WO2018008074A1 - 駅舎電源装置および帯電検知方法 - Google Patents
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Abstract
列車(4)の回生ブレーキによって発生した回生電力を交流電力に変換して駅負荷(5)側に供給する駅舎電源装置(6)であって、列車(4)側との接続を遮断するための遮断器(11)と、駅負荷(5)側との接続を遮断するための遮断器(13)と、遮断器(11)と遮断器(13)との間にあって回生電力を交流電力に変換する電力変換器(12)と、遮断器(11)、電力変換器(12)、および遮断器(13)を収容する筐体(17)と筐体(17)の帯電状態を検知する電圧センサ(14)と、電圧センサ(14)の検知結果に基づいて、遮断器(11)、電力変換器(12)、および遮断器(13)の動作を制御する制御部(15)と、を備える。
Description
本発明は、交流系統から供給される交流電力と列車の余剰回生電力とを併用して駅構内の電気設備に電力を供給する駅に設置される駅舎電源装置および帯電検知方法に関するものである。
近年、直流き電列車の回生ブレーキによって発生した回生電力は、き電線を介して他の列車の力行電力として利用されている。このような直流き電系統では、同一の変電所区間内において、回生電力が力行電力を上回った場合はき電電圧が上昇し、回生電力が力行電力を下回った場合はき電電圧が低下する。
特許文献1には、駅舎電源装置が、回生電力が力行電力を上回る場合に生じる余剰回生電力を交流電力に変換し、交流系統を介して、直接、駅構内の空調装置、照明装置、昇降機などの電気設備に供給する技術が開示されている。以下、駅構内の電気設備を駅負荷とする。また、特許文献2には、駅舎電源装置が、駅負荷の消費電力を上回るき電線の電力を二次電池に蓄電し、き電電圧低下時に二次電池を放電してき電線に直流電力を供給する技術が開示されている。特許文献1,2に記載の駅舎電源装置によって、き電電圧の安定化を図りつつ、交流系統に逆潮流しない範囲で余剰回生電力を有効活用できる。
駅舎電源装置は、筐体内に電気部品が収納され、駅ホーム端または駅舎内の電気室に設置されている。鉄道事業会社においてメンテナンスを行う作業者は、数年に一度の頻度で駅舎電源装置の定期点検を行う際、駅舎電源装置の筐体の点検扉を開け、筐体に収納されている電気部品、配線、および筐体の異常の有無などの点検を行う。上記従来の駅舎電源装置において、漏電または配線の絶縁劣化などが発生した場合、き電線側からの電圧が駅舎電源装置の筐体に帯電する可能性がある。しかしながら、作業者は、駅舎電源装置の筐体が帯電状態にあることを認識できないため、定期点検の際に帯電状態にある駅舎電源装置の筐体に接触する可能性がある、という問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、筐体が帯電したことを検知可能な駅舎電源装置を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、直流き電列車の回生ブレーキによって発生した回生電力を交流電力に変換して駅負荷側に供給する駅舎電源装置である。駅舎電源装置は、直流き電列車側との接続を遮断するための第1の遮断器と、駅負荷側との接続を遮断するための第2の遮断器と、第1の遮断器と第2の遮断器との間にあって回生電力を交流電力に変換する電力変換器と、を備える。また、駅舎電源装置は、第1の遮断器、電力変換器、および第2の遮断器を収容する筐体と、筐体の帯電状態を検知する帯電検知部と、帯電検知部の検知結果に基づいて、第1の遮断器、電力変換器、および第2の遮断器の動作を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、筐体が帯電したことを検知できる、という効果を奏する。
以下に、本発明の実施の形態にかかる駅舎電源装置および帯電検知方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかる駅舎電源装置6を含む鉄道システム100の構成例を示す図である。鉄道システム100は、変電所1と、架線2と、レール3と、列車4と、駅負荷5と、駅舎電源装置6と、商用電源7と、を備える。
図1は、本発明の実施の形態1にかかる駅舎電源装置6を含む鉄道システム100の構成例を示す図である。鉄道システム100は、変電所1と、架線2と、レール3と、列車4と、駅負荷5と、駅舎電源装置6と、商用電源7と、を備える。
変電所1は、直流き電系統であり、駅舎電源装置6が設置された駅と同一変電所区間にある変電所である。変電所1は、管轄する変電所区間内を走行する列車4に対して、推進力となるための力行電力を供給する。なお、図1では列車4が1台だけであるが、変電所1が管轄する変電所区間内には複数の列車4があるものとする。
架線2は、変電所1からの電力が列車4に供給される場合の電流の経路である。また、架線2は、列車4がブレーキをかけたことによって発生した回生電力が、図示しない他の列車4または駅舎電源装置6に供給される場合の電流の経路である。
レール3は、列車4が走行する軌道である。また、レール3は、変電所1から供給された電力が列車4において力行電力として消費された場合に、列車4を経由して変電所1に電流が戻る帰線となる経路である。
列車4は、変電所1から供給された電力を力行電力として消費する直流き電列車である。また、列車4では、駅に停車する場合などでブレーキをかけると、列車4の制動力となるための回生電力が発生する。列車4は、発生した回生電力を、架線2経由で図示しない他の列車4または駅舎電源装置6に供給する。
駅負荷5は、駅舎電源装置6が設置された駅構内の空調装置、照明装置、昇降機などの電気設備である。駅負荷5は、交流系統である商用電源7から供給される交流電力と、列車4の余剰回生電力が駅舎電源装置6によって変換された交流電力とを併用して利用している。
駅舎電源装置6は、交流系統から供給される交流電力と列車4の余剰回生電力とを併用して駅負荷5に電力を供給する駅に設置される。駅舎電源装置6は、ある列車4の回生ブレーキによって発生した回生電力が他の列車4の推進力となる力行電力として消費しきれなかった電力、すなわち回生電力が力行電力を上回った分の回生電力である余剰回生電力を、交流電力に変換して駅負荷5側に供給する。図1では、列車4で発生した回生電力を回生エネルギーとして表し、列車4から駅舎電源装置6を経由して駅負荷5に流れる様子を示している。
商用電源7は、駅負荷5に交流電力を供給する交流系統である。
駅舎電源装置6の構成について説明する。駅舎電源装置6は、遮断器11と、電力変換器12と、遮断器13と、電圧センサ14と、制御部15と、表示部16と、筐体17と、を備える。
遮断器11は、架線2からの過大な事故電流などを遮断する。遮断器11は、駅舎電源装置6と列車4側の回路すなわち列車4側との接続を遮断するための第1の遮断器である。遮断器11は、通常動作時、列車4側と駅舎電源装置6とを接続している。遮断器11は、例えば、高速度遮断器である。
電力変換器12は、遮断器11と遮断器13との間にあって、列車4で発生した余剰回生電力を駅負荷5で利用されている商用電源7の交流系統の交流電圧に変換する。
遮断器13は、駅舎電源装置6と駅負荷5側の回路すなわち駅負荷5側との接続を遮断するための第2の遮断器である。遮断器13は、通常動作時、駅負荷5側と駅舎電源装置6とを接続している。遮断器13は、例えば、出力電磁接触器である。
電圧センサ14は、駅舎電源装置6の電気部品である遮断器11、電力変換器12および遮断器13などを収容した筐体17と、レール3との間の電圧の値である電圧値を検知する。電圧センサ14は、筐体17の帯電状態を検知する帯電検知部である。なお、帯電検知部である電圧センサ14については、駅舎電源装置6の筐体17の内部ではなく、外部にあってもよい。以降の実施の形態で説明する帯電検知部についても同様とする。
制御部15は、電圧センサ14で検知された電圧値、すなわち電圧センサ14の検知結果に基づいて、遮断器11,13、および電力変換器12の動作を制御する。また、制御部15は、表示部16に表示される表示内容を制御する。
表示部16は、筐体17の帯電状態を表示する。表示部16は、制御部15において筐体17が帯電したと判断した場合、制御部15の制御によって、筐体17が帯電したことを示す表示を行う。表示部16は、LCD(Liquid Crystal Display)などを用いて筐体17が帯電したことを文字で表示してもよいし、LED(Light Emitting Diode)などを用いて筐体17が帯電した場合にLEDを点灯させるようにしてもよい。表示部16については、鉄道事業会社のメンテナンスの作業者が筐体17に接触することなく確認できる位置に設置する。なお、表示部16の位置については、筐体17ではなく、駅の事務室などで作業者が確認できる位置、すなわち駅舎電源装置6から離れた位置に設置してもよい。この場合、駅舎電源装置6の制御部15と表示部16との間は、有線接続でもよいし、無線接続でもよい。また、駅舎電源装置6は、筐体17、および駅舎電源装置6から離れた位置の各々に表示部16を備えてもよい。
筐体17は、駅舎電源装置6の電気部品である遮断器11、電力変換器12および遮断器13などを収容する箱枠またはケースである。
鉄道システム100では、変電所1においてレール3が接地され、駅舎電源装置6において筐体17が接地されている。しかしながら、変電所1および駅舎電源装置6が接地されている場所によって、または変電所1と駅舎電源装置6との距離が離れている場合、アース電位が異なることがある。そのため、レール3と筐体17との間に電位差が発生することがある。また、駅舎電源装置6において、漏電または電気部品の配線の絶縁劣化が発生した場合、筐体17に架線2側からの電圧が帯電する可能性がある。変電所1から架線2に供給される電力は、例えば、1500Vである。鉄道事業会社のメンテナンスの作業者は、数年に1度、駅舎電源装置6を定期点検する。このとき、駅舎電源装置6の筐体17の部分が帯電していると、作業者が帯電している状態の筐体17に接触してしまう可能性がある。
そのため、駅舎電源装置6は、筐体17が帯電したと判断した場合、架線2側の直流き電系統、および駅負荷5側の交流系統との接続すなわち回路を遮断し、電力変換器12の動作を停止させる制御を行う。また、駅舎電源装置6は、筐体17が帯電したと判断した場合、筐体17が帯電したことを表示部16に表示させる制御を行う。これにより、駅舎電源装置6は、筐体17が帯電した場合において、作業者が筐体17に接触する事態を回避することが可能となる。作業者は、筐体17が帯電した場合、筐体17を接地して除電してから触れることができる。
つづいて、駅舎電源装置6の動作について説明する。図2は、実施の形態1にかかる駅舎電源装置6における帯電検知の処理を示すフローチャートである。まず、駅舎電源装置6において、電圧センサ14が、筐体17の帯電状態、具体的には、筐体17とレール3との間の電圧値を検知する(ステップS1)。なお、実施の形態1では、筐体17の方がレール3よりも電圧が高くなることを想定している。
制御部15は、電圧センサ14から、電圧センサ14で検知された電圧値を取得する(ステップS2)。駅舎電源装置6では、制御部15が、電圧センサ14で検知された電圧値を電圧センサ14から定期的に読み出してもよいし、電圧センサ14に通知機能がある場合、電圧センサ14が、検知した電圧値を定期的に制御部15に通知してもよい。
制御部15は、電圧センサ14から取得した電圧値と、電圧閾値とを比較する(ステップS3)。電圧閾値とは、筐体17が帯電したか否かを判断するための値である。電圧閾値の値は、人体への影響を考慮して設定可能な値とする。電圧センサ14から取得した電圧値が電圧閾値以下の場合(ステップS3:No)、駅舎電源装置6では、筐体17は帯電していないとして、ステップS1の処理に戻る。なお、筐体17では、0より大きく電圧閾値以下の電圧値が検出された場合、厳密には人体に影響のないレベルの電圧が帯電しているともいえる。しかしながら、ここでは、筐体17の電圧値が電圧閾値以下の場合は人体への影響は無いとして、帯電していないとして扱う。以降の実施の形態についても、人体への影響が無い場合は帯電していないとして扱う。
電圧センサ14から取得した電圧値が電圧閾値を超える場合(ステップS3:Yes)、制御部15は、電圧センサ14から取得した電圧値が電圧閾値を超える期間が継続して規定された期間経過したか否かを確認する(ステップS4)。規定された期間とは、サージまたは雷などによる瞬間的な電圧変動を排除するための期間を示すものである。サージまたは雷などによって電圧センサ14から取得した電圧値が瞬間的に電圧閾値を超えても、駅舎電源装置6として異常な状態ではないからである。制御部15は、電圧センサ14から取得した電圧値が電圧閾値を超える場合でも、電圧センサ14から取得した電圧値が電圧閾値を超える期間が規定された期間以下の場合、筐体17が帯電したと判断しない。
電圧センサ14から取得した電圧値が電圧閾値を超える期間が継続して規定された期間経過していない場合(ステップS4:No)、駅舎電源装置6では、瞬間的な電圧変動を排除するためこの時点では帯電したと判断せず、ステップS1の処理に戻る。電圧センサ14から取得した電圧値が電圧閾値を超える期間が継続して規定された期間経過した場合(ステップS4:Yes)、制御部15は、筐体17が帯電したと判断する(ステップS5)。
制御部15は、筐体17が帯電したと判断した場合、保護動作により、遮断器11によって列車4側との接続を遮断し、遮断器13によって駅負荷5側との接続を遮断する。また、制御部15は、保護動作により、電力変換器12の動作を停止させる(ステップS6)。そして、制御部15は、表示部16を制御して、表示部16に筐体17が帯電したことを示す表示をさせる(ステップS7)。
このように、駅舎電源装置6では、電圧センサ14が、筐体17とレール3との間の電圧値を検知する。制御部15は、電圧センサ14で検知された電圧値が電圧閾値を超え、さらに規定された期間継続した場合、筐体17が帯電したと判断する。制御部15は、保護動作により遮断器11,13で回路を遮断し、電力変換器12の動作を停止させる。なお、制御部15が遮断器11,13および電力変換器12を制御する順番について、先に電力変換器12を停止してから遮断器11,13で遮断してもよいし、遮断器11、電力変換器12、遮断器13の順にしてもよいし、特に限定されない。
つづいて、駅舎電源装置6のハードウェア構成について説明する。駅舎電源装置6において、遮断器11,13は開閉器により実現される。電力変換器12はインバータ回路により実現される。電圧センサ14は直流電圧を計測する測定器により実現される。表示部16はLCDまたはLEDにより実現される。筐体17は金属製の箱枠またはケースである。制御部15は、処理回路により実現される。すなわち、駅舎電源装置6は、筐体17が帯電したか否かを判断し、帯電したと判断した場合に遮断器11,13により回路を遮断し、電力変換器12の動作を停止させるための処理回路を備える。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、メモリに格納されるプログラムを実行するCPU(Central Processing Unit)およびメモリであってもよい。
図3は、実施の形態1にかかる駅舎電源装置6の制御部15をCPUおよびメモリで構成する場合の例を示す図である。処理回路がCPU91およびメモリ92で構成される場合、制御部15の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ92に格納される。処理回路では、メモリ92に記憶されたプログラムをCPU91が読み出して実行することにより、各機能を実現する。すなわち、駅舎電源装置6は、制御部15が処理回路により実行されるときに、筐体17が帯電したか否かを判断するステップ、帯電したと判断した場合に遮断器11,13により回路を遮断し、電力変換器12の動作を停止させるステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ92を備える。また、これらのプログラムは、駅舎電源装置6の手順および方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、CPU91は、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、またはDSP(Digital Signal Processor)などであってもよい。また、メモリ92とは、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable ROM)、EEPROM(Electrically EPROM)などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、またはDVD(Digital Versatile Disc)などが該当する。
図4は、実施の形態1にかかる駅舎電源装置6の制御部15を専用のハードウェアで構成する場合の例を示す図である。処理回路が専用のハードウェアである場合、図4に示す処理回路93は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、またはこれらを組み合わせたものが該当する。制御部15の各機能を機能別に処理回路93で実現してもよいし、各機能をまとめて処理回路93で実現してもよい。
なお、制御部15の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。このように、処理回路は、専用のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。
以上説明したように、本実施の形態によれば、駅舎電源装置6では、電圧センサ14が、駅舎電源装置6の筐体17とレール3との間の電圧値を検知し、制御部15が、電圧センサ14で検知された電圧値が電圧閾値を超え、かつ電圧値が電圧閾値を超えた期間が継続して規定された期間経過した場合、筐体17が帯電したと判断する。そして、制御部15は、保護動作により、遮断器11,13により回路を遮断し、電力変換器12の動作を停止させ、表示部16に帯電したことを表示させることとした。これにより、駅舎電源装置6の筐体17が帯電した場合において、作業者が筐体17に接触する事態を回避することが可能となる。また、制御部15が、表示部16に帯電したことを表示させるので、電力変換器12の動作が停止したことを早期にメンテナンス作業者に気付かせることができ、駅舎電源装置6の復帰を素早く行うことが可能となる。そうすることにより、余剰回生電力の有効利用が可能となる。
実施の形態2.
実施の形態2では、帯電検知部として電流リレーおよび高抵抗の回路を使用する。実施の形態1と異なる部分について説明する。
実施の形態2では、帯電検知部として電流リレーおよび高抵抗の回路を使用する。実施の形態1と異なる部分について説明する。
図5は、実施の形態2にかかる駅舎電源装置6aを含む鉄道システム100aの構成例を示す図である。鉄道システム100aは、鉄道システム100に対して、駅舎電源装置6を駅舎電源装置6aに置き換えたものである。鉄道システム100aにおいて、駅舎電源装置6aは、鉄道システム100における駅舎電源装置6と同様の動作を行う。
駅舎電源装置6aの構成について説明する。駅舎電源装置6aは、駅舎電源装置6に対して、電圧センサ14および制御部15に替えて、制御部15a、電流リレー18、および回路19を追加した構成である。実施の形態2では、実施の形態1の電圧センサ14を電流リレー18および回路19に置き換え、電流リレー18および回路19で帯電検知部を構成する。
電流リレー18は、筐体17と列車4が走行するレール3との間に流れる電流が電流閾値を超えたときにオンする。電流リレー18は、内蔵するコイルに電流が流れるとコイルが磁石になり、磁力の影響でスイッチを動かしてオンになる。電流閾値とは、筐体17が帯電したか否かを判断するための値である。電流閾値の値は、人体への影響を考慮して設定可能な値とする。電流リレー18は、筐体17の帯電状態を検知する。実施の形態2では、筐体17が帯電した場合に、電流リレー18に電流閾値を超える電流が流れるものとする。
回路19は、抵抗値の高い回路である。回路19は、筐体17が帯電した場合に電流リレー18に電流閾値を超える電流が流れるように設定された抵抗値を持つ回路である。
制御部15aは、電流リレー18のオンまたはオフの状態に基づいて、遮断器11,13、および電力変換器12の動作を制御する。また、制御部15aは、表示部16に表示される表示内容を制御する。
実施の形態1では、制御部15は、電圧センサ14で検知された電圧値が電圧閾値を超え、かつ規定された期間経過したときに、筐体17が帯電したと判断していた。実施の形態2では、制御部15aは、電流リレー18がオンの状態にあり、かつ規定された期間経過したときに、筐体17が帯電したと判断する。
つづいて、駅舎電源装置6aの動作について説明する。図6は、実施の形態2にかかる駅舎電源装置6aにおける帯電検知の処理を示すフローチャートである。まず、駅舎電源装置6aにおいて、制御部15aは、筐体17の帯電状態、具体的には、電流リレー18の状態を取得する(ステップS11)。駅舎電源装置6aでは、制御部15aが、電流リレー18の状態を電流リレー18から定期的に読み出してもよいし、電流リレー18に通知機能がある場合、電流リレー18が、電流リレー18の状態を定期的に制御部15aに通知してもよい。
制御部15aは、電流リレー18の状態がオンか否かを確認する(ステップS12)。電流リレー18がオフの場合(ステップS12:No)、駅舎電源装置6aでは、筐体17は帯電していないとして、ステップS11の処理に戻る。電流リレー18がオンの場合(ステップS12:Yes)、制御部15aは、電流リレー18がオンの状態が継続して規定された期間経過したか否かを確認する(ステップS13)。規定された期間とは、サージまたは雷などによる瞬間的な電流変動を排除するための期間を示すものである。サージまたは雷などによって電流リレー18から取得した電流リレー18の状態が瞬間的にオンになっても、駅舎電源装置6aとして異常な状態ではないからである。制御部15aは、電流リレー18がオンの場合でも、電流リレー18がオンの状態が規定された期間以下の場合、筐体17が帯電したと判断しない。
電流リレー18がオンの状態が継続して規定された期間経過していない場合(ステップS13:No)、駅舎電源装置6aでは、瞬間的な電圧変動を排除するためこの時点では帯電したと判断せず、ステップS11の処理に戻る。電流リレー18がオンの状態が継続して規定された期間経過した場合(ステップS13:Yes)、制御部15aは、筐体17が帯電したと判断する(ステップS5)。以降の処理は、実施の形態1と同様である。
なお、駅舎電源装置6aのハードウェア構成について、制御部15aは、実施の形態1の制御部15と同様の処理回路により実現される。
以上説明したように、本実施の形態によれば、駅舎電源装置6aでは、電流リレー18が、電流閾値を超える電流が流れた場合にオンし、制御部15aが、電流リレー18がオンの状態であり、かつ電流リレー18がオンの状態が継続して規定された期間経過した場合、筐体17が帯電したと判断する。そして、制御部15aは、保護動作により、遮断器11,13により回路を遮断し、電力変換器12の動作を停止させ、表示部16に帯電したことを表示させることとした。この場合においても、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
実施の形態3.
実施の形態3では、帯電検知部として電流センサおよび高抵抗の回路を使用する。実施の形態1,2と異なる部分について説明する。
実施の形態3では、帯電検知部として電流センサおよび高抵抗の回路を使用する。実施の形態1,2と異なる部分について説明する。
図7は、実施の形態3にかかる駅舎電源装置6bを含む鉄道システム100bの構成例を示す図である。鉄道システム100bは、鉄道システム100に対して、駅舎電源装置6を駅舎電源装置6bに置き換えたものである。鉄道システム100bにおいて、駅舎電源装置6bは、鉄道システム100における駅舎電源装置6と同様の動作を行う。
駅舎電源装置6bの構成について説明する。駅舎電源装置6bは、駅舎電源装置6に対して、電圧センサ14および制御部15に替えて、制御部15b、電流センサ20、および回路21を追加した構成である。実施の形態3では、実施の形態1の電圧センサ14を電流センサ20および回路21に置き換え、電流センサ20および回路21で帯電検知部を構成する。
電流センサ20は、筐体17と列車4が走行するレール3との間に流れる電流の値である電流値を検知する。電流センサ20は、筐体17の帯電状態を検知する。
回路21は、抵抗値の高い回路である。回路21は、実施の形態2の回路19と同様、筐体17が帯電した場合に電流センサ20に電流閾値を超える電流が流れるように設定された抵抗値を持つ回路であってもよいし、回路19とは異なる抵抗値を持つ回路であってもよい。実施の形態3では、制御部15bが電流センサ20で検知された電流値を読み取ることができるため、電流閾値の大きさは実施の形態2と実施の形態3で異なっていてもよい。
制御部15bは、電流センサ20で検知された電流値、すなわち検知結果に基づいて、遮断器11,13、および電力変換器12の動作を制御する。また、制御部15bは、表示部16に表示される表示内容を制御する。
実施の形態1では、制御部15は、電圧センサ14で検知された電圧値が電圧閾値を超え、かつ規定された期間経過したときに、筐体17が帯電したと判断していた。実施の形態3では、制御部15bは、電流センサ20で検知された電流値が電流閾値を超え、かつ規定された期間経過したときに、筐体17が帯電したと判断する。
つづいて、駅舎電源装置6bの動作について説明する。図8は、実施の形態3にかかる駅舎電源装置6bにおける帯電検知の処理を示すフローチャートである。まず、駅舎電源装置6bにおいて、電流センサ20が、筐体17の帯電状態、具体的には、筐体17とレール3との間の電流値を検知する(ステップS21)。なお、実施の形態3では、筐体17からレール3の方向に電流が流れることを想定している。
制御部15bは、電流センサ20から、電流センサ20で検知された電流値を取得する(ステップS22)。駅舎電源装置6bでは、制御部15bが、電流センサ20で検知された電流値を電流センサ20から定期的に読み出してもよいし、電流センサ20に通知機能がある場合、電流センサ20が、検知した電流値を定期的に制御部15bに通知してもよい。
制御部15bは、電流センサ20から取得した電流値と、電流閾値とを比較する(ステップS23)。電流閾値とは、筐体17が帯電したか否かを判断するための値である。電流センサ20から取得した電流値が電流閾値以下の場合(ステップS23:No)、駅舎電源装置6bでは、筐体17は帯電していないとして、ステップS21の処理に戻る。
電流センサ20から取得した電流値が電流閾値を超える場合(ステップS23:Yes)、制御部15bは、電流センサ20から取得した電流値が電流閾値を超える期間が継続して規定された期間経過したか否かを確認する(ステップS24)。規定された期間とは、サージまたは雷などによる瞬間的な電流変動を排除するための期間を示すものである。サージまたは雷などによって電流センサ20から取得した電流値が瞬間的に電流閾値を超えても、駅舎電源装置6bとして異常な状態ではないからである。制御部15bは、電流センサ20から取得した電流値が電流閾値を超える場合でも、電流センサ20から取得した電流値が電流閾値を超える期間が規定された期間以下の場合、筐体17が帯電したと判断しない。
電流センサ20から取得した電流値が電流閾値を超える期間が継続して規定された期間経過していない場合(ステップS24:No)、駅舎電源装置6bでは、瞬間的な電圧変動を排除するためこの時点では帯電したと判断せず、ステップS21の処理に戻る。電流センサ20から取得した電流値が電流閾値を超える期間が継続して規定された期間経過した場合(ステップS24:Yes)、制御部15bは、筐体17が帯電したと判断する(ステップS5)。以降の処理は、実施の形態1と同様である。
なお、駅舎電源装置6bのハードウェア構成について、制御部15bは、実施の形態1の制御部15と同様の処理回路により実現される。
以上説明したように、本実施の形態によれば、駅舎電源装置6bでは、電流センサ20が、駅舎電源装置6bの筐体17とレール3との間の電流値を検知し、制御部15bが、電流センサ20で検知された電流値が電流閾値を超え、かつ電流値が電流閾値を超えた期間が継続して規定された期間経過した場合、筐体17が帯電したと判断する。そして、制御部15bは、保護動作により、遮断器11,13により回路を遮断し、電力変換器12の動作を停止させ、表示部16に帯電したことを表示させることとした。この場合においても、実施の形態1,2と同様の効果を得ることができる。
実施の形態4.
実施の形態4では、実施の形態1の駅舎電源装置6において、電圧閾値が複数ある場合の制御について説明する。
実施の形態4では、実施の形態1の駅舎電源装置6において、電圧閾値が複数ある場合の制御について説明する。
駅舎電源装置6、および駅舎電源装置6を含む鉄道システム100の構成は実施の形態1と同様である。実施の形態4では、電圧閾値が2つある場合について説明するが、一例であり、電圧閾値が3つ以上あってもよい。実施の形態4では、実施の形態1で説明した電圧閾値を第1の電圧閾値とし、第1の電圧閾値より小さい値の電圧閾値を第2の電圧閾値とする。第2の電圧閾値とは、筐体17が現時点では帯電していないが、将来的に第1の電圧閾値の大きさになる、すなわち帯電する可能性があるか否かを判断するための値である。第2の電圧閾値は、例えば、第1の電圧閾値の1/2の値として設定可能な値である。
つづいて、駅舎電源装置6の動作について説明する。図9は、実施の形態4にかかる駅舎電源装置6における帯電検知の処理を示すフローチャートである。ステップS1およびステップS2の処理は、実施の形態1と同様である。
制御部15は、電圧センサ14から取得した電圧値と、第1の電圧閾値とを比較する(ステップS31)。電圧センサ14から取得した電圧値が第1の電圧閾値を超える場合(ステップS31:Yes)、制御部15は、電圧センサ14から取得した電圧値が第1の電圧閾値を超える期間が継続して規定された期間経過したか否かを確認する(ステップS4)。ステップS31:Yesの場合の以降の処理は、実施の形態1と同様である。
電圧センサ14から取得した電圧値が第1の電圧閾値以下の場合(ステップS31:No)、制御部15は、電圧センサ14から取得した電圧値と、第2の電圧閾値とを比較する(ステップS32)。電圧センサ14から取得した電圧値が第2の電圧閾値以下の場合(ステップS32:No)、駅舎電源装置6では、筐体17は帯電しておらず、また将来的に帯電する可能性もないとして、ステップS1の処理に戻る。
電圧センサ14から取得した電圧値が第2の電圧閾値を超える場合(ステップS32:Yes)、制御部15は、電圧センサ14から取得した電圧値が第2の電圧閾値を超える期間が継続して規定された期間経過したか否かを確認する(ステップS33)。
電圧センサ14から取得した電圧値が第2の電圧閾値を超える期間が継続して規定された期間経過していない場合(ステップS33:No)、駅舎電源装置6では、瞬間的な電圧変動を排除するためこの時点では帯電したと判断せず、ステップS1の処理に戻る。電圧センサ14から取得した電圧値が第2の電圧閾値を超える期間が継続して規定された期間経過した場合(ステップS33:Yes)、制御部15は、筐体17が帯電する可能性があると判断する(ステップS34)。
制御部15は、筐体17が帯電する可能性があると判断した場合、この段階では遮断器11,13および電力変換器12に対する保護動作は実施しない。制御部15は、表示部16を制御して、表示部16に筐体17が帯電する可能性があることを示す表示をさせる(ステップS35)。制御部15は、表示部16がLCDの場合、ステップS7のときとステップS35のときで異なる内容のコメントを表示させることができる。制御部15は、表示部16がLEDの場合、ステップS7のときとステップS35のときで、異なる色で点灯させる、異なる数を点灯させる、点滅、常時点灯など異なる発光方法で点灯させるなどの方法で、区別できるように表示させる。実施の形態4における図9のフローチャートは、実施の形態1における図2のフローチャートに対して、ステップS3に替えて、ステップS31からステップS35を追加したものである。
以上説明したように、本実施の形態によれば、駅舎電源装置6では、制御部15が、複数の電圧閾値を用いて、現時点で筐体17は帯電していないが、将来的に筐体17が帯電する可能性があることを判断することとした。これにより、駅舎電源装置6において、制御部15は、筐体17が帯電状態になって保護動作を行う前に、作業者に対して筐体17が帯電する可能性があることを警告することが可能となる。なお、電圧閾値が3つ以上ある場合、制御部15は、段階的に警告することが可能となる。
実施の形態5.
実施の形態5では、実施の形態3の駅舎電源装置6bにおいて、電流閾値が複数ある場合の制御について説明する。
実施の形態5では、実施の形態3の駅舎電源装置6bにおいて、電流閾値が複数ある場合の制御について説明する。
駅舎電源装置6b、および駅舎電源装置6bを含む鉄道システム100bの構成は実施の形態3と同様である。実施の形態5では、電流閾値が2つある場合について説明するが、一例であり、電流閾値が3つ以上あってもよい。実施の形態5では、実施の形態3で説明した電流閾値を第1の電流閾値とし、第1の電流閾値より小さい値の電流閾値を第2の電流閾値とする。第2の電流閾値とは、筐体17が現時点では帯電していないが、将来的に第1の電流閾値の大きさになる、すなわち帯電する可能性があるか否かを判断するための値である。第2の電流閾値は、例えば、第1の電流閾値の1/2の値として設定可能な値である。
つづいて、駅舎電源装置6bの動作について説明する。図10は、実施の形態5にかかる駅舎電源装置6bにおける帯電検知の処理を示すフローチャートである。ステップS21およびステップS22の処理は、実施の形態3と同様である。
制御部15bは、電流センサ20から取得した電流値と、第1の電流閾値とを比較する(ステップS41)。電流センサ20から取得した電流値が第1の電流閾値を超える場合(ステップS41:Yes)、制御部15bは、電流センサ20から取得した電流値が第1の電流閾値を超える期間が継続して規定された期間経過したか否かを確認する(ステップS24)。ステップS41:Yesの場合の以降の処理は、実施の形態3と同様である。
電流センサ20から取得した電流値が第1の電流閾値以下の場合(ステップS41:No)、制御部15bは、電流センサ20から取得した電流値と、第2の電流閾値とを比較する(ステップS42)。電流センサ20から取得した電流値が第2の電流閾値以下の場合(ステップS42:No)、駅舎電源装置6bでは、筐体17は帯電しておらず、また将来的に帯電する可能性もないとして、ステップS21の処理に戻る。
電流センサ20から取得した電流値が第2の電流閾値を超える場合(ステップS42:Yes)、制御部15bは、電流センサ20から取得した電流値が第2の電流閾値を超える期間が継続して規定された期間経過したか否かを確認する(ステップS43)。
電流センサ20から取得した電流値が第2の電流閾値を超える期間が継続して規定された期間経過していない場合(ステップS43:No)、駅舎電源装置6bでは、瞬間的な電圧変動を排除するためこの時点では帯電したと判断せず、ステップS21の処理に戻る。電流センサ20から取得した電流値が第2の電流閾値を超える期間が継続して規定された期間経過した場合(ステップS43:Yes)、制御部15bは、筐体17が帯電する可能性があると判断する(ステップS44)。制御部15bは、表示部16を制御して、表示部16に筐体17が帯電する可能性があることを示す表示をさせる(ステップS45)。ステップS44およびステップS45の処理は、実施の形態4のステップS34およびステップS35と同様である。実施の形態5における図10のフローチャートは、実施の形態3における図8のフローチャートに対して、ステップS23に替えて、ステップS41からステップS45を追加したものである。
以上説明したように、本実施の形態によれば、駅舎電源装置6bでは、制御部15bが、複数の電流閾値を用いて、現時点で筐体17は帯電していないが、将来的に筐体17が帯電する可能性があることを判断することとした。この場合においても、実施の形態4と同様の効果を得ることができる。また、実施の形態4と同様、電流閾値が3つ以上ある場合、制御部15bは、段階的に警告することが可能となる。
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
1 変電所、2 架線、3 レール、4 列車、5 駅負荷、6,6a,6b 駅舎電源装置、7 商用電源、11,13 遮断器、12 電力変換器、14 電圧センサ、15,15a,15b 制御部、16 表示部、17 筐体、18 電流リレー、19,21 回路、20 電流センサ、100,100a,100b 鉄道システム。
Claims (10)
- 直流き電列車の回生ブレーキによって発生した回生電力を交流電力に変換して駅負荷側に供給する駅舎電源装置であって、
前記直流き電列車側との接続を遮断するための第1の遮断器と、
前記駅負荷側との接続を遮断するための第2の遮断器と、
前記第1の遮断器と前記第2の遮断器との間にあって前記回生電力を前記交流電力に変換する電力変換器と、
前記第1の遮断器、前記電力変換器、および前記第2の遮断器を収容する筐体と、
前記筐体の帯電状態を検知する帯電検知部と、
前記帯電検知部の検知結果に基づいて、前記第1の遮断器、前記電力変換器、および前記第2の遮断器の動作を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする駅舎電源装置。 - 前記制御部は、前記帯電検知部の検知結果に基づいて、前記筐体が帯電したと判断する場合、前記第1の遮断器、前記電力変換器、および前記第2の遮断器の動作を制御する、
ことを特徴とする請求項1に記載の駅舎電源装置。 - 前記帯電検知部は、前記筐体と前記直流き電列車が走行するレールとの間の電圧値を検知する電圧センサを備え、
前記制御部は、前記帯電検知部で検知された電圧値が電圧閾値を超え、かつ前記電圧値が前記電圧閾値を超える期間が継続して規定された期間経過した場合、前記筐体は帯電したと判断する、
ことを特徴とする請求項2に記載の駅舎電源装置。 - 前記帯電検知部は、前記筐体と前記直流き電列車が走行するレールとの間に流れる電流が電流閾値を超えたときにオンする電流リレーを備え、
前記制御部は、前記帯電検知部で前記電流リレーがオンの状態が継続して規定された期間経過した場合、前記筐体は帯電したと判断する、
ことを特徴とする請求項2に記載の駅舎電源装置。 - 前記帯電検知部は、前記筐体と前記直流き電列車が走行するレールとの間に流れる電流の電流値を検知する電流センサを備え、
前記制御部は、前記帯電検知部で検知された電流値が電流閾値を超え、かつ前記電流値が前記電流閾値を超える期間が継続して規定された期間経過した場合、前記筐体は帯電したと判断する、
ことを特徴とする請求項2に記載の駅舎電源装置。 - 前記制御部は、前記筐体が帯電したと判断した場合、前記第1の遮断器によって前記直流き電列車側との接続を遮断し、前記第2の遮断器によって前記駅負荷側との接続を遮断し、前記電力変換器の動作を停止させる、
ことを特徴とする請求項2に記載の駅舎電源装置。 - 前記筐体の帯電状態を表示する表示部、
を備え、
前記制御部は、前記筐体が帯電したと判断した場合、前記表示部に前記筐体が帯電したことを示す表示をさせる、
ことを特徴とする請求項2に記載の駅舎電源装置。 - 前記筐体の帯電状態を表示する表示部、
を備え、
前記電圧閾値を第1の電圧閾値とし、前記第1の電圧閾値より小さい値の電圧閾値を第2の電圧閾値とする場合に、
前記制御部は、前記帯電検知部で検知された電圧値が前記第1の電圧閾値以下であるが前記第2の電圧閾値を超え、かつ前記電圧値が前記第2の電圧閾値を超えた期間が継続して規定された期間経過した場合、前記筐体は帯電する可能性があると判断し、前記表示部に前記筐体が帯電する可能性があることを示す表示をさせる、
ことを特徴とする請求項3に記載の駅舎電源装置。 - 前記筐体の帯電状態を表示する表示部、
を備え、
前記電流閾値を第1の電流閾値とし、前記第1の電流閾値より小さい値の電流閾値を第2の電流閾値とする場合に、
前記制御部は、前記帯電検知部で検知された電流値が前記第1の電流閾値以下であるが前記第2の電流閾値を超え、かつ前記電流値が前記第2の電流閾値を超えた期間が継続して規定された期間以上になった場合、前記筐体は帯電する可能性があると判断し、前記表示部に前記筐体が帯電する可能性があることを示す表示をさせる、
ことを特徴とする請求項5に記載の駅舎電源装置。 - 直流き電列車側との接続を遮断するための第1の遮断器と、駅負荷側との接続を遮断するための第2の遮断器と、前記第1の遮断器と前記第2の遮断器との間にあって回生電力を交流電力に変換する電力変換器と、前記第1の遮断器、前記電力変換器、および前記第2の遮断器を収容する筐体と、を備える駅舎電源装置における帯電検知方法であって、
帯電検知部が、前記筐体の帯電状態を検知する帯電検知ステップと、
制御部が、前記帯電検知部の検知結果に基づいて、前記筐体が帯電したと判断した場合、前記第1の遮断器によって前記直流き電列車側との接続を遮断し、前記第2の遮断器によって前記駅負荷側との接続を遮断し、前記電力変換器の動作を停止させる制御ステップと、
を含むことを特徴とする帯電検知方法。
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