する。またこれに加えて、前記紫外線用及び
赤外線用のビデオカメラの画像処理装置を車両内部へ設
置し、トロリ線とパンタグラフ舟体との接触部で発生す
るアーク及びスパークの紫外線領域及び赤外線領域を定
量的に測定する。更には、画像処理装置で得られたデー
タを電車管理指令所の中央演算処理装置へ入力して処理
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に新幹線の高速運転
時の営業車両において、走行中の集電状態からトロリ線
とパンタグラフ舟体の接触部（すり板）との摩耗状況等
を自動的且つ定量的に検知することのできる電車線路の
集電機能異常検知装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電車は、パンタグラフ舟体のすり板を架
線からハンガーによって吊設されたトロリ線に接触さ
せ、電力の供給を受けている。而して、トロリ線とすり
板とが接触する部分では、すり板がトロリ線から離れて
放電現象（アーク等）を発生し、また火の粉を発生する
こともある。

【０００３】トロリ線は、パンタグラフ舟体のすり板と
接触しているが、パンタグラフ舟体自体がその後方に生
ずるカルマン渦によって振動したり、すり板とトロリ線
との間の摩擦によって振動したり、架線とパンタグラフ
系の固有振動により接触力が変動したりする。そのため
に、放電現象（アーク等）や火の粉を発生する。

【０００４】従来の新幹線では、このようなトロリ線と
パンタグラフ舟体のすり板との摺動面部分から発生する
著大な放電現象（アーク等）や火の粉を防止し、列車を
安全に運行させることを目的として、電気軌道総合試験
車を準備し、トロリ線とすり板とによる集電状態をビデ
オカメラで撮影してその映像を車両内部のモニターに映
し出し、作業員が監視を行っている。

【０００５】そして、放電現象（アーク等）や火の粉が
非常に大きい場合等のように、集電状態に異常が発生す
ると、これを作業員が判断して記録を残し、他の距離計
測データ等とともに保守部門へ連絡を行っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
集電状態の監視による異常検知だけでは、放電現象（ア
ーク等）や火の粉の大きさを作業員が判断しているため
に、個人の経験則によってバラツキがあり、しかも大ま
かでもあり、定量的な把握ができないという欠点があっ
た。そのため、保守点検作業を早急に実施しなければな
らない箇所についてこれを見逃したり、また保守点検作
業が必要な状態でないにも拘らず、保守点検作業の指示
を与えたりし、精度の高い保守点検作業が行えないでい
た。

【０００７】また放電現象（アーク等）や火の粉は、夜
間やトンネル内のような周囲からの光の影響の少ない状
況ではよく把握できるが、昼間は太陽光の影響が大き
く、放電現象（アーク等）や火の粉自体の大きさ、程度
を定量的に捉えることが困難であった。しかも、ビデオ
カメラを通じての作業員の目視による監視であるため、
放電現象（アーク等）や火の粉の可視光領域をも認識
し、目の眩みによって放電現象（アーク等）や火の粉自
体の大きさ、程度を正確に捉えることも困難であった。

【０００８】更に、従来のビデオカメラによる集電状態
の監視は、自動露光のビデオカメラを用いており、ビデ
オカメラに入射する光量が急激に変化する部分では露光
調整が追いつかずに画面が真っ白になってしまい、その
部分における集電状態の監視が行えなくなるという問題
があった。例えば、山陽新幹線ではその線路区間の半分
以上をトンネルが占めており、特にトンネルに高速で出
入りするときに、露光調整が追いつかない事態が発生し
ていた。

【０００９】更にまた、前記従来の監視方法では、特別
に新幹線電気軌道総合試験車を製作し、これを営業用列
車ダイヤの合間を選んで走行試験する必要があり、試験
装置の全体が大掛かりとなり、また特別にダイヤを設定
しなければならない等の面倒な作業も必要であった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は従来の前記課題
に鑑みてこれを改良除去したものであって、営業車両に
搭載して放電現象（アーク等）や火の粉を自動的且つ定
量的に捉えることのできる集電機能異常検知装置を提供
せんとするものである。

【００１１】而して、前記課題を解決するために本発明
が採用した請求項１の手段は、トロリ線とパンタグラフ
舟体との接触部を撮影する紫外線用及び赤外線用のビデ
オカメラを、電車の屋根上へ設置したことを特徴とする
電車線路の集電機能異常検知装置である。

【００１２】また本発明が採用した請求項２の手段は、
トロリ線とパンタグラフ舟体との接触部を撮影する紫外
線用及び赤外線用のビデオカメラを、電車の屋根上へ設
置し、前記紫外線用及び赤外線用のビデオカメラの画像
処理装置を車両内部へ設置し、トロリ線とパンタグラフ
舟体との接触部で発生する放電現象及び火の粉の紫外線
領域及び赤外線領域を定量的に測定するようにしたこと
を特徴とする電車線路の集電機能異常検知装置である。

【００１３】更に、本発明が採用した請求項３の手段
は、トロリ線とパンタグラフ舟体との接触部を撮影する
紫外線用及び赤外線用のビデオカメラを、電車の屋根上
へ設置し、前記紫外線用及び赤外線用のビデオカメラの
画像処理装置を車両内部へ設置し、トロリ線とパンタグ
ラフ舟体との接触部で発生する放電現象及び火の粉の紫
外線領域及び赤外線領域を定量的に測定し、得られたデ
ータを電車管理指令所の中央演算処理装置へ入力して処
理するようにしたことを特徴とする電車線路の集電機能
異常検知装置である。

【００１４】

【作用】本発明者らは、放電現象（アーク等）には紫外
線が多く含まれ、火の粉には赤外線が多く含まれている
ことを知見し、これに基づき、請求項１の手段で示すよ
うに、トロリ線とパンタグラフ舟体のすり板との接触部
を撮影するビデオカメラを紫外線用のものと、赤外線用
のものとの二台を準備して集電状態を監視するようにし
た。

【００１５】紫外線用のビデオカメラで放電現象（アー
ク等）を捉えると、その可視光領域がカットされるので
目が眩むようなことはなく、放電現象（アーク等）の大
きさを正確に識別することが可能である。また赤外線用
のビデオカラメで火の粉を捉えると、その可視光領域が
カットされるので、同様にして火の粉の大きさを正確に
識別することが可能である。

【００１６】従って、請求項２の手段で示すように、電
荷結合素子（ＣＣＤ）カメラ等のような画像処理装置を
用いれば、前記紫外線ビデオカメラ及び赤外線ビデオカ
メラで正確に捉えた放電現象（アーク等）及び火の粉の
大きさ（面積）を、定量的に測定することが可能であ
る。

【００１７】更に、前記画像処理装置によって定量的に
捉えられた放電現象（アーク等）及び火の粉は、請求項
３で示すように、新幹線東京指令所等のような電車管理
指令所の中央演算処理装置へ信号入力される。電車管理
指令所では、新幹線車両の走行距離データ等を併用する
ことにより、放電現象（アーク等）及び火の粉の発生箇
所及び大きさを自動的に記録することが可能である。ま
た放電現象（アーク等）及び火の粉の大きさ如何によっ
ては、走行中の新幹線に該当箇所での速度規制等を指示
し、安全な列車運行を実現することも可能である。

【００１８】

【実施例】以下に、本発明の構成を図面に示す実施例に
基づいて説明すると次の通りである。図１は本発明の一
実施例に係る全体のシステムを示す概略図である。同図
に示す如く、この実施例にあっては、列車１の屋根上に
取り付けられた翼型のパンタグラフ２のすり板３と、ト
ロリ線４とが接触する部位を赤外線ビデオカメラ５及び
紫外線ビデオカメラ６とで監視するようにしている。

【００１９】これは、すり板３とトロリ線４との接触部
に発生する放電現象（アーク等）には紫外線が多く含ま
れており、火の粉には赤外線が多く含まれていることを
多くの実験の中から本発明者らが知見し、放電現象（ア
ーク等）と火の粉とを紫外線ビデオカメラ６及び赤外線
ビデオカメラ５でそれぞれ撮影すれば、その大きさを正
確に捉えることができることに基づいて開発されたもの
である。これらのビデオカメラ５及び６は、列車１の屋
根上に固定されている。

【００２０】而して、赤外線ビデオカメラ５は、通常の
ビデオカメラに赤外線フィルター（図示せず）を装着し
たものでも十分であり、また紫外線ビデオカメラ６は、
通常のビデオカメラに紫外線フィルター（図示せず）を
装着したものでも十分である。もちろん、赤外線撮影専
用に開発されたビデオカメラや紫外線撮影専用に開発さ
れたビデオカメラを用いるようにしてもよいことは当然
である。

【００２１】列車１の車両内には、前記赤外線及び紫外
線ビデオカメラ５及び６によって撮影された映像を画像
処理する装置７が設置されている。この画像処理装置７
は、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラを用いたもの
であり、撮影された画像の面積を検知し、著大な放電現
象（アーク等）及び火の粉の大きさを測定するようにし
ている。

【００２２】また前記画像処理装置７の信号は、例え
ば、新幹線東京指令所８に情報伝達され、関係機関等に
利用される。また画像処理装置７の信号は、車上モニタ
ー９へも同時に映し出され、作業員が目視によっても監
視し、二重の監視体制を採るようにしている。更に、画
像処理装置７の信号は、新幹線軌道を利用して地上処理
装置１０へも信号伝達され、各地区の新幹線電力区１１
等の保守点検部門へ送られるようになっている。

【００２３】このように構成された集電機能異常検知装
置であれば、新幹線車両１内へ搭載する機器は、画像処
理装置７と車上モニター９だけである。従って、この実
施例では、新幹線の通常の営業車両へ搭載し、営業運転
時に連続した集電機能の異常を検知するようにしてい
る。営業車両は、膨大な数にのぼるものであり、極めて
厳密な測定データを得ることが可能である。

【００２４】次に、上述の如く構成された集電機能異常
検知装置の動作態様を説明する。先ず、紫外線用のビデ
オカメラ６で放電現象（アーク等）を捉えると、放電現
象（アーク等）の可視光領域はカットされ、紫外線領域
の波長の光のみが撮影される。前述した如く、放電現象
（アーク等）には多くの紫外線が含まれているので、紫
外線用ビデオカメラ６で捉えられた放電現象（アーク
等）は、放電現象（アーク等）自体の大きさのみが映し
出されるようになる。

【００２５】図２の図（ａ）は、紫外線用ビデオカメラ
６によって映し出された放電現象（アーク等）を示すも
のであり、図（ｂ）は、併設した通常のビデオカメラに
よって同じ放電現象（アーク等）を映し出したものを示
すものである。図（ｂ）に示すように、通常のビデオカ
メラでは、可視光領域の光も映し出されるので、これを
作業員が監視した場合には、放電現象（アーク等）の光
の散乱によって目が眩み、正確な放電現象（アーク等）
の大きさを捉えることは不可能である。然しながら、同
図の図（ａ）に示すように、紫外線用のビデオカメラ６
で放電現象（アーク等）を撮影した場合は、可視光領域
がカットされるので、放電現象（アーク等）のみを撮影
することができ、放電現象（アーク等）の大きさを正確
に捉えることが可能である。

【００２６】また同様にして、トロリ線４とすり板３と
の接触部における火の粉を赤外線用のビデオカメラ５で
撮影すると、火の粉の可視光領域はカットされ、赤外線
領域の波長の光のみが撮影される。そのため、火の粉自
体の大きさのみを映し出すことが可能である。

【００２７】図３の図（ａ）は、赤外線用ビデオカメラ
５によって映し出された火の粉を示すものであり、同じ
く図（ｂ）は、併設した通常のビデオカメラによって同
じ火の粉を映し出したものを示すものである。同図の図
（ｂ）に示すように、通常のビデオカメラでは、可視光
領域の光も映し出されるので、これを作業員が監視した
場合には、やはり光の散乱によって目が眩み、正確な火
の粉の大きさを捉えることは不可能である。然しなが
ら、図３の図（ａ）に示すように、赤外線用のビデオカ
メラ５で火の粉を撮影した場合は、可視光領域がカット
されるので、火の粉のみを映し出すことができ、火の粉
の大きさを正確に捉えることが可能である。

【００２８】このようにして正確に捉えられた著大な放
電現象（アーク等）及び火の粉は、画像処理装置７でそ
の画像処理が行われる。例えば、電荷結合素子（ＣＣ
Ｄ）カメラ等のような画像処理装置を用いることによ
り、正確に捉えられた放電現象（アーク等）及び火の粉
の大きさを面積比によって定量的に測定することが可能
である。

【００２９】前記画像処理装置７によって定量的に捉え
られた放電現象（アーク等）及び火の粉は、新幹線東京
指令所８等のような電車管理指令所の中央演算処理装置
へ信号入力される。電車管理指令所では、新幹線車両の
走行距離データ等を同時に入力し、これにより、放電現
象（アーク等）及び火の粉の発生箇所の特定と、その大
きさとをフロッピィデスク等に自動的に記録するように
している。放電現象（アーク等）及び火の粉の大きさ如
何によっては、走行中の新幹線車両に該当箇所での速度
規制等を指示し、安全な列車運行を実現するようにして
いる。また画像処理装置７の出力信号は、地上処理装置
１０を経由して新幹線電力区１１等の保守点検部門へも
連絡され、必要であれば保守点検が行われる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明にあっては、
パンタグラフ舟体のすり板とトロリ線との接触部に発生
する放電現象（アーク等）が紫外線を多く含み、火の粉
が赤外線を多く含むことを知見し、これに基づいて、前
記接触部の集電機能を紫外線ビデオカメラ及び赤外線ビ
デオカメラで撮影して監視することにより、可視光領域
の光等をカットして放電現象（アーク等）及び火の粉を
正確に捉えて、その大きさを定量的に且つ自動的に連続
して測定することが可能であり、集電機能の異常を正確
に行うことができる。

【００３１】また装置全体の構成において、列車車両内
へ搭載する機器は画像処理装置及び車上モニターだけで
十分であり、営業車両へ搭載して営業運転時に自動的に
測定することができる。従って、集電機能の異常を緻密
に測定することができ、列車運行の安全性の向上が可能
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のシステム全体を示す概略図
である。

【図２】図（ａ）は紫外線ビデオカメラで撮影した放電
現象（アーク等）を示す図面であり、図（ｂ）は通常の
ビデオカメラで撮影した同じ放電現象（アーク等）を示
す図面である。

【図３】図（ａ）は赤外線ビデオカメラで撮影した火の
粉を示す図面であり、図（ｂ）は通常のビデオカメラで
撮影した同じ火の粉を示す図面である。

【符号の説明】

１…車両 ２…翼型のパンタ
グラフ ３…パンタグラフ舟体のすり板 ４…トロリ線 ５…赤外線用ビデオカメラ ６…紫外線用ビデ
オカメラ ７…画像処理装置 ８…電車管理指令
所 ９…車上モニター １０…地上処理装
置 １１…新幹線電力区

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トロリ線とパンタグラフ舟体との接触部を
   撮影する紫外線用及び赤外線用のビデオカメラを、電車
   の屋根上へ設置したことを特徴とする電車線路の集電機
   能異常検知装置。
2. 【請求項２】トロリ線とパンタグラフ舟体との接触部を
   撮影する紫外線用及び赤外線用のビデオカメラを、電車
   の屋根上へ設置し、前記紫外線用及び赤外線用のビデオ
   カメラの画像処理装置を車両内部へ設置し、トロリ線と
   パンタグラフ舟体との接触部で発生する放電現象及び火
   の粉の紫外線領域及び赤外線領域を定量的に測定するよ
   うにしたことを特徴とする電車線路の集電機能異常検知
   装置。
3. 【請求項３】トロリ線とパンタグラフ舟体との接触部を
   撮影する紫外線用及び赤外線用のビデオカメラを、電車
   の屋根上へ設置し、前記紫外線用及び赤外線用のビデオ
   カメラの画像処理装置を車両内部へ設置し、トロリ線と
   パンタグラフ舟体との接触部で発生する放電現象及び火
   の粉の紫外線領域及び赤外線領域を定量的に測定し、得
   られたデータを電車管理指令所の中央演算処理装置へ入
   力して処理するようにしたことを特徴とする電車線路の
   集電機能異常検知装置。