JPH11227503A - 短絡故障判別装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＡＴき電回路においてトロリー線とレールと
の短絡故障及びフィーダ線とレールとの短絡故障の何れ
かが発生した場合に、どちらの短絡故障であるかを判別
し得る短絡故障判別装置等を提供する。 【解決手段】 変電所から交流電力を供給されるフィー
ダ線とトロリー線をレールと併走する状態に張架すると
共にフィーダ線とトロリー線の間に単巻変圧器を設置し
巻線の中点と近傍のレールとを吸上線で接続してなる交
流電気鉄道のＡＴき電回路における短絡故障を判別する
装置であって、トロリー線とレールとの短絡故障及びフ
ィーダ線とレールとの短絡故障の何れかの発生を感知す
る短絡故障感知部１０４ｂと、単巻変圧器に誘起する電
圧と吸上線を流れる吸上電流との位相差を測定し、短絡
故障時の位相差によって感知した短絡故障がどちらの短
絡故障であるかを判別する電圧測定部１０８ａ、電流測
定部１０７ａ、短絡故障判別部１０９ａとを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流電気鉄道の単
巻変圧器き電回路（以下、「ＡＴき電回路」という）に
おける短絡故障を判別する短絡故障判別装置及びその方
法に関し、特に、感知した短絡故障がトロリー線とレー
ルとの短絡故障であるか、フィーダ線とレールとの短絡
故障であるかを判別する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種交通機関は通信機関とともに
爆発的な進歩を遂げ、それらの技術的進歩及び規模の増
大に伴い、経済及び文化の振興が図られてきた。陸上交
通機関で最も規模の大きなものの１つに鉄道が挙げられ
る。現在の鉄道は、一部には非電化の路線も残るもの
の、主要幹線及び都市部ではそのほとんどが電化され、
より速くより経済的な運転を目指して技術の開発が進め
られている。

【０００３】電気鉄道において使用される電力量は相当
膨大なものであって、使用効率が僅かでも改善されれ
ば、多大な省エネルギー効果が得られる。電気鉄道にお
ける電気方式には、直流式と交流式があり、交流式では
架線が単純等の理由で単相式が主流である。我が国の交
流式には整流器式電気車が用いられている。直流側の脈
流を平滑にすると変圧器１次側の高調波が大きくなり、
電車線（以下「トロリー線」という）を通じて近接通信
線に電磁誘導障害を生ずる。電車線側においてこの電磁
誘導を軽減する方式として、吸上変圧器を用いる吸上変
圧器き電回路（以下、「ＢＴき電回路」という）と単巻
変圧器を用いるＡＴき電回路とがある。

【０００４】図１３は、変電所から交流電力を供給され
るき電線（以下、「フィーダ線」という）とトロリー線
をレールと併走する状態に張架すると共にフィーダ線と
トロリー線の間に単巻変圧器を設置し、単巻変圧器の巻
線の中点又は所定の電圧点と単巻変圧器近傍のレールと
を吸上線で接続してなる交流電気鉄道のＡＴき電回路の
概略を示す図である。

【０００５】ＡＴき電回路は、ＢＴき電回路に比べて、
変電所の送電電圧が２倍になるので電源の得難い地域で
の電化に有利であり、又、吸上変圧器のセクションが不
要なので負荷電流の大きい新幹線等に適している。電気
鉄道のき電回路の故障は比較的多く、しかも１つの故障
が広範囲の列車に影響を与えるので、き電回路には高い
信頼性と安全性が必要とされる。例えば、故障が発生し
た場合は、すみやかに故障点及び故障内容を標定し、故
障点を区分して他への影響を少なくする必要がある。こ
の時、故障点及び故障内容がより正確に詳しく標定でき
ることが望ましい。

【０００６】ＡＴき電回路の故障点を標定する従来の技
術として、例えば、特許第９２７７５２号に記載された
ＡＴき電回路の故障点標定器が知られている。この従来
技術は、トロリー線とレールとの短絡故障の故障点の位
置を、複数の単巻変圧器に接続された吸上線を流れる各
吸上電流によって標定するものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、短絡故
障にはトロリー線とレールとの短絡故障、フィーダ線と
レールとの短絡故障及びトロリー線とフィーダ線との短
絡故障等があり、上記従来の故障点標定器では、トロリ
ー線とレールとの短絡故障及びフィーダ線とレールとの
短絡故障を判別することができない。

【０００８】また、トロリー線とレールとの短絡故障の
ほうがフィーダ線とレールとの短絡故障よりも発生頻度
が高いので、上記従来の故障点標定器はトロリー線とレ
ールとの短絡故障及びフィーダ線とレールとの短絡故障
の何れかが発生した場合は、全てトロリー線とレールと
の短絡故障として標定している。トロリー線とレールと
の短絡故障及びフィーダ線とレールとの短絡故障の何れ
かが発生すると、保全担当者は故障点を見つける為に、
まず標定された故障点付近のトロリー線とレールとの間
を数１００メートルに渡って検査するのであるが、その
短絡故障がフィーダ線とレールとの短絡故障であった場
合には、短絡故障していないトロリー線とレールとの間
の標定された故障点付近を、故障点があるものと思い込
み何度も検査した後に、故障点が無いことからはじめて
トロリー線とレールとの短絡故障ではないと気付き、フ
ィーダ線とレールとの間の検査に取り掛かるのである。

【０００９】そのために、故障点の探索に多大な時間と
労力が費やされ、故障点の区分及び故障の修復が遅れる
ので、より速いより経済的な運転を妨げ、使用効率の低
下及びき電回路の信頼性低下を引き起こしている。そこ
で、本発明は、ＡＴき電回路においてトロリー線とレー
ルとの短絡故障及びフィーダ線とレールとの短絡故障の
何れかが発生した場合に、トロリー線とレールとの短絡
故障であるか、フィーダ線とレールとの短絡故障である
かを判別し得て、上記問題点を一掃し得る短絡故障判別
装置及びその方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る短絡故障判
別装置は、変電所から交流電力を供給されるフィーダ線
とトロリー線をレールと併走する状態に張架すると共に
フィーダ線とトロリー線の間に単巻変圧器を設置し単巻
変圧器の巻線の中点又は所定の電圧点と単巻変圧器近傍
のレールとを吸上線で接続してなる交流電気鉄道の単巻
変圧器き電回路における短絡故障を判別する装置であっ
て、トロリー線とレールとの短絡故障及びフィーダ線と
レールとの短絡故障の何れかの発生を感知する感知手段
と、前記単巻変圧器に誘起する電圧と前記吸上線を流れ
る吸上電流との位相差を測定する測定手段と、前記感知
手段が感知した時点において前記測定手段が測定した短
絡故障時の位相差によって前記感知手段が感知した短絡
故障がトロリー線とレールとの短絡故障であるかフィー
ダ線とレールとの短絡故障であるかを判別する判別手段
とを備えることを特徴とする。

【００１１】これによって、ＡＴき電回路においてトロ
リー線とレールとの短絡故障及びフィーダ線とレールと
の短絡故障の何れかが発生した場合に、トロリー線とレ
ールとの短絡故障であるか、フィーダ線とレールとの短
絡故障であるかを判別することができるので、フィーダ
線とレールとの短絡故障が起こった場合であっても正し
い標定をすることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明は、ＡＴき電回路において
トロリー線とレールとの短絡故障及びフィーダ線とレー
ルとの短絡故障の何れかの発生を感知した時点におい
て、単巻変圧器に誘起する電圧と単巻変圧器に接続され
た吸上線を流れる吸上電流との位相差が、トロリー線と
レールとの短絡故障時及びフィーダ線とレールとの短絡
故障で明らかに異なることを利用して、その短絡故障が
トロリー線とレールとの短絡故障であるか、フィーダ線
とレールとの短絡故障であるかを判別する装置である。

【００１３】以下、本発明の実施の形態について、図面
を用いて説明する。 （実施の形態１） ＜全体の構成＞図１は、交流電気鉄道のＡＴき電回路
と、本発明に係る実施の形態１の短絡故障判別装置の概
略を示す図である。

【００１４】図１に示す交流電気鉄道のＡＴき電回路
は、フィーダ線１０１、トロリー線１０２、レール１０
３、変電所１０４が有する交流電源１０４ａ、単巻変圧
器１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、吸上線１０６ａ、１
０６ｂ及び１０６ｃを備える。また、本装置は、電流測
定部１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、電圧測定部１０８
ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、短絡故障判別部１０９ａ、１
０９ｂ、１０９ｃ、通信部１１０ａ、１１０ｂ、１１０
ｃ、短絡故障感知部１０４ｂ及び集計部１０４ｃを備え
る。

【００１５】フィーダ線１０１及びトロリー線１０２
は、レール１０３と略併走する状態で張架されており、
電気車等はトロリー線から電力の供給を受けながらレー
ルの上を走行する。変電所１０４は、フィーダ線１０１
とトロリー線１０２との間に一方の端部より交流電力を
供給する交流電源１０４ａを有し、さらに、短絡故障感
知部１０４ｂ及び集計部１０４ｃを含む。

【００１６】短絡故障感知部１０４ｂは、トロリー線と
レールとの短絡故障、及び、フィーダ線とレールとの短
絡故障の何れかの発生を感知し、集計部１０４ｃと各通
信部とを介して短絡故障が発生した事を各短絡故障判別
部に通知する。なお、短絡故障感知部１０４ｂは本発明
の要旨外であるのでその詳細な説明を省略する。集計部
１０４ｃは、短絡故障判別部１０９ａ、１０９ｂ及び１
０９ｃの判別結果を集計し、保全担当者等に提供する。

【００１７】単巻変圧器１０５ａ、１０５ｂ及び１０５
ｃはフィーダ線１０１とトロリー線１０２に沿って約１
０Ｋｍの間隔で設置され、変電所１０４が接続された端
部を基点として近い方より１０５ａ、１０５ｂ、１０５
ｃとする。吸上線１０６ａ、１０６ｂ及び１０６ｃは、
各単巻変圧器の巻線の中点又は電磁誘導軽減等の効果を
より発揮する電圧点を各単巻変圧器近傍のレールに接続
する。

【００１８】電流測定部１０７ａ、１０７ｂ及び１０７
ｃは各吸上線の電流に対応する電圧波形を測定し、電圧
測定部１０８ａ、１０８ｂ及び１０８ｃは各単巻変圧器
のトロリー線１０２側とレール１０３との間の電圧に対
応する電圧波形を測定する。短絡故障判別部１０９ａ、
１０９ｂ及び１０９ｃはそれぞれ、短絡故障感知部１０
４ｂが短絡故障の発生を通知した時の、電圧測定部１０
８ａ、１０８ｂ及び１０８ｃが測定した電圧波形と、電
流測定部１０７ａ、１０７ｂ及び１０７ｃが測定した電
圧波形との位相差をそれぞれ検出し、これらの位相差に
よって、発生した短絡故障がトロリー線とレールとの短
絡故障であるかフィーダ線とレールとの短絡故障である
かを判別する。

【００１９】通信部１１０ａ、１１０ｂ及び１１０ｃは
それぞれ、短絡故障判別部１０９ａ、１０９ｂ及び１０
９ｃが判別した結果を集計部１０４ｃへ送信する。 ＜短絡故障判別部の詳細な構成＞図２は、本発明に係る
実施の形態１の短絡故障判別部１０９ａの詳細な構成を
示す図である。

【００２０】短絡故障判別部１０９ａは、さらに、位相
差検出部１１１、判別部１１２を含む。位相差検出部１
１１は、短絡故障感知部１０４ｂが短絡故障の発生を通
知した時の、電圧測定部１０８ａが測定した電圧波形と
電流測定部１０７ａが測定した電圧波形との位相差を検
出する。

【００２１】２つの電圧波形の位相差を検出するには、
例えば、各電圧波形をそれぞれＡＤ変換した後に、一般
的なディジタル信号処理を施す事によっても実施可能で
あるが、本実施の形態ではコンパレータと論理回路を用
いたので、一例としてこれについて説明する。図３
（ａ）は、電圧波形Ｖ１と電圧波形Ｖ２の２つの正弦波
を入力とし、それらの位相差を矩形波ＶＲ３の形で出力
する回路の概略を示す図である。

【００２２】図３（ｂ）は、電圧波形Ｖ１、電圧波形Ｖ
２、矩形波ＶＲ１、矩形波ＶＲ２及び矩形波ＶＲ３を、
同じ時間軸上に示す図である。ここで、図３（ａ）に示
す「ＣＯＭＰ．」はコンパレータを示し、アナログの電
圧波形を設定値を境に「ＨＩ」又は「ＬＯ」と判別して
矩形波を生成するものであり、電圧波形Ｖ１から矩形波
ＶＲ１を、電圧波形Ｖ２から矩形波ＶＲ２を生成する。
なお、ここでは、矩形波ＶＲ１と矩形波ＶＲ２における
「ＨＩ」と「ＬＯ」の時間が同じになる様に設定値を調
整する。

【００２３】また、図３（ａ）に示す「ＥＸＯＲ」は排
他的論理和(ｅｘｃｌｕｓｉｖｅｏｒ：２入力の場合、
入力が「０，０」の時と「１，１」の時には出力は
「０」、入力が「０，１」の時と「１，０」の時には出
力は「１」となる）を行う論理回路を示し、その出力で
ある矩形波ＶＲ３は、矩形波ＶＲ１と矩形波ＶＲ２の位
相差相当の時間が「ＨＩ」となる。

【００２４】そこで、「ＨＩ」の時間をＨＴ、「ＬＯ」
の時間をＬＴとすると、位相差θは（式１）で与えられ
る。 位相差θ＝２π・ＨＴ／（ＨＴ＋ＬＴ） ・・・（式１） 判別部１１２は、位相差検出部１１１が検出した位相差
によって、発生した短絡故障がトロリー線とレールとの
短絡故障であるかフィーダ線とレールとの短絡故障であ
るかを判別する。

【００２５】なお、他の短絡故障判別部１０９ｂ及び１
０９ｃは、短絡故障判別部１０９ａと同様の構成なの
で、その説明を省略する。 ＜試験＞図４は、ＡＴき電回路においてトロリー線とレ
ールとの短絡故障及びフィーダ線とレールとの短絡故障
の何れかが発生した場合に、発生した短絡故障がトロリ
ー線とレールとの短絡故障であるかフィーダ線とレール
との短絡故障であるかを判別する為の位相差を測定する
試験回路を示す図である。

【００２６】ここで、Ｆはフィーダ線を、Ｔはトロリー
線を、Ｒはレールを、それぞれ模擬的に示す線路であ
り、各線路に直列に挿入された抵抗とコイルは各線路定
数を模擬的に与えている。また、ＡＴ１及びＡＴ２は単
巻変圧器であり、図１、図２と同様に、交流電源と、電
流測定部、電圧測定部及び位相差検出部（電圧計、シャ
ント抵抗及びアナライジングレコーダ等）とを備える。

【００２７】図４に示す試験回路において、ＡＴ１とＡ
Ｔ２の中間点、ＡＴ１のごく近傍及びＡＴ２のごく近傍
のそれぞれの位置で、トロリー線とレールとを短絡させ
た場合とフィーダ線とレールとを短絡させた場合の、レ
ールをグランドとして測定した単巻変圧器ＡＴ１及びＡ
Ｔ２のトロリー線側の電圧Ｖ１及びＶ２と、レールから
各吸上線を通って各単巻変圧器へ流れる電流Ｉ１及びＩ
２との位相差を単巻変圧器毎に測定した。なお、図４に
示すように各吸上線には、直列に電流測定用のシャント
抵抗をそれぞれ挿入している。

【００２８】また、短絡抵抗は、０Ω、５Ω及び１０Ω
とし、短絡抵抗０Ωの時は故障電流を１０Ａ、５Ωの時
は５Ａ、１０Ωの時は４Ａとした。図５は、トロリー線
とレールとをＡＴ１とＡＴ２の中間点で短絡させた場合
及びフィーダ線とレールとをＡＴ１とＡＴ２の中間点で
短絡させた場合の試験結果を複素平面上に示す図であ
る。

【００２９】図６は、トロリー線とレールとをＡＴ１の
ごく近傍で短絡させた場合及びフィーダ線とレールとを
ＡＴ１のごく近傍で短絡させた場合の試験結果を複素平
面上に示す図である。図７は、トロリー線とレールとを
ＡＴ２のごく近傍で短絡させた場合及びフィーダ線とレ
ールとをＡＴ２のごく近傍で短絡させた場合の試験結果
を複素平面上に示す図である。

【００３０】なお、図５、図６及び図７中の「Ｔ〜Ｒ」
はトロリー線とレールとを短絡させた場合であり、「Ｆ
〜Ｒ」はフィーダ線とレールとを短絡させた場合であ
る。 ＜検討＞ここで、以上の試験結果を踏まえ、各短絡故障
における位相角がとりうる範囲について検討する。

【００３１】図８（ａ）及び（ｂ）は、図４においてト
ロリー線とレールとを短絡させた場合の特徴的な状態を
直流回路で示す図である。なお、ここでは簡略化の為、
単巻変圧器ＡＴ１を抵抗に置き換えている。図８（ａ）
はトロリー線に「＋」、フィーダ線に「−」の電圧が架
かっている時の状態を、図８（ｂ）はトロリー線に
「−」、フィーダ線に「＋」の電圧が架かっている時の
状態を示す。

【００３２】図中に示すように、電圧はフィーダ線側を
正とし、電流はレールから吸上線を通って単巻変圧器へ
流れる向きを正とすると、図８（ａ）及び（ｂ）の何れ
の場合も、電源電圧Ｖと吸上電流Ｉの符号は同じとなる
ことがわかる。図９（ａ）及び（ｂ）は、図４において
フィーダ線とレールとを短絡させた場合の特徴的な状態
を直流回路で示す図である。なお、ここでも図８と同様
に、単巻変圧器ＡＴ１を抵抗に置き換えている。

【００３３】図９（ａ）はトロリー線に「＋」、フィー
ダ線に「−」の電圧が架かっている時の状態を、図８
（ｂ）はトロリー線に「−」、フィーダ線に「＋」の電
圧が架かっている時の状態を示す。図８と同様に、電圧
はフィーダ線側を正とし、電流はレールから吸上線を通
って単巻変圧器へ流れる向きを正とすると、図９（ａ）
及び（ｂ）の何れの場合も、電源電圧Ｖと吸上電流Ｉの
符号は逆となることがわかる。

【００３４】即ち、図８及び図９に示すような電源電圧
Ｖと吸上電流Ｉの符号は、トロリー線とレールとを短絡
させた場合には同じとなり、フィーダ線とレールとを短
絡させた場合は逆となる。なお、各図中の線路脇の矢印
は、電流が流れる向きを示している。この結果を図４に
示す交流回路に当てはめると、リアクタンス成分による
位相のずれを無視すれば、電圧と電流の位相は、トロリ
ー線とレールとを短絡させた場合には同相となり、フィ
ーダ線とレールとを短絡させた場合は逆相となる。

【００３５】ここで、リアクタンス成分による位相のず
れを考慮すると、コイル等の誘導負荷によって電流の位
相が遅れたり、コンデンサ等の容量負荷によって電流の
位相が進んだりするが、実際の線路上では、抵抗等によ
るインダクタンス成分が必ず存在するので、電流の位相
のずれがπ／２を超えることはない。従って、各短絡故
障は短絡故障時の位相差がπ／２付近で区別することが
でき、図５、図６及び図７からもわかるように、本実施
の形態１の場合は、例えば、短絡故障時の位相差がπ／
２未満の場合はトロリー線とレールとの短絡故障であ
り、短絡故障時の位相差がπ／２以上の場合はフィーダ
線とレールとの短絡故障であると判別することができ
る。

【００３６】ただし、トロリー線とレールとを単巻変圧
器のごく近傍で短絡抵抗が０Ωで短絡させた場合には、
その単巻変圧器にかかる位相差は測定できないが他方の
単巻変圧器にかかる位相差は測定できるので、複数の単
巻変圧器を備えれば位相差による短絡故障の判別が可能
であり、また、実際の短絡故障では単巻変圧器のごく近
傍で短絡抵抗が０Ωで短絡故障することはなく、通常は
１Ω以上の短絡抵抗があるので、１個の単巻変圧器を備
えるものであっても短絡故障の判別は可能である。

【００３７】なお、上記＜試験＞では、各単巻変圧器の
トロリー線側とレールとの間の電圧を測定したが、フィ
ーダ線側とレールとの間の電圧を測定したとすれば、回
路の等価性によりトロリー線とフィーダ線が入れ代わっ
たものとみなせるので、トロリー線とレールとを短絡さ
せた場合とフィーダ線とレールとを短絡させた場合と
で、短絡故障時の位相差の関係が反対になることは容易
に推測できる。

【００３８】また、各単巻変圧器のトロリー線側とフィ
ーダ線側の電圧を測定したとしても、各短絡故障は短絡
故障時の位相差が±π／２付近で区別することができる
ことも容易に推測できる。さらに、このように電圧を測
定したならば、トロリー線とレールとの間、又は、フィ
ーダ線とレールとの間を単巻変圧器のごく近傍で短絡抵
抗が０Ωで短絡させた場合であっても、その単巻変圧器
にかかる位相差は測定可能であることも容易に推測でき
る。

【００３９】＜動作＞図１０は、ＡＴ器き電回路におい
てトロリー線とレールとの短絡故障及びフィーダ線とレ
ールとの短絡故障の何れかが発生した場合に、本発明に
係る実施の形態１の短絡故障判別装置がトロリー線とレ
ールとの短絡故障であるか、フィーダ線とレールとの短
絡故障であるかを判別する処理のフローチャートを示す
図である。

【００４０】（１）常時、各電流測定部は各吸上線の電
流を測定し、各電圧測定部は各単巻変圧器のトロリー線
１０２側とレール１０３との間の電圧を測定している
（ステップＳ１１）。 （２）短絡故障感知部１０４ｂが、トロリー線とレール
との短絡故障、及び、フィーダ線とレールとの短絡故障
の何れかが発生した事を感知する。感知しない場合は監
視を続ける（ステップＳ１２）。

【００４１】（３）感知した場合は、集計部１０４ｃと
各通信部とを介して短絡故障が発生した事を各短絡故障
判別部に通知する（ステップＳ１３）。 （４）各位相差検出部はそれぞれ、短絡故障感知部１０
４ｂが短絡故障が発生した事を通知した時の、各電流測
定部が測定した電流と各電圧測定部が測定した電圧との
位相差を検出する（ステップＳ１４）。

【００４２】（５）各判別部が、各位相差検出部が検出
した位相差が設定値未満であるか±設定値以上であるか
を判別する。ここでは、±π／２未満であるか±π／２
以上であるかを判別し、±π／２未満の場合はトロリー
線とレールとの短絡故障であり、±π／２以上の場合は
フィーダ線とレールとの短絡故障であると判別する（ス
テップＳ１５〜ステップＳ１７）。

【００４３】（６）各判別結果を、各通信部を介して集
計部１０４ｃへ送り、集計部１０４ｃが判別結果を集計
する（ステップＳ１８）。以上のように、本発明に係る
実施の形態１の短絡故障判別装置は、短絡故障時の上記
位相差を予め設定した値（例えば、±π／２）で区別す
ることにより、発生した短絡故障がトロリー線とレール
との短絡故障であるかフィーダ線とレールとの短絡故障
であるかを判別する。 （実施の形態２） ＜全体の構成＞実施の形態１と同様であるので、説明を
省略する。

【００４４】＜短絡故障判別部の詳細な構成＞図１１
は、本発明に係る実施の形態２の短絡故障判別部１０９
ａの詳細な構成を示す図である。なお、上記実施の形態
１と同様の構成を有する各部には同一の符号を付し、同
一の機能についてはその説明を省略し、本実施の形態固
有の部分についてのみ説明する。

【００４５】実施の形態２の短絡故障判別部１０９ａ
は、実施の形態１の構成に、さらに、記憶部１１３を含
む。記憶部１１３は、実施の形態１の＜試験＞で説明し
たのと同様に、予め、トロリー線とレールとの短絡故障
の場合と、フィーダ線とレールとの短絡故障の場合の短
絡故障時の位相差を複数測定して、それぞれの短絡故障
別に決定した位相差の範囲を記憶する。

【００４６】判別部１１２は、位相差検出部１１１が検
出した位相差が記憶部１１３が記憶するそれぞれの短絡
故障の位相差の範囲に含まれるか否かを判別し、発生し
た短絡故障がトロリー線とレールとの短絡故障であるか
フィーダ線とレールとの短絡故障であるかを判別する。 ＜動作＞図１２は、ＡＴ器き電回路においてトロリー線
とレールとの短絡故障及びフィーダ線とレールとの短絡
故障の何れかが発生した場合に、本発明に係る実施の形
態２の短絡故障判別装置がトロリー線とレールとの短絡
故障であるか、フィーダ線とレールとの短絡故障である
かを判別する処理のフローチャートを示す図である。

【００４７】なお、記憶部１１３には、予め、トロリー
線とレールとの短絡故障の場合と、フィーダ線とレール
との短絡故障の場合の短絡故障時の位相差の範囲を記憶
しているものとする。また、上記実施の形態１と同様の
動作をする各ステップには同一の符号を付し、同一の動
作についてはその説明を省略し、本実施の形態固有の部
分についてのみ説明する。

【００４８】（１）ステップＳ１１からステップＳ１４
までは実施の形態１と同様である。 （２）各判別部が、各位相差検出部が検出した位相差が
記憶部１１３が記憶するトロリー線とレールとの短絡故
障の位相差の範囲に含まれるか否かを判断し、Ｙｅｓな
らトロリー線とレールとの短絡故障であると判別する
（ステップＳ２１、ステップＳ１６）。

【００４９】（３）各判別部が、各位相差検出部が検出
した位相差が記憶部１１３が記憶するフィーダ線とレー
ルとの短絡故障の位相差の範囲に含まれるか否かを判断
し、Ｙｅｓならフィーダ線とレールとの短絡故障である
と判別する（ステップＳ２２、ステップＳ１７）。 （４）ステップＳ１８は実施の形態１と同様である。

【００５０】なお、図１２に示す様なフローチャートに
よると、両方の短絡故障であると判別する場合や、両方
の短絡故障の何れでもないと判別する場合も考えられる
が、記憶部１１３が記憶する各短絡故障の位相差の範囲
が実施の形態１の様に、前者は互いに排他的であれば起
こり得ず、後者は全位相差の範囲（−π〜＋π）を包括
していれば起こり得ない。従って、互いに排他的且つ全
位相差の範囲を包括した各短絡故障の位相差の範囲を決
定し記憶部１１３に記憶しておけば、全く問題は起こら
ない。また、たとえ短絡故障を判別できない位相差の範
囲が存在する様な各短絡故障の位相差の範囲を記憶部１
１３に記憶していたとしても、短絡故障を判別できる位
相差の範囲が一部でも存在すれば、それだけで有用であ
るので発明は成立するものと考えられる。

【００５１】以上のように、本発明に係る実施の形態２
の短絡故障判別装置は、各短絡故障時の上記位相差を予
め複数測定してそれぞれの短絡故障別に決定した位相差
の範囲を記憶しておき、短絡故障時の上記位相差と比較
することにより、発生した短絡故障がトロリー線とレー
ルとの短絡故障であるかフィーダ線とレールとの短絡故
障であるかを判別する。

【００５２】なお、上記各実施の形態では、電圧測定部
１０８ａ、１０８ｂ及び１０８ｃが各単巻変圧器のトロ
リー線１０２側とレール１０３との間の電圧を測定した
が、電圧の測定位置はこれに限られる訳ではなく、各単
巻変圧器に誘起する電圧が測定できるのであればどこで
あってもよく、例えば、変電所における交流電源の電圧
であっても、各単巻変圧器の両端（トロリー線１０２側
とフィーダ線１０１側と間）の電圧を測定するものであ
っても、各単巻変圧器のフィーダ線１０１側とレール１
０３との間の電圧を測定するものであってもよい。

【００５３】また、上記各実施の形態では、３個の単巻
変圧器を備えるＡＴき電回路において、単巻変圧器毎に
短絡故障判別部等を持つ例を示したが、単巻変圧器は何
個であっても実施可能であり、勿論、１個であっても実
施可能である。

【００５４】

【発明の効果】（Ａ）以上の説明から明らかなように、
本発明に係る短絡故障判別装置は、変電所から交流電力
を供給されるフィーダ線とトロリー線をレールと併走す
る状態に張架すると共にフィーダ線とトロリー線の間に
単巻変圧器を設置し単巻変圧器の巻線の中点又は所定の
電圧点と単巻変圧器近傍のレールとを吸上線で接続して
なる交流電気鉄道の単巻変圧器き電回路における短絡故
障を判別する装置であって、トロリー線とレールとの短
絡故障及びフィーダ線とレールとの短絡故障の何れかの
発生を感知する感知手段と、前記単巻変圧器に誘起する
電圧と前記吸上線を流れる吸上電流との位相差を測定す
る測定手段と、前記感知手段が感知した時点において前
記測定手段が測定した短絡故障時の位相差によって前記
感知手段が感知した短絡故障がトロリー線とレールとの
短絡故障であるかフィーダ線とレールとの短絡故障であ
るかを判別する判別手段とを備えることを特徴とする。

【００５５】これによって、ＡＴき電回路においてトロ
リー線とレールとの短絡故障及びフィーダ線とレールと
の短絡故障の何れかが発生した場合に、トロリー線とレ
ールとの短絡故障であるか、フィーダ線とレールとの短
絡故障であるかを判別することができるので、フィーダ
線とレールとの短絡故障が起こった場合であっても正し
い標定をすることができる。

【００５６】従って、故障点の探索、区分及び故障の修
復が敏速に行なえ、より速いより経済的な運転ができ、
使用効率の向上及びき電回路の信頼性向上が図れる。 （Ｂ）ここで（Ａ）において、前記測定手段は前記単巻
変圧器の両端の電圧、前記単巻変圧器のトロリー線側の
電圧、又は、前記単巻変圧器のフィーダ線側の電圧と前
記吸上電流との位相差を測定することを特徴とすること
もできる。

【００５７】これによって、単巻変圧器に誘起する電圧
を比較的容易に測定することができるので、位相差を比
較的容易に検出することができる。 （Ｃ）ここで（Ａ）において、前記測定手段はレールを
グランドとして測定した前記単巻変圧器のトロリー線側
の電圧とレールから吸上線を通って前記単巻変圧器へ流
れる吸上電流との位相差を測定し、前記判別手段は前記
短絡故障時の位相差がπ／２未満の場合はトロリー線と
レールとの短絡故障であると判別し前記短絡故障時の位
相差がπ／２以上の場合はフィーダ線とレールとの短絡
故障であると判別することを特徴とすることもできる。

【００５８】（Ｄ）ここで（Ａ）において、前記測定手
段はレールをグランドとして測定した前記単巻変圧器の
フィーダ線側の電圧とレールから吸上線を通って前記単
巻変圧器へ流れる吸上電流との位相差を測定し、前記判
別手段は前記短絡故障時の位相差がπ／２未満の場合は
フィーダ線とレールとの短絡故障であると判別し前記短
絡故障時の位相差がπ／２以上の場合はトロリー線とレ
ールとの短絡故障であると判別することを特徴とするこ
ともできる。

【００５９】（Ｅ）ここで（Ａ）及び（Ｂ）の何れかに
おいて、前記短絡故障判別装置は、さらに、予めトロリ
ー線とレールとの短絡故障の場合とフィーダ線とレール
との短絡故障の場合の前記短絡故障時の位相差を複数測
定してそれぞれの場合別に決定した位相差の範囲を記憶
する記憶手段を備え、前記判別手段は、前記記憶手段が
記憶するそれぞれの位相差の範囲に前記短絡故障時の位
相差が入っているか否かを判定し入っていると判定され
た位相差の範囲に対応する短絡故障であると判別するこ
とを特徴とすることもできる。

【００６０】上記（Ｃ）〜（Ｅ）によって、トロリー線
とレールとの短絡故障及びフィーダ線とレールとの短絡
故障の何れかが発生した場合に、トロリー線とレールと
の短絡故障であるか、フィーダ線とレールとの短絡故障
であるかを比較的容易に判別することができる。 （Ｆ）また、本発明に係る短絡故障判別方法は、変電所
から交流電力を供給されるフィーダ線とトロリー線をレ
ールと併走する状態に張架すると共にフィーダ線とトロ
リー線の間に単巻変圧器を設置し単巻変圧器の巻線の中
点又は所定の電圧点と単巻変圧器近傍のレールとを吸上
線で接続してなる交流電気鉄道の単巻変圧器き電回路に
おける短絡故障を判別する方法であって、トロリー線と
レールとの短絡故障及びフィーダ線とレールとの短絡故
障の何れかの発生を感知する感知ステップと、前記吸上
線を流れる吸上電流と前記単巻変圧器に誘起する電圧と
の位相差を測定する測定ステップと、前記感知ステップ
が感知した時点において前記測定ステップが測定した短
絡故障時の位相差によって前記感知ステップが感知した
短絡故障がトロリー線とレールとの短絡故障であるかフ
ィーダ線とレールとの短絡故障であるかを判別する判別
ステップとを備えることを特徴とする。

【００６１】これによって、（Ａ）と同様の効果か得ら
れる。 （Ｇ）ここで（Ｆ）において、前記短絡故障判別方法
は、さらに、予めトロリー線とレールとの短絡故障の場
合とフィーダ線とレールとの短絡故障の場合の前記短絡
故障時の位相差を複数測定してそれぞれの場合別に決定
した位相差の範囲を記憶する記憶ステップを備え、前記
判別ステップは、前記記憶ステップが記憶するそれぞれ
の位相差の範囲に前記短絡故障時の位相差が入っている
か否かを判定し入っていると判定された位相差の範囲に
対応する短絡故障であると判別することを特徴とするこ
ともできる。

【００６２】これによって、（Ｅ）と同様の効果か得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施の形態１の短絡故障判別装置
と交流電気鉄道のＡＴき電回路の概略を示す図である。

【図２】本発明に係る実施の形態１の短絡故障判別部１
０９ａの詳細な構成を示す図である。

【図３】（ａ）は、電圧波形Ｖ１と電圧波形Ｖ２の２つ
の正弦波を入力とし、それらの位相差を矩形波ＶＲ３の
形で出力する回路の概略を示す図である。（ｂ）は、電
圧波形Ｖ１、電圧波形Ｖ２、矩形波ＶＲ１、矩形波ＶＲ
２及び矩形波ＶＲ３を、同じ時間軸上に示す図である。

【図４】短絡故障を判別する為の位相差を測定する試験
回路を示す図である。

【図５】トロリー線とレールとをＡＴ１とＡＴ２の中間
点で短絡させた場合及びフィーダ線とレールとをＡＴ１
とＡＴ２の中間点で短絡させた場合の試験結果を複素平
面上に示す図である。

【図６】トロリー線とレールとをＡＴ１のごく近傍で短
絡させた場合及びフィーダ線とレールとをＡＴ１のごく
近傍で短絡させた場合の試験結果を複素平面上に示す図
である。

【図７】トロリー線とレールとをＡＴ２のごく近傍で短
絡させた場合及びフィーダ線とレールとをＡＴ２のごく
近傍で短絡させた場合の試験結果を複素平面上に示す図
である。

【図８】図４においてトロリー線とレールとを短絡させ
た場合の特徴的な状態を直流回路で示す図である。
（ａ）はトロリー線に「＋」、フィーダ線に「−」の電
圧が架かっている時の状態を、（ｂ）はトロリー線に
「−」、フィーダ線に「＋」の電圧が架かっている時の
状態を示す。

【図９】図４においてフィーダ線とレールとを短絡させ
た場合の特徴的な状態を直流回路で示す図である。
（ａ）はトロリー線に「＋」、フィーダ線に「−」の電
圧が架かっている時の状態を、図８（ｂ）はトロリー線
に「−」、フィーダ線に「＋」の電圧が架かっている時
の状態を示す。

【図１０】本発明に係る実施の形態１の短絡故障判別装
置が短絡故障を判別する処理のフローチャートを示す図
である。

【図１１】本発明に係る実施の形態２の短絡故障判別部
１０９ａの詳細な構成を示す図である。

【図１２】本発明に係る実施の形態２の短絡故障判別装
置が短絡故障を判別する処理のフローチャートを示す図
である。

【図１３】交流電気鉄道のＡＴき電回路の概略を示す図
である。

【符号の説明】

１０１ フィーダ線 １０２ トロリー線 １０３ レール １０４ 変電所 １０４ａ 交流電源 １０４ｂ 短絡故障感知部 １０４ｃ 集計部 １０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ 単巻変圧器 １０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ 吸上線 １０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ 電流測定部 １０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ 電圧測定部 １０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ 短絡故障判別部 １１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ 通信部 １１１ 位相差検出部 １１２ 判別部 １１３ 記憶部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 常藤 敏男 大阪府大阪市北区芝田二丁目４番24号 西 日本旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 津田 善行 大阪府箕面市瀬川４丁目４番10号 津田電 気計器株式会社内 (72)発明者 田中 秀明 大阪府箕面市瀬川４丁目４番10号 津田電 気計器株式会社内 (72)発明者 北川 哲三 大阪府箕面市瀬川４丁目４番10号 津田電 気計器株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 変電所から交流電力を供給されるフィー
   ダ線とトロリー線を、レールと併走する状態に張架する
   と共に、フィーダ線とトロリー線の間に単巻変圧器を設
   置し、単巻変圧器の巻線の中点又は所定の電圧点と、単
   巻変圧器近傍のレールとを吸上線で接続してなる交流電
   気鉄道の単巻変圧器き電回路における短絡故障を判別す
   る装置であって、 トロリー線とレールとの短絡故障、及び、フィーダ線と
   レールとの短絡故障の何れかの発生を感知する感知手段
   と、 前記単巻変圧器に誘起する電圧と前記吸上線を流れる吸
   上電流との位相差を測定する測定手段と、 前記感知手段が感知した時点において、前記測定手段が
   測定した短絡故障時の位相差によって、前記感知手段が
   感知した短絡故障が、トロリー線とレールとの短絡故障
   であるかフィーダ線とレールとの短絡故障であるかを判
   別する判別手段とを備えることを特徴とする短絡故障判
   別装置。
2. 【請求項２】 前記測定手段は、前記単巻変圧器の両端
   の電圧、前記単巻変圧器のトロリー線側の電圧、又は、
   前記単巻変圧器のフィーダ線側の電圧と、前記吸上電流
   との位相差を測定することを特徴とする請求項１記載の
   短絡故障判別装置。
3. 【請求項３】 前記測定手段は、レールをグランドとし
   て測定した前記単巻変圧器のトロリー線側の電圧と、レ
   ールから吸上線を通って前記単巻変圧器へ流れる吸上電
   流との位相差を測定し、 前記判別手段は、前記短絡故障時の位相差がπ／２未満
   の場合はトロリー線とレールとの短絡故障であると判別
   し、前記短絡故障時の位相差がπ／２以上の場合はフィ
   ーダ線とレールとの短絡故障であると判別することを特
   徴とする請求項１記載の短絡故障判別装置。
4. 【請求項４】 前記測定手段は、レールをグランドとし
   て測定した前記単巻変圧器のフィーダ線側の電圧と、レ
   ールから吸上線を通って前記単巻変圧器へ流れる吸上電
   流との位相差を測定し、 前記判別手段は、前記短絡故障時の位相差がπ／２未満
   の場合はフィーダ線とレールとの短絡故障であると判別
   し、前記短絡故障時の位相差がπ／２以上の場合はトロ
   リー線とレールとの短絡故障であると判別することを特
   徴とする請求項１記載の短絡故障判別装置。
5. 【請求項５】 前記短絡故障判別装置は、さらに、 予め、トロリー線とレールとの短絡故障の場合と、フィ
   ーダ線とレールとの短絡故障の場合の前記短絡故障時の
   位相差を複数測定して、それぞれの場合別に決定した位
   相差の範囲を記憶する記憶手段を備え、 前記判別手段は、 前記記憶手段が記憶するそれぞれの位相差の範囲に、前
   記短絡故障時の位相差が入っているか否かを判定し、入
   っていると判定された位相差の範囲に対応する短絡故障
   であると判別することを特徴とする請求項１及び２の何
   れかに記載の短絡故障判別装置。
6. 【請求項６】 変電所から交流電力を供給されるフィー
   ダ線とトロリー線を、レールと併走する状態に張架する
   と共に、フィーダ線とトロリー線の間に単巻変圧器を設
   置し、単巻変圧器の巻線の中点又は所定の電圧点と、単
   巻変圧器近傍のレールとを吸上線で接続してなる交流電
   気鉄道の単巻変圧器き電回路における短絡故障を判別す
   る方法であって、 トロリー線とレールとの短絡故障、及び、フィーダ線と
   レールとの短絡故障の何れかの発生を感知する感知ステ
   ップと、 前記吸上線を流れる吸上電流と前記単巻変圧器に誘起す
   る電圧との位相差を測定する測定ステップと、 前記感知ステップが感知した時点において、前記測定ス
   テップが測定した短絡故障時の位相差によって、前記感
   知ステップが感知した短絡故障が、トロリー線とレール
   との短絡故障であるかフィーダ線とレールとの短絡故障
   であるかを判別する判別ステップとを備えることを特徴
   とする短絡故障判別方法。
7. 【請求項７】 前記短絡故障判別方法は、さらに、 予め、トロリー線とレールとの短絡故障の場合と、フィ
   ーダ線とレールとの短絡故障の場合の前記短絡故障時の
   位相差を複数測定して、それぞれの場合別に決定した位
   相差の範囲を記憶する記憶ステップを備え、 前記判別ステップは、 前記記憶ステップが記憶するそれぞれの位相差の範囲
   に、前記短絡故障時の位相差が入っているか否かを判定
   し、入っていると判定された位相差の範囲に対応する短
   絡故障であると判別することを特徴とする請求項６記載
   の短絡故障判別方法。