WO2023042250A1 - 避雷器監視装置およびそれを備えた鉄道車両 - Google Patents

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WO2023042250A1
WO2023042250A1 PCT/JP2021/033698 JP2021033698W WO2023042250A1 WO 2023042250 A1 WO2023042250 A1 WO 2023042250A1 JP 2021033698 W JP2021033698 W JP 2021033698W WO 2023042250 A1 WO2023042250 A1 WO 2023042250A1
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WO
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lightning arrester
deterioration
current
monitoring device
signal
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PCT/JP2021/033698
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English (en)
French (fr)
Inventor
恵介 ▲高▼橋
剛 立石
雅人 太田
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川崎車両株式会社
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Publication date
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Priority to JP2023547957A priority patent/JPWO2023042250A1/ja
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections

Definitions

  • the present disclosure relates to a lightning arrester monitoring device and a railway vehicle equipped with the same.
  • This lightning arrester leakage current detection device As a prior art related to this type of lightning arrester, there is a leakage current detection device for a lightning arrester installed at a substation (for example, see Patent Document 1).
  • This lightning arrester leakage current detection device has a total leakage current measuring section and a total leakage current storage section. Further, it has a high-order harmonic elimination unit for the total leakage current, a total leakage current waveform adjustment unit, a total leakage current difference detection unit, and a resistance component current detection unit for the total leakage current. A current is obtained, and deterioration of the lightning arrester can be detected at an early stage based on the obtained resistive current.
  • the lightning arrester installed in the railroad vehicle diverts the large current to the vehicle body so that it does not flow to the main circuit.
  • a lightning arrester may deteriorate more than expected even within a predetermined specified period.
  • the leakage current flowing from the arrester to the vehicle body increases and the amount of power transmitted to the main circuit decreases.
  • the prior art described above relates to a lightning arrester installed at a substation or the like, and measures the total leakage current of the lightning arrester at a predetermined time to monitor deterioration of the lightning arrester. Therefore, it cannot be applied to deterioration monitoring of lightning arresters installed in railway vehicles that are operated at different times depending on the operation schedule or the like.
  • one aspect of the present disclosure aims to provide a lightning arrester monitoring device capable of monitoring deterioration of a lightning arrester from a value of current flowing from the lightning arrester installed in the railroad vehicle to a vehicle body, and a railroad vehicle including the same. do.
  • a lightning arrester monitoring device measures the value of current flowing from the lightning arrester to the grounding portion of the vehicle body in an electric circuit between the lightning arrester of the railway vehicle and the vehicle body of the railway vehicle.
  • a galvanometer measures the current values measured by the galvanometer in chronological order as historical data, and a predetermined unit time from the time-series changes in the historical data recorded in the data storage device.
  • a controller that determines that the lightning arrester has deteriorated and outputs a predetermined deterioration signal when the average value of the current values in the above exceeds a predetermined deterioration threshold.
  • a lightning arrester monitoring device capable of monitoring the deterioration of the lightning arrester from the value of the current flowing from the lightning arrester installed in the railway vehicle to the vehicle body.
  • FIG. 1 is a side view schematically showing a railway vehicle according to one embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is an overall view of a lightning arrester monitoring device provided in the railway vehicle shown in FIG.
  • FIG. 3 is a block diagram including the configuration of the lightning arrester monitoring device shown in FIG. Figure 4 shows changes in current and voltage when the current flowing from the arrester to the vehicle body measured by the galvanometer of the arrester monitoring device shown in Figure 3 is normal, and changes in current and voltage when the arrester fails.
  • graph. 5 is a graph showing a first measurement example of current values measured by the galvanometer shown in FIG. 3 in chronological order.
  • FIG. 6 is a graph showing a second measurement example of current values measured by the galvanometer shown in FIG. 3 in chronological order.
  • FIG. 5 is a graph showing a first measurement example of current values measured by the galvanometer shown in FIG. 3 in chronological order.
  • FIG. 6 is a graph showing a second measurement example of current values measured by the galvanometer shown in FIG. 3 in
  • FIG. 7 is a graph showing average current values per unit time in the second measurement example shown in FIG.
  • FIG. 8 is a graph showing an example of dividing the deterioration level of a lightning arrester by a plurality of deterioration thresholds.
  • FIG. 9 is a graph showing an example of setting a plurality of deterioration levels based on current values from changes in current and voltage shown in FIG.
  • FIG. 10 is a first flow chart showing the operation of the lightning arrester monitoring device during operation of the railway vehicle.
  • FIG. 11 is a second flow chart showing the operation of the lightning arrester monitoring device when the railroad vehicle is powered on.
  • FIG. 12 is a third flow chart showing the operation of the lightning arrester monitoring device when the power source of the railway vehicle is stopped.
  • FIG. 13 is a drawing showing an example of a "warning" display on the monitor screen shown in FIGS. 10 and 11.
  • FIG. FIG. 14 is a drawing showing an example of "failure" display on the monitor screen shown in FIGS
  • FIG. 1 is a side view schematically showing a railway vehicle 10 according to one embodiment.
  • the railcar 10 of this embodiment shows an example of an 8-car train.
  • a railway vehicle 10 is a set train in which a plurality of vehicles 1 to 8 are connected to each other.
  • pantographs 11 are provided on the roofs of the cars 3 and 6 .
  • the pantograph 11 is in contact with the overhead wire 100 with a constant pressure.
  • the railcar 10 runs on rails 110 with wheels 12 .
  • an eight-car train 10 is shown as an example, but the number of cars and the arrangement of pantographs and the like are not limited to this example.
  • FIG. 2 is an overall view of the lightning arrester monitoring device 20 provided in the railcar 10 shown in FIG.
  • FIG. 3 is a block diagram including the configuration of the arrester monitoring device 20 shown in FIG.
  • a current transformer (CT) 14 transforms a large current that flows from an overhead wire 100 to a power supply line 13 via a pantograph 11 into a small current.
  • a circuit breaker (for example, a vacuum circuit breaker (VCB)) 15 is provided downstream of the current transformer 14 to disconnect the current transformer 14 from the main circuit 40 .
  • a lightning arrester (Arrester) 16 is provided to flow temporary large currents such as lightning and surge currents to the vehicle body 19. As shown in FIG. The vehicle body 19 is designed to allow the current to escape to the rail 110 .
  • a main circuit 40 is provided downstream of the lightning arrester 16 via a main circuit electric line 17 .
  • the current from the pantograph 11 flows through the current transformer 14 and the circuit breaker 15 to the lightning arrester 16 and the main circuit 40 .
  • the lightning arrester 16 releases the current from the vehicle body 19 to the rail 110 via the electric circuit 18 to protect the main circuit 40 .
  • the current transformer 14, the circuit breaker 15 and the lightning arrester 16 can be those suitable for the railway vehicle 10. FIG.
  • the railway vehicle 10 of this embodiment is equipped with a lightning arrester monitoring device 20 having a galvanometer 21 in the electric line 18 between the lightning arrester 16 and the vehicle body 19 .
  • the galvanometer 21 measures the current value flowing from the lightning arrester 16 to the vehicle body 19 via the electric circuit 18 .
  • a moving coil type can be used for the galvanometer 21, for example, a moving coil type can be used.
  • the electric current flowing through the electric line 18 includes a leakage current flowing from the lightning arrester 16 to the vehicle body 19, a temporary large current due to lightning, a surge current flowing when the pantograph 11 is connected, and the like.
  • the galvanometer 21 is electrically connected to the data memory 22 of the arrester monitoring device 20 .
  • the current values measured by the galvanometer 21 are recorded in the data memory 22 in chronological order.
  • the data storage device 22 may be configured integrally with the controller 23 .
  • a device containing a recording medium such as a flash memory or a hard disk for recording the current value measured by the gal
  • the lightning arrester monitoring device 20 measures the current flowing from the lightning arrester 16 to the vehicle body 19 on the electric circuit 18 with the galvanometer 21 .
  • the current values measured by the galvanometer 21 are sent to the data memory 22 and stored in chronological order.
  • Data memory 22 is electrically connected to controller 23 .
  • the controller 23 includes a determiner 24 , and based on the determination result of the determiner 24 , a circuit breaker opening signal is output from the first output circuit 25 to the control circuit 27 of the railcar 10 as will be described later.
  • the second output circuit 26 outputs a pantograph upward prohibition signal to the control circuit 27 of the railway vehicle 10 .
  • the controller 23 has a decision device 24 including a processor, volatile memory, non-volatile memory, etc., an I/O interface, and the like.
  • the signal input of the current value recorded in the data memory 22, the signal output from the first output circuit 25, the signal output from the second output circuit 26, and the signal output from the determiner 24 to the display 30 are connected to the I/O Realized by an interface.
  • the determiner 24 is realized by the processor performing arithmetic processing using the volatile memory based on the program stored in the nonvolatile memory.
  • a control signal for opening the circuit breaker 15 or prohibiting the pantograph 11 from rising is output to the control circuit 27 of the railway vehicle 10.
  • a predetermined deterioration signal is output to a display device 30 such as a vehicle monitor to issue a warning.
  • FIG. 4 shows changes in current and voltage when the current value flowing from the arrester 16 to the vehicle body 19 measured by the galvanometer 21 of the arrester monitoring device 20 shown in FIG. It is a graph which shows the change of a voltage.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing both changes in voltage and current flowing from the arrester 16 to the vehicle body 19 when the arrester 16 is normal and when the arrester 16 fails.
  • the horizontal axis indicates the current [A] and the vertical axis indicates the voltage [V].
  • the lightning arrester 16 has a slight leakage current even in a normal state.
  • the leakage current I1 of the arrester 16 gradually increases until it reaches the operation start voltage Vm, and when it reaches the operation start voltage Vm of the arrester 16, a large amount of current flows from the arrester 16 to the vehicle body 19 and the current value increases greatly.
  • the current value at the operation start voltage Vm is the operation start current Im.
  • the lightning arrester 16 has a leakage current I1 even in a normal state, and this leakage current I1 is small up to the operation start current Im, and increases greatly when it exceeds the operation start current Im.
  • the leakage current I2 of the arrester 16 increases proportionally with the increase in voltage.
  • This leakage current I2 linearly increases to the leakage current value In when the operation start voltage Vm is reached. Therefore, when the lightning arrester 16 fails, the leakage current Ia in the normal state becomes the leakage current Ib in the failure state, and becomes very large, so that the power cannot be sufficiently transmitted to the main circuit 40 .
  • FIG. 5 is a graph showing a first measurement example of current values measured by the galvanometer 21 shown in FIG. 3 in chronological order.
  • the horizontal axis indicates time [t] and the vertical axis indicates current [A].
  • FIG. 6 is a graph showing a second measurement example of current values measured by the galvanometer 21 shown in FIG. 3 in chronological order.
  • the horizontal axis indicates time [t]
  • the vertical axis indicates leakage current [A].
  • FIG. 7 is a graph showing average current values per unit time in the second measurement example shown in FIG. In FIG. 7, the horizontal axis indicates time [t], and the vertical axis indicates the leakage current average value I[A].
  • a first measurement example shown in FIG. 5 schematically shows an example in which a large current of lightning or a surge current at the time of rising pantograph flows through the lightning arrestor 16 to the vehicle body 19 .
  • An overcurrent threshold Is is set in advance for the large current flowing from the lightning arrester 16 to the vehicle body 19 and is stored in the controller 23 .
  • the overcurrent threshold Is is set to a value larger than the operation start current Im of the lightning arrester 16 and an overcurrent value that affects the life of the lightning arrester 16 .
  • the current value change pattern falling below the overcurrent threshold Is was recorded three times (Is 1 , Is 2 , Is 3 ).
  • the controller 23 determines whether or not the number of occurrences of the current value change pattern in which the current value drops below the overcurrent threshold value Is after exceeding the overcurrent threshold value value Is exceeds a predetermined number of times. As a result of determination, if the predetermined number of times is exceeded, it is determined that the lightning arrester 16 has deteriorated.
  • the predetermined number of times can be determined based on the size of the arrester 16, for example.
  • a second measurement example shown in FIG. 6 schematically shows an example in which the leakage current I1 flowing through the vehicle body 19 via the arrester 16 increases due to deterioration of the arrester 16 over time.
  • a small leakage current I1 flows from the arrester 16 to the vehicle body 19 .
  • This leakage current I1 gradually increases due to deterioration of the lightning arrester 16 or the like.
  • the example of FIG. 6 shows an example in which the leakage current I1 flowing from the lightning arrester 16 to the vehicle body 19 changes and increases with the passage of time due to the operation of the railway vehicle 10 .
  • Such a time series change of the leakage current I1 is, for example, the average value Ix per predetermined time from the leakage current I1 ( x1 ) at time x1 to the leakage current I1 ( x2 ) at time x2. can do.
  • the average value Ix of the leakage current I1 per predetermined time shown in the graph of FIG. 6 can be used as the average leakage current value Ix( x2 ) on the time axis x2 .
  • the average value Ix(x 2 ) of leakage current shown in FIG. 7 exceeds a predetermined deterioration threshold, it can be determined that the lightning arrester 16 is in a deteriorated state.
  • the occurrence of deterioration of the lightning arrester 16 can be determined based on the average value Ix of the leakage current I1 immediately before the lightning arrester monitoring device 20 is turned off.
  • FIG. 8 is a graph showing an example of dividing the deterioration level of the lightning arrester 16 by a plurality of deterioration thresholds.
  • the horizontal axis indicates time [t]
  • the vertical axis indicates leakage current [A].
  • FIG. 8 is a diagram in which the voltage that changes during operation of the railway vehicle 10 is kept constant.
  • the leakage current I1 of the arrester 16 increases as the arrester 16 deteriorates over time. Then, when the leakage current I1 , which increases with deterioration of the lightning arrester 16, exceeds the first deterioration threshold D1 from the normal level E1 , it is determined that the first deterioration level E2 has been reached.
  • the leakage current I1 exceeds the second deterioration threshold value D2 from the first deterioration level E2 , it is determined that the second deterioration level E3 has been reached.
  • a "warning” is issued
  • the second deterioration level E3 is reached, a "failure” is issued.
  • the leakage current I1 shown in the figure is an example conceptually showing the leakage current I1 that increases as the lightning arrester 16 deteriorates with a constant voltage. , usage time of the lightning arrester, etc.), the slope and change of the leakage current I1 are not limited to the illustrated example.
  • FIG. 9 is a graph showing an example of setting a plurality of deterioration levels based on current values from changes in current and voltage shown in FIG.
  • the horizontal axis indicates the current [A]
  • the vertical axis indicates the voltage value [V].
  • FIG. 9 is an enlarged view of a part of FIG. 4 and exaggerates the portion for setting the deterioration level.
  • a plurality of deterioration levels of the lightning arrester 16 are set according to the leakage current value within the overhead line voltage range.
  • the leakage current I1 when the lightning arrester 16 is normal increases little by little as the voltage rises, and when it reaches the operation start voltage Vm, it greatly increases from the operation start current Im.
  • a first level determination line I10 approximated by a straight line is used as the line showing the change until the leakage current I1 reaches the operation start voltage Vm and the operation start current Im.
  • the parallel movement is made up to the intersection O1 of the operation start voltage Vm and the operation start current Im.
  • the current value of the first level determination line I10 is the deterioration threshold.
  • the current value of the first level determination line I10 is the first deterioration threshold D1
  • the value exceeding the first deterioration threshold D1 is the first deterioration level E2. It has become.
  • the first level determination line I10 is obtained by approximating the normal leakage current I1 with a straight line and moving it to the operation start current Im at which the current value increases
  • the current value of the first deterioration threshold D1 is a current value slightly exceeding the normal leakage current I1 .
  • the first deterioration threshold value D1 is such that the current value increases as the voltage increases.
  • the rate of increase of the first deterioration threshold D1 with an increase in voltage is the same as that of the leakage current I1 in the normal state.
  • the intersection O2 between the lower limit of the overhead line voltage range and the first level judgment line I10 , the continuous use voltage Vn of the lightning arrester, and the start of operation is set as a second level determination line I20 .
  • the overhead line voltage range is a range of overhead line voltage that changes during operation of the railcar 10 .
  • the lightning arrester continuous use voltage Vn is a voltage (JIS E 5010) that can be continuously applied between both terminals of the lightning arrester 16 and is set according to the lightning arrester 16 .
  • the current value of the second level determination line I20 is the second deterioration threshold D2
  • the value exceeding the second deterioration threshold D2 is the second deterioration level E3 .
  • the second deterioration threshold D2 is set so that the current value increases as the voltage increases.
  • the rate of increase of the second deterioration threshold with an increase in voltage is greater than the rate of increase of the first deterioration threshold with an increase in voltage.
  • the second deterioration threshold value D2 at the lower limit of the overhead wire voltage range is the current value at the intersection O2 between the first level determination line I10 and the lower limit of the overhead wire voltage range.
  • I20 may intersect the lower limit of the catenary voltage range at a current value less than or greater than the intersection point O2 .
  • the surge arrester monitoring device 20 determines whether or not the leakage current value measured by the galvanometer 21 exceeds the first deterioration threshold value D1 of the first level determination line I10 ; It is determined whether or not the first deterioration threshold value of the first level determination line I10 is exceeded and the second deterioration threshold value D2 of the second level determination line I20 is exceeded. These determinations are made within the catenary voltage range. In this embodiment, "no alarm”, “[warning] alarm”, and “[malfunction] alarm” are performed based on the determination result.
  • the normal leakage current I1 range is defined as " No report was issued.”
  • the intersection of the second level judgment line I20 and the lower limit of the overhead wire voltage range is set to a current value greater than the intersection O2 of the first level judgment line I10 and the lower limit of the overhead wire voltage range
  • the lower limit of the overhead wire voltage range may also have the first deterioration level E2 at which "[warning] is issued".
  • the intersection of the second level judgment line I20 and the lower limit of the overhead wire voltage range is set to a current value smaller than the intersection O2 , it is possible to issue a "failure" alarm with a smaller leakage current. .
  • the deterioration state of the lightning arrester 16 is classified into a plurality of deterioration levels according to the magnitude of the leakage current I1 .
  • the deterioration signal can be changed according to the deterioration level.
  • replacement work of the lightning arrester 16 can be carried out systematically.
  • FIG. 10 is a first flow chart showing the operation of the lightning arrester monitoring device 20 when the railcar 10 is in operation. Note that the following description uses the reference numerals for the configuration shown in FIG.
  • the current flowing through the current transformer 14 is overcurrent (S1). If the current flowing through the current transformer 14 is overcurrent, the circuit breaker 15 is opened (S6) and the process ends. If the current flowing through the current transformer 14 is not overcurrent, it is determined whether or not the lightning arrester 16 is sound (S2). If the lightning arrester 16 is found to be sound in this judgment, the process ends. If it is determined in the determination (S2) that the lightning arrester 16 is not in a healthy state, it is determined whether the lightning arrester 16 is in a warning state (S3). This determination can be made based on, for example, the example of setting a plurality of deterioration levels shown in FIG.
  • a "warning" display signal is output to the display 30 (S4). Thereafter, it is determined whether or not a circuit breaker opening command has been issued (S5). If the circuit breaker open command has not been issued, the process ends, and if the circuit breaker open command has been issued, the circuit breaker 15 is opened (S6) and the process ends. If the lightning arrester 16 is not in the warning state in the determination (S3), a display signal of "failure” is output to the display 30 (S7). If the lightning arrester 16 is out of order, the circuit breaker 15 is opened (S6) and the process ends.
  • FIG. 11 is a second flow chart showing the operation of the lightning arrester monitoring device 20 when the railway vehicle 10 is powered on.
  • the flow of the railcar 10 is described on the left, and the flow of the lightning arrester monitoring device 20 is described on the right.
  • the reference numerals for the configuration shown in FIG. 3 are also used.
  • the lightning arrester monitoring device 20 determines whether or not the arrester 16 is in a sound state (S12). If it is determined that the lightning arrester 16 is in a healthy state, permission to raise the pantograph is issued (S13). As a result, as for the lightning arrester 16, the pantograph 11 is permitted to rise. Then, the pantograph 11 is pressed against the overhead wire, and permission to close the circuit breaker is issued (S14). After that, it is determined whether or not the current entering the current transformer 14 is an overcurrent (S15). If the current entering current transformer 14 is not overcurrent, then terminate.
  • the circuit breaker 15 is opened (S20) and the process ends. After the circuit breaker 15 is opened, the circuit breaker 15 is prohibited from closing, and even if the circuit breaker 15 is closed by mistake, the circuit breaker 15 will not be closed.
  • the arrester 16 determines whether the arrester 16 is in a warning state (S16). If it is determined that the vehicle is in a warning state, a "warning" signal is output to the display 30 (S17). Also, it is determined whether or not the lightning arrester 16 can be replaced immediately (S18). If immediate replacement is not possible, permission to raise the pantograph (S13) and permission to close the circuit breaker 15 are issued (S14) as described above. Then, it is determined whether or not the current entering the current transformer 14 is overcurrent (S15). If the current entering current transformer 14 is not overcurrent, then terminate.
  • the circuit breaker 15 is opened (S20) and the process ends. After the circuit breaker 15 is opened, the circuit breaker 15 is prohibited from closing, and even if the circuit breaker 15 is closed by mistake, the circuit breaker 15 will not be closed.
  • a pantograph upward prohibition signal is output (S19), the circuit breaker 15 is opened (S20), and the process ends.
  • the pantograph lift prohibition signal includes a signal that does not connect the pantograph lift control circuit included in the control circuit 27 of the railcar 10 .
  • the opening of the breaker 15 includes a signal for breaking a circuit for circuit breaker closing control included in the control circuit 27 of the railcar 10 .
  • a "failure" signal is output to the display 30 (S21). Then, a signal prohibiting the pantograph from rising is output (S19), the circuit breaker 15 is opened (S20), and the process ends. After the pantograph lift prohibition signal is issued, the pantograph 11 will not be lifted even if the pantograph 11 is erroneously lifted. Further, after the circuit breaker 15 is opened, the circuit breaker 15 is prohibited from closing, and even if the circuit breaker 15 is closed by mistake, the circuit breaker 15 will not be closed.
  • the arrester monitoring device 20 determines whether the arrester 16 has deteriorated, and if the arrester 16 has deteriorated, issues a "warning” or “failure” notification. is made, and early replacement of the lightning arrester 16 becomes possible.
  • FIG. 12 is a third flow chart showing the operation of the lightning arrester monitoring device 20 when the railcar 10 is powered off. In the third flowchart as well, the flow of the railcar 10 is described on the left, and the flow of the lightning arrester monitoring device 20 is described on the right.
  • the lightning arrester monitoring device 20 records the state of the lightning arrester 16 before the power supply is stopped (S31). For example, as shown in FIG. 7, this lightning arrester state record can record the average value Ix per predetermined time from time x1 to time x2 as the leakage current average value Ix( x2 ) when the power supply is stopped. can. After that, the lightning arrestor monitoring device 20 is turned off (S32). In addition, the railcar 10 issues a lowering command to the pantograph 11 (S33), turns off the control power (S34), and ends the operation.
  • the determination (S12) shown in FIG. This can be done based on the final leakage current average value Ix(x 2 ) when the lightning arrester 16 is powered off.
  • the deterioration state of the arrester 16 may be determined and reported when the power supply of the arrester monitoring device 20 is stopped.
  • a notification is issued at the end of operation of the railway vehicle 10, and if the notification requires replacement of the arrester 16, the arrester 16 can be replaced before the start of the next operation.
  • the alarm can be used to confirm the state of the lightning arrester 16 before the operation.
  • the warning can be displayed as "The lightning arrester is deteriorated. Please replace it at the next vehicle inspection" or "The lightning arrester is out of order. Please replace the lightning arrester.” Light can also be used for reporting.
  • FIG. 13 is a drawing showing an example of a "warning" display on the monitor screen shown in FIGS. 10 and 11.
  • FIG. 14 is a drawing showing an example of "failure” display on the monitor screen shown in FIGS. 10 and 11.
  • FIG. This embodiment is an example of reporting the deterioration state of the lightning arrester 16 by monitor display.
  • a display 30 that can be seen from the driver's seat can display "lightning arrester: failure: ## car" to indicate which car's lightning arrester 16 is out of order.
  • This display can be, for example, a red display to call for more attention.
  • the warning is issued using the display device 30 such as the vehicle monitor, but it is also possible to issue the alert by voice, using a warning light, or the like.
  • the reporting method may be a combination of these, and is not limited to this embodiment.
  • the arrester 16 can be replaced before the start of the next operation.
  • the alarm can be used to confirm the state of the lightning arrester 16 before the operation.
  • the warning can be, for example, a display such as "The lightning arrester has deteriorated. Please replace it at the next vehicle inspection" or "The lightning arrester is out of order. Please replace the lightning arrester.”
  • a processor is considered a processing circuit or circuit because it includes transistors and other circuits.
  • a circuit, unit, or means is hardware that performs or is programmed to perform the recited functions.
  • the hardware may be the hardware disclosed herein, or other known hardware programmed or configured to perform the recited functions.
  • a circuit, means or unit is a combination of hardware and software where the hardware is a processor which is considered a type of circuit, the software being used to configure the hardware and/or the processor.
  • the current value flowing from the lightning arrester 16 to the vehicle body 19 through the electric circuit 18 is measured by the galvanometer 21, and the current value is stored in the data storage device 22 in chronological order. It can be recorded as data.
  • the controller 23 determines that the lightning arrester 16 has deteriorated when the average value of the current values in a predetermined unit time exceeds a predetermined deterioration threshold based on the time-series changes in the history data recorded in the data storage unit 22, Output a predetermined deterioration signal. Therefore, it is possible to know from the deterioration signal that the lightning arrester of the railway vehicle 10 has deteriorated.
  • the lightning arrester Deterioration may be determined.
  • the deterioration signal may include a signal for displaying a warning on a display.
  • the deterioration state of the lightning arrester can be displayed on the display device to inform the outside.
  • the deterioration signal may include a signal for opening a circuit breaker interposed in the power supply line to the lightning arrester.
  • the circuit breaker can be opened according to the deterioration state of the lightning arrester so that current does not flow to the lightning arrester.
  • the deterioration signal may include a signal that prohibits the pantograph of the railway vehicle from rising.
  • the state of deterioration is divided into a plurality of deterioration levels according to the degree of deterioration of the lightning arrester, and the controller determines that, among the plurality of deterioration levels, the time-series change in the history data corresponds to the state of deterioration.
  • the deterioration signal may be changed according to the deterioration level.

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Abstract

鉄道車両の避雷器（１６）と鉄道車両の車体（１９）との間の電路（１８）で避雷器（１６）から車体（１９）に流れる電流値を計測する検流計（２１）と、検流計（２１）で計測した電流値を時系列で履歴データとして記録するデータ記憶器（２２）と、データ記憶器（２２）に記録された履歴データの時系列変化から、所定の単位時間での電流値の平均値が所定の劣化閾値を越えると避雷器（１６）が劣化したと判定し、所定の劣化信号を出力する制御器（２３）と、を備えている。これにより、鉄道車両に備えられた避雷器（１６）の劣化を監視する。

Description

避雷器監視装置およびそれを備えた鉄道車両
　本開示は、避雷器監視装置およびそれを備えた鉄道車両に関する。
　従来、鉄道車両には、架線からの大電流を車体からレールへ逃がして主回路に流れないようにする避雷器が備えられている。避雷器は、大電流が電路に流れると内蔵された抵抗値が一時的に低下し、大電流を車体へ逃がしている。大電流は、雷やパンタグラフの昇降時に生じるサージによって生じる。避雷器により、主回路に接続されている機器を大電流から保護している。避雷器は、通常、所定の指定周期で交換されている。
　この種の避雷器に関する先行技術として、変電所等に設置されている避雷器の漏れ電流検出装置がある（例えば、特許文献１参照）。この避雷器漏れ電流検出装置は、全漏れ電流測定部と、全漏れ電流記憶部とを有している。また、全漏れ電流における高次高調波除去部と、全漏れ電流波形調整部と、全漏れ電流差分検出部と、前記全漏れ電流における抵抗分電流検出部と、を有し、避雷器の抵抗分電流を得て、得られた抵抗分電流に基づいて避雷器の劣化を早期に捉えるようにしている。
日本国　特許第６６１６１９３号公報
　ところで、鉄道車両に備えられた避雷器は、上記したように大電流が主回路に流れないように車体へ逃がしている。しかし、避雷器は、所定の指定周期内であっても想定以上に劣化する場合がある。避雷器が劣化すると、避雷器から車体へ流れる漏れ電流が増加して主回路への送電量が減ることになる。
　なお、上記先行技術は変電所等に設置された避雷器に関するものであり、所定時刻に避雷器の全漏れ電流を測定して避雷器の劣化を監視するものである。よって、運行計画などによって異なる時刻に運行される鉄道車両に備えられた避雷器の劣化監視には適用できない。
　そこで、本開示の一態様は、鉄道車両に備えられた避雷器から車体に流れる電流値から避雷器の劣化を監視することができる避雷器監視装置と、それを備えた鉄道車両を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本開示の一態様に係る避雷器監視装置は、鉄道車両の避雷器と当該鉄道車両の車体との間の電路で前記避雷器から前記車体接地部に流れる電流値を計測する検流計と、前記検流計で計測した前記電流値を時系列で履歴データとして記録するデータ記憶器と、前記データ記憶器に記録された前記履歴データの時系列変化から、所定の単位時間での前記電流値の平均値が所定の劣化閾値を越えると前記避雷器が劣化したと判定し、所定の劣化信号を出力する制御器と、を備えている。
　本開示の一態様によれば、鉄道車両に備えられた避雷器から車体に流れる電流値から避雷器の劣化を監視することができる避雷器監視装置を提供することが可能となる。
図１は、本開示の一実施形態に係る鉄道車両を概略的に示した側面図である。 図２は、図１に示す鉄道車両に備えられた避雷器監視装置の全体図である。 図３は、図２に示す避雷器監視装置の構成を含むブロック図である。 図４は、図３に示す避雷器監視装置の検流計で計測する避雷器から車体へ流れる電流値が正常な時の電流・電圧の変化と、避雷器が故障した時の電流・電圧の変化を示すグラフである。 図５は、図３に示す検流計で計測する電流値の第１測定例を時系列で示すグラフである。 図６は、図３に示す検流計で計測する電流値の第２測定例を時系列で示すグラフである。 図７は、図６に示す第２測定例の電流値を単位時間当りの平均値で示したグラフである。 図８は、避雷器の劣化レベルを複数の劣化閾値によって分ける一例を示すグラフである。 図９は、図４に示す電流・電圧の変化から電流値に基づいて複数の劣化レベルを設定する一例を示すグラフである。 図１０は、鉄道車両の運行時における避雷器監視装置の動作を示す第１フローチャートである。 図１１は、鉄道車両の電源起動時における避雷器監視装置の動作を示す第２フローチャートである。 図１２は、鉄道車両の電源停止時における避雷器監視装置の動作を示す第３フローチャートである。 図１３は、図１０および図１１に示すモニタ画面の「警告」表示例を示す図面である。 図１４は、図１０および図１１に示すモニタ画面の「故障」表示例を示す図面である。
　本開示の一実施形態を、以下に説明する。以下の実施形態は一例であり、比較的高速で走行する高速鉄道車両を例に説明する。この明細書および特許請求の範囲の書類中における前後方向の概念は、図１に示すように鉄道車両１０を側面視した状態における進行方向の概念と一致するものとする。
　（鉄道車両の構成）
　図１は、一実施形態に係る鉄道車両１０を概略的に示した側面図である。この実施形態の鉄道車両１０は、８両編成の例を示している。鉄道車両１０は、複数の車両１乃至車両８が互いに連結されてなる編成列車である。この例の鉄道車両１０では、車両３と車両６の屋根上にパンタグラフ１１が設けられている。パンタグラフ１１は、一定の圧力で架線１００に接している。鉄道車両１０は、車輪１２でレール１１０の上を走行する。なお、本実施形態では、一例として８両編成の鉄道車両１０を示しているが、両数およびパンタグラフ等の配置はこの例に限られない。
　（避雷器監視装置の構成）
　図２は、図１に示す鉄道車両１０に備えられた避雷器監視装置２０の全体図である。図３は、図２に示す避雷器監視装置２０の構成を含むブロック図である。
　図２に示すように、この実施形態は、架線１００からパンタグラフ１１を介して給電路１３に流れた大電流を、変流器（CT:Current Transformer）１４で小電流に変成している。変流器１４の下流には、この変流器１４と主回路４０との間を遮断する遮断器（例えば、真空遮断器（VCB:Vacuum Circuit Breaker））１５が設けられている。遮断器１５と主回路４０との間には、雷やサージ電流などの一時的な大電流を車体１９へ流す避雷器（Arrester）１６が設けられている。車体１９は、レール１１０に電流を逃がすようになっている。避雷器１６の下流に、主回路電路１７を介して主回路４０が備えられている。この実施形態の鉄道車両１０によれば、パンタグラフ１１からの電流が変流器１４および遮断器１５を介して避雷器１６と主回路４０とへ流れる。避雷器１６は、遮断器１５から主回路４０へ流れる電流の持つ電圧値が閾値を超過すると、その電流を電路１８を介して車体１９からレール１１０へ逃がして主回路４０を保護する。変流器１４、遮断器１５および避雷器１６は、鉄道車両１０に適したものを用いることができる。
　そして、この実施形態の鉄道車両１０は、避雷器１６と車体１９との間の電路１８に、検流計２１を有する避雷器監視装置２０が備えられている。検流計２１は、避雷器１６から電路１８を介して車体１９に流れる電流値を計測している。検流計２１は、例えば、可動コイル形を用いることができる。電路１８を流れる電流には、避雷器１６から車体１９に流れる漏れ電流の他、雷の一時的な大電流、パンタグラフ１１の接続時に流れるサージ電流などがある。検流計２１は、避雷器監視装置２０のデータ記憶器２２と電気的に接続されている。検流計２１で計測した電流値は、データ記憶器２２に時系列で記録される。データ記憶器２２は、制御器２３と一体的に構成されていてもよい。データ記憶器２２は、検流計２１で計測した電流値を記録するフラッシュメモリ、ハードディスクなどの記録媒体を内蔵したものを用いることができる。
　図３に示すように、避雷器監視装置２０は、検流計２１によって避雷器１６から車体１９へ流れる電流を電路１８で計測している。検流計２１で計測された電流値は、データ記憶器２２に送られて時系列で記憶される。データ記憶器２２は、制御器２３と電気的に接続されている。制御器２３は、判定器２４を含み、後述するように、判定器２４の判定結果に基づいて、第１出力回路２５から遮断器開放の信号が鉄道車両１０の制御回路２７に出力される。また、判定器２４の判定結果に基づいて、第２出力回路２６からパンタグラフ上昇禁止の信号が鉄道車両１０の制御回路２７に出力される。
　制御器２３は、プロセッサ、揮発性メモリ、不揮発性メモリなどを含む判定器２４およびＩ／Ｏインターフェース等を有する。データ記憶器２２に記録された電流値の信号入力、第１出力回路２５からの信号出力、第２出力回路２６からの信号出力および判定器２４から表示器３０への信号出力は、Ｉ／Ｏインターフェースにより実現される。判定器２４は、不揮発性メモリに保存されたプログラムに基づいてプロセッサが揮発性メモリを用いて演算処理することで実現される。
　この実施形態では、後述するように、判定器２４による判定結果に基づいて、遮断器１５の開放指令またはパンタグラフ１１の上昇禁止指令の制御信号が鉄道車両１０の制御回路２７に出力されるとともに、後述するように、判定器２４による判定結果に基づいて、車両モニタなどの表示器３０に所定の劣化信号が出力されて発報される。
　（避雷器における電流・電圧の変化例）
　図４は、図３に示す避雷器監視装置２０の検流計２１で計測する避雷器１６から車体１９へ流れる電流値が正常な時の電流・電圧の変化と、避雷器１６が故障した時の電流・電圧の変化を示すグラフである。図４は概念図であり、避雷器１６が正常なときと、避雷器１６が故障したときの、避雷器１６から車体１９へ流れる電圧と電流の変化を両方示している。図４は、横軸に電流［Ａ］を示し、縦軸に電圧［Ｖ］を示している。
　避雷器１６は、正常な状態であっても僅かな漏れ電流がある。避雷器１６の漏れ電流Ｉ１は、動作開始電圧Ｖｍに達するまで少しずつ増加し、避雷器１６の動作開始電圧Ｖｍに達すると避雷器１６から車体１９へと大量の電流が流れて電流値が大きく増える。動作開始電圧Ｖｍでの電流値が動作開始電流Ｉｍである。このように、避雷器１６は正常な状態でも漏れ電流Ｉ１があり、この漏れ電流Ｉ１は動作開始電流Ｉｍまでは小さく、動作開始電流Ｉｍを越えると大きく増える。
　一方、避雷器１６が故障した場合、避雷器１６の漏れ電流Ｉ２は、電圧の増加に伴って比例的に増加する。この漏れ電流Ｉ２は、動作開始電圧Ｖｍに達したときの漏れ電流値Ｉｎまで直線状に増加する。よって、避雷器１６が故障すると、正常時の漏れ電流Ｉａが故障時の漏れ電流Ｉｂとなって非常に大きくなり、主回路４０へ十分に送電されなくなる。
　（電路を流れる電流値の変化例）
　図５は、図３に示す検流計２１で計測する電流値の第１測定例を時系列で示すグラフである。図５は、横軸に時間［ｔ］を示し、縦軸に電流［Ａ］を示している。図６は、図３に示す検流計２１で計測する電流値の第２測定例を時系列で示すグラフである。図６は、横軸に時間［ｔ］を示し、縦軸に漏れ電流［Ａ］を示している。図７は、図６に示す第２測定例の電流値を単位時間当りの平均値で示したグラフである。図７は、横軸に時間［ｔ］を示し、縦軸に漏れ電流平均値Ｉ［Ａ］を示している。
　図５に示す第１測定例は、雷の大電流やパンタグラフ上昇時のサージ電流が避雷器１６を介して車体１９に流れた例を模式的に示している。避雷器１６から車体１９に流れる大電流には、予め過電流閾値Ｉｓが設定されており、制御器２３に記憶されている。過電流閾値Ｉｓは、避雷器１６の動作開始電流Ｉｍよりも大きな値であって、避雷器１６の寿命に影響を与える過電流の値に設定される。図５に示す例では、検流計２１で計測した電流値が、所定の過電流閾値Ｉｓを越えた後に、過電流閾値Ｉｓ未満に落ちる電流値変化パターンが３回記録（Ｉｓ１、Ｉｓ２、Ｉｓ３）されている。制御器２３では、このような過電流閾値Ｉｓを越えた後に、過電流閾値Ｉｓ未満に落ちる電流値変化パターンが発生した回数が所定の回数を越えたか否かについて判定される。そして、判定の結果、所定の回数を越えている場合、避雷器１６が劣化したと判定される。所定の回数は、例えば、避雷器１６の大きさなどに基づいて決定することができる。
　図６に示す第２測定例は、避雷器１６の経年劣化により、避雷器１６を介して車体１９に流れる漏れ電流Ｉ１が増加する例を模式的に示している。避雷器１６から車体１９へは小さな漏れ電流Ｉ１が流れている。この漏れ電流Ｉ１は、避雷器１６の劣化などによって徐々に増加する。図６の例は、鉄道車両１０の運行によって避雷器１６から車体１９に流れる漏れ電流Ｉ１が変化しながら時間の経過に伴って増加している例を示している。このような漏れ電流Ｉ１の時系列変化は、例えば、時間ｘ１の漏れ電流Ｉ１（ｘ１）から時間ｘ２の漏れ電流Ｉ１（ｘ２）までの所定時間当りの平均値Ｉｘとすることができる。
　そして、図７に示すように、図６のグラフで示す漏れ電流Ｉ１の所定時間当りの平均値Ｉｘを、時間軸ｘ２における漏れ電流平均値Ｉｘ（ｘ２）とすることができる。図７に示す漏れ電流の平均値Ｉｘ（ｘ２）が所定の劣化閾値を越えた場合、避雷器１６が劣化状態であると判定することができる。
　また、図７に示すように、図６の所定時間当りの平均値Ｉｘを、所定の時間の終りの時間ｘ２の値とすることで、次に避雷器監視装置２０の電源を投入したときに、避雷器監視装置２０の電源を切る直前の漏れ電流Ｉ１の平均値Ｉｘに基づいて避雷器１６の劣化状態の発生を判定することができる。
　（複数の劣化レベルに分ける一例）
　図８は、避雷器１６の劣化レベルを複数の劣化閾値によって分ける一例を示すグラフである。図８は、横軸に時間［ｔ］を示し、縦軸に漏れ電流［Ａ］を示している。図８は、鉄道車両１０の運行中に変化する電圧を一定とした場合の図である。避雷器１６の漏れ電流Ｉ１は、時間の経過によって避雷器１６が劣化すると増加する。そして、避雷器１６の劣化に応じて増加する漏れ電流Ｉ１が、通常のレベルＥ１から第１劣化閾値Ｄ１を超えると第１劣化レベルＥ２に達したと判定される。また、漏れ電流Ｉ１が第１劣化レベルＥ２から第２劣化閾値Ｄ２を超えると第２劣化レベルＥ３に達したと判定される。そして、この実施形態では、第１劣化レベルＥ２に達すると「警告」の発報が行われ、第２劣化レベルＥ３に達すると「故障」の発報が行われる。なお、図示する漏れ電流Ｉ１は、電圧を一定とし、避雷器１６の劣化に応じて増加する漏れ電流Ｉ１を概念的に示す一例であり、漏れ電流Ｉ１は種々の条件（例えば、電圧変化、避雷器の使用時間等）に応じて一様ではないため、漏れ電流Ｉ１の傾き、変化などは図示する例に限定されるものではない。
　（複数の劣化レベルに分ける具体的な一例）
　図９は、図４に示す電流・電圧の変化から電流値に基づいて複数の劣化レベルを設定する一例を示すグラフである。図９は、横軸に電流［Ａ］を示し、縦軸に電圧値［Ｖ］を示している。図９は、図４の一部を拡大して、劣化レベルを設定する部分を誇張して記載している。この例は、架線電圧範囲内における漏れ電流の値によって避雷器１６の劣化レベルを複数設定している。
　上記したように、避雷器１６が正常な状態の漏れ電流Ｉ１は、電圧の上昇に伴って少しずつ増加し、動作開始電圧Ｖｍに達すると動作開始電流Ｉｍから大きく増加する。図９では、この漏れ電流Ｉ１が動作開始電圧Ｖｍおよび動作開始電流Ｉｍに達するまでの変化を示す線を直線で近似した第１レベル判定線Ｉ１０とし、この第１レベル判定線Ｉ１０を動作開始電圧Ｖｍと動作開始電流Ｉｍの交点Ｏ１まで平行移動させている。第１レベル判定線Ｉ１０の電流値が、劣化閾値となる。この例では、劣化レベルを複数設定しており、第１レベル判定線Ｉ１０の電流値が第１劣化閾値Ｄ１であり、この第１劣化閾値Ｄ１を超える値が第１劣化レベルＥ２となっている。第１レベル判定線Ｉ１０は、例えば、正常時の漏れ電流Ｉ１を直線で近似して電流値が高くなる動作開始電流Ｉｍまで移動させたものであり、第１劣化閾値Ｄ１の電流値は、正常時の漏れ電流Ｉ１を僅かに越える電流値である。第１劣化閾値Ｄ１は、電圧増加に伴って電流値が増加するようになっている。電圧増加に伴う第１劣化閾値Ｄ１の増加率は、正常時の漏れ電流Ｉ１と同様になっている。
　また、図９では、他の劣化レベルを設定する第２レベル判定線Ｉ２０として、架線電圧範囲の下限と第１レベル判定線Ｉ１０との交点Ｏ２と、避雷器連続使用電圧Ｖｎと動作開始電流Ｉｍの交点Ｏ３とを結ぶ線を第２レベル判定線Ｉ２０として設定している。架線電圧範囲は、鉄道車両１０の運行時に変化する架線電圧の範囲である。避雷器連続使用電圧Ｖｎは、避雷器１６の両端子間に連続して印加することのできる電圧（JIS E 5010）であり、避雷器１６に応じて設定される。
　第２レベル判定線Ｉ２０の電流値が、第２劣化閾値Ｄ２であり、この第２劣化閾値Ｄ２を超える値が第２劣化レベルＥ３となっている。第２劣化閾値Ｄ２は、電圧増加に伴って電流値が増加するように設定されている。この例では、電圧増加に伴う第２劣化閾値の増加率は、第１劣化閾値の電圧増加に伴う増加率に比べて大きくなっている。なお、図９では、架線電圧範囲の下限における第２劣化閾値Ｄ２を、第１レベル判定線Ｉ１０と架線電圧範囲の下限との交点Ｏ２の電流値としているが、第２レベル判定線Ｉ２０は交点Ｏ２よりも小さい電流値又は大きい電流値で架線電圧範囲の下限と交差するようにしてもよい。
　そして、この実施形態では、避雷器監視装置２０において、検流計２１によって計測された漏れ電流値が、第１レベル判定線Ｉ１０の第１劣化閾値Ｄ１を越えるか否かの判定と、第１レベル判定線Ｉ１０の第１劣化閾値を越えて第２レベル判定線Ｉ２０の第２劣化閾値Ｄ２を越えるか否かの判定とを行っている。これらの判定は、架線電圧範囲内において行われる。この実施形態は、この判定結果に基づいて、「発報なし」と「［警告］の発報」と「［故障］の発報」とを行うようになっている。
　検流計２１によって計測された漏れ電流の時系列変化から、その電流値が第１劣化閾値Ｄ１よりも小さい範囲の通常のレベルＥ１の場合、通常の漏れ電流Ｉ１の範囲内として「発報なし」としている。
　検流計２１によって計測された漏れ電流の時系列変化から、その電流値が第１劣化閾値Ｄ１よりも大きく第２劣化閾値Ｄ２よりも小さい範囲の第１劣化レベルＥ２の場合、漏れ電流Ｉ１が少し増加しているため「［警告］の発報」としている。
　検流計２１によって計測された漏れ電流の時系列変化から、その電流値が第２劣化閾値Ｄ２よりも大きい範囲の第２劣化レベルＥ３の場合、漏れ電流Ｉ１が所定の範囲を越えているため「［故障］の発報」としている。なお、図９に示す例では、架線電圧範囲の下限においては「発報なし」の通常のレベルＥ１から「［故障］の発報」の第２劣化レベルＥ３となる例となっているが、上記したように、第２レベル判定線Ｉ２０と架線電圧範囲の下限との交点を第１レベル判定線Ｉ１０と架線電圧範囲の下限との交点Ｏ２よりも大きい電流値にして、架線電圧範囲の下限でも「［警告］の発報」を行う第１劣化レベルＥ２を有するようにしてもよい。また、第２レベル判定線Ｉ２０と架線電圧範囲の下限との交点を、交点Ｏ２よりも小さい電流値にすれば、より小さい漏れ電流で「［故障］の発報」をするようにできる。
　このように、避雷器１６の劣化状態は、漏れ電流Ｉ１の大きさにより複数の劣化レベルに分けている。劣化レベルを分けることで、劣化レベルに応じて劣化信号を異ならせることができる。避雷器１６の劣化レベルに応じて劣化信号を異ならせることにより、避雷器１６の交換作業などを計画的に進めることができる。
　この実施形態では、第１劣化閾値Ｄ１と第２劣化閾値Ｄ２とを設定することで「発報なし」と「警告」、「故障」の２段階の劣化レベル判定を行う例を説明したが、「発報なし」と「故障」の劣化レベル判定を行うようにしてもよい。また、より多くの劣化レベルを設定するようにしてもよい。
　（鉄道車両の運行時におけるフローチャート）
　図１０は、鉄道車両１０の運行時における避雷器監視装置２０の動作を示す第１フローチャートである。なお、以下の説明は、図３に示す構成の符号を用いて説明する。
　開始後、変流器１４を流れる電流が過電流か否かが判定される（Ｓ１）。変流器１４を流れる電流が過電流の場合は、遮断器１５が開放されて（Ｓ６）、終了する。変流器１４を流れる電流が過電流でない場合、避雷器１６が健全な状態か否かが判定される（Ｓ２）。この判定で避雷器１６が健全な状態の場合、終了する。判定（Ｓ２）で避雷器１６が健全な状態ではないと判定されると、避雷器１６が警告状態か否かが判定される（Ｓ３）。この判定は、図８に示す複数の劣化レベルを設定する例などに基づいて判定することができる。避雷器１６が警告状態の場合、表示器３０に「警告」の表示信号が出力される（Ｓ４）。その後、遮断器開放指令が出されているか否かが判定される（Ｓ５）。遮断器開放指令が出されていない場合は終了し、遮断器開放指令が出されている場合は、遮断器１５が開放されて（Ｓ６）、終了する。
上記判定（Ｓ３）で避雷器１６が警告状態ではない場合、表示器３０に「故障」の表示信号が出力される（Ｓ７）。避雷器１６が故障の場合は、遮断器１５が開放されて（Ｓ６）、終了する。
　（鉄道車両の電源起動時におけるフローチャート）
　図１１は、鉄道車両１０の電源起動時における避雷器監視装置２０の動作を示す第２フローチャートである。このフローチャートは、鉄道車両１０のフローを左に記載して避雷器監視装置２０のフロー右に記載している。なお、以下の説明でも、図３に示す構成の符号を用いて説明する。
　開始後、鉄道車両１０の制御電源が入れられると（Ｓ１０）、避雷器監視装置２０の電源が入る（Ｓ１１）。これにより、避雷器監視装置２０によって避雷器１６が健全な状態か否かが判定される（Ｓ１２）。この判定で避雷器１６が健全な状態であると判定されると、パンタグラフ上昇許可が出される（Ｓ１３）。これにより、避雷器１６に関しては、パンタグラフ１１の上昇が許可される。そして、パンタグラフ１１が架線に押圧され、遮断器投入許可が出される（Ｓ１４）。その後、変流器１４に入る電流が過電流でないか否かが判定される（Ｓ１５）。変流器１４に入る電流が過電流でない場合、終了する。変流器１４に入る電流が過電流の場合、遮断器１５が開放されて（Ｓ２０）、終了する。遮断器１５が開放された後は、遮断器１５は投入禁止の状態となり、誤って遮断器１５の投入操作が行われても、遮断器１５が投入されることはない。
　一方、上記判定（Ｓ１２）で、避雷器１６が健全ではないと判定された場合、避雷器１６が警告状態か否かが判定される（Ｓ１６）。この判定で警告状態と判定された場合、表示器３０に「警告」の信号が出力される（Ｓ１７）。また、避雷器１６の即時交換が可能か否かについて判定される（Ｓ１８）。即時交換が不可能な場合、上記したようにパンタグラフ上昇許可と（Ｓ１３）、遮断器１５の投入許可が出される（Ｓ１４）。そして、変流器１４に入る電流が過電流でないか否かが判定される（Ｓ１５）。変流器１４に入る電流が過電流でない場合、終了する。変流器１４に入る電流が過電流の場合、遮断器１５が開放されて（Ｓ２０）、終了する。遮断器１５が開放された後は、遮断器１５は投入禁止の状態となり、誤って遮断器１５の投入操作が行われても、遮断器１５が投入されることはない。
　上記判定（Ｓ１８）で即時交換可能と判定された場合、パンタグラフ上昇禁止の信号が出力され（Ｓ１９）、遮断器１５が開放されて（Ｓ２０）、終了する。パンタグラフ上昇禁止の信号は、鉄道車両１０の制御回路２７に含まれるパンタグラフ上昇制御の回路を接続しない信号を含む。また、遮断器１５の開放は、鉄道車両１０の制御回路２７に含まれる遮断器投入制御の回路を遮断する信号を含む。パンタグラフ上昇禁止の信号が出された後は、誤ってパンタグラフ１１の上昇操作が行われても、パンタグラフ１１が上昇することはない。また、遮断器１５が開放された後は、遮断器１５は投入禁止の状態となり、誤って遮断器１５の投入操作が行われても、遮断器１５が投入されることはない。
　また、上記判定（Ｓ１６）で避雷器１６が警告状態でないと判定された場合、表示器３０に「故障」の信号が出力される（Ｓ２１）。そして、パンタグラフ上昇禁止の信号が出力され（Ｓ１９）、遮断器１５が開放されて（Ｓ２０）、終了する。パンタグラフ上昇禁止の信号が出された後は、誤ってパンタグラフ１１の上昇操作が行われても、パンタグラフ１１が上昇することはない。また、遮断器１５が開放された後は、遮断器１５は投入禁止の状態となり、誤って遮断器１５の投入操作が行われても、遮断器１５が投入されることはない。
　このように、鉄道車両１０の電源起動時には、避雷器監視装置２０によって避雷器１６が劣化しているか否かが判定され、避雷器１６が劣化している場合には「警告」又は「故障」の発報がなされて、避雷器１６の早期交換が可能となる。
　（鉄道車両の電源停止時におけるフローチャート）
　図１２は、鉄道車両１０の電源停止時における避雷器監視装置２０の動作を示す第３フローチャートである。第３フローチャートも、鉄道車両１０のフローを左に記載して避雷器監視装置２０のフローを右に記載している。
　鉄道車両１０の電源停止時には、開始によって遮断器１５に開放指令が出される（Ｓ３０）。また、この信号により避雷器監視装置２０によって避雷器１６の電源停止前の状態を記録する避雷器状態記録が行われる（Ｓ３１）。この避雷器状態記録は、例えば、図７に示すように、時間ｘ１から時間ｘ２までの所定時間当りの平均値Ｉｘを電源停止時の漏れ電流平均値Ｉｘ（ｘ２）として記録することができる。その後、避雷器監視装置２０は電源が切られる（Ｓ３２）。また、鉄道車両１０は、パンタグラフ１１に下降指令が出され（Ｓ３３）、制御電源が切られて（Ｓ３４）、終了する。
　この鉄道車両１０の電源停止時における避雷器監視装置２０による避雷器状態記録を、電源停止時の時間ｘ２における漏れ電流として記録することで、図１１に示す判定（Ｓ１２）を、鉄道車両１０の電源停止時に避雷器１６の電源を停止した時の最終的な漏れ電流平均値Ｉｘ（ｘ２）に基づいて行うことができる。
　また、避雷器１６の劣化状態は、避雷器監視装置２０の電源停止時に判定して発報するようにしてもよい。鉄道車両１０の運行終了時に発報がなされ、その発報が避雷器１６の交換を必要とするものであれば、次の運行開始前までに避雷器１６を交換することができる。鉄道車両１０の運行開始前に発報がなされると、その発報により運行前に避雷器１６の状態を確認することができる。発報には、例えば、「避雷器が劣化しています。次の車検時に交換してください」、「避雷器が故障しています。避雷器を交換してください」などの表示とすることもできる。発報には、光を用いることもできる。
　（避雷器監視装置による発報例）
　図１３は、図１０および図１１に示すモニタ画面の「警告」表示例を示す図面である。図１４は、図１０および図１１に示すモニタ画面の「故障」表示例を示す図面である。この実施形態は、避雷器１６の劣化状態をモニタ表示で発報する例である。
　図１３に示すように、図１０の「警告」表示（Ｓ４）および図１１の「警告」表示（Ｓ１７）において表示器３０に「警告」表示３１をする場合、例えば、鉄道車両１０の運転席で確認できる表示器３０に、「避雷器：警告：＃＃号車」と表示して、何号車の避雷器１６が劣化しているかを表示することができる。この表示は、例えば、黄色の表示として注意を促すことができる。
　また、図１４に示すように、図１０の「故障」表示（Ｓ７）および図１１の「故障」表示（Ｓ２１）において表示器３０に「故障」表示３２をする場合、例えば、鉄道車両１０の運転席で確認できる表示器３０に、「避雷器：故障：＃＃号車」と表示して、何号車の避雷器１６が故障しているかを表示することができる。この表示は、例えば、赤色の表示としてより注意を促すことができる。
　この実施形態では、車両モニタなどの表示器３０を用いた発報であるが、音声による発報、警告灯などを用いた発報などにすることもできる。発報の方法は、これらを組み合わせたものでもよく、この実施形態に限定されない。
　なお、鉄道車両１０の運行終了時に発報がなされ、その発報が避雷器１６の交換を必要とするものであれば、次の運行開始前までに避雷器１６を交換することができる。鉄道車両１０の運行開始前に発報がなされると、その発報により運行前に避雷器１６の状態を確認することができる。発報は、例えば、「避雷器が劣化しています。次の車検時に交換してください」、「避雷器が故障しています。避雷器を交換してください」などの表示とすることもできる。
　（その他の変形例）
　上記した実施形態では、８両編成の鉄道車両１０を例に説明したが、鉄道車両１０の両数、パンタグラフ１１の数などは上記した実施形態に限定されるものではない。
　また、上記した実施形態の構成および組み合わせ等は、一例であって、本開示の主旨から逸脱しない範囲内で、適宜、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本開示は、実施形態によって限定されることはなく、クレームの範囲によってのみ限定される。
　また、本明細書で開示する要素の機能は、開示された機能を実行するよう構成またはプログラムされた汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ASIC（Application Specific Integrated Circuits）、従来の回路、および/または、それらの組み合わせ、を含む回路または処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路または回路と見なされる。本開示において、回路、ユニット、または手段は、列挙された機能を実行するハードウエアであるか、または、列挙された機能を実行するようにプログラムされたハードウエアである。ハードウエアは、本明細書に開示されているハードウエアであってもよいし、あるいは、列挙された機能を実行するようにプログラムまたは構成されているその他の既知のハードウエアであってもよい。ハードウエアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、回路、手段、またはユニットはハードウエアとソフトウエアの組み合わせであり、ソフトウエアはハードウエアおよび／またはプロセッサの構成に使用される。
　以上のように、上記避雷器監視装置２０によれば、避雷器１６から電路１８を介して車体１９に流れる電流値を検流計２１によって計測し、その電流値をデータ記憶器２２に時系列で履歴データとして記録することができる。そして、制御器２３は、データ記憶器２２に記録した履歴データの時系列変化から、所定の単位時間での電流値の平均値が所定の劣化閾値を越えると避雷器１６が劣化したと判定し、所定の劣化信号を出力する。よって、鉄道車両１０の避雷器が劣化したことを、劣化信号によって知ることができる。
　また、前記制御器は、前記履歴データにおいて、前記電流値が所定の過電流閾値を越えた後に前記過電流閾値未満に落ちる電流値変化パターンの発生回数が所定の回数を越えると、前記避雷器が劣化したと判定する、ようにしてもよい。このように構成すれば、避雷器から車体へ流れた電流値が、所定の過電流閾値を越えた後に過電流閾値未満に落ちる電流値変化パターンの発生回数が所定の回数を越えたことで、避雷器が劣化したと判定することができる。
　また、前記劣化信号は、表示器に警告表示させる信号を含む、ようにしてもよい。このように構成すれば、避雷器の劣化状態を表示器に表示して外部に知らせることができる。
　また、前記劣化信号は、前記避雷器への給電路に介在する遮断器を開放する信号を含む、ようにしてもよい。このように構成すれば、避雷器の劣化状体に応じて遮断器を開放して、避雷器へ電流が流れないようにできる。
　また、前記劣化信号は、前記鉄道車両のパンタグラフの上昇を禁止する信号を含む、ようにしてもよい。このように構成すれば、避雷器の劣化状態に応じてパンタグラフの上昇を禁止し、架線からの電流が入らないようにできる。
　また、前記劣化の状態は、前記避雷器の劣化度に応じて複数の劣化レベルに分けられており、前記制御器は、前記複数の劣化レベルのうち、前記履歴データの前記時系列変化が該当する劣化レベルに応じて、前記劣化信号を異ならせる、ようにしてもよい。このように構成すれば、避雷器の劣化レベルに応じた劣化信号により、避雷器の交換作業の時期などを計画することができる。
　また、これらのいずれかの避雷器監視装置を備えた鉄道車両によれば、避雷器監視装置によって鉄道車両に備えられた避雷器が劣化したことを適切に判定することができる。
　　　　１０　鉄道車両
　　　　１１　パンタグラフ
　　　　１２　車輪
　　　　１３　給電路
　　　　１４　変流器
　　　　１５　遮断器
　　　　１６　避雷器
　　　　１７　電路
　　　　１８　電路
　　　　１９　車体
　　　　２０　避雷器監視装置
　　　　２１　検流計
　　　　２２　データ記憶器
　　　　２３　制御器
　　　　２４　判定器
　　　　２５　第１出力回路
　　　　２６　第２出力回路
　　　　３０　表示器
　　　１００　架線
　　　１１０　レール

Claims (7)

  1. 　鉄道車両の避雷器と当該鉄道車両の車体との間の電路で前記避雷器から前記車体に流れる電流値を計測する検流計と、
    　前記検流計で計測した前記電流値を時系列で履歴データとして記録するデータ記憶器と、
    　前記データ記憶器に記録された前記履歴データの時系列変化から、所定の単位時間での前記電流値の平均値が所定の劣化閾値を越えると前記避雷器が劣化したと判定し、所定の劣化信号を出力する制御器と、を備えている、避雷器監視装置。
  2. 　前記制御器は、前記履歴データにおいて、前記電流値が所定の過電流閾値を越えた後に前記過電流閾値未満に落ちる電流値変化パターンの発生回数が所定の回数を越えると、前記避雷器が劣化したと判定する、請求項１に記載の避雷器監視装置。
  3. 　前記劣化信号は、表示器に警告表示させる信号を含む、請求項１または２に記載の避雷器監視装置。
  4. 　前記劣化信号は、前記避雷器への給電路に介在する遮断器を開放する信号を含む、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の避雷器監視装置。
  5. 　前記劣化信号は、前記鉄道車両のパンタグラフの上昇を禁止する信号を含む、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の避雷器監視装置。
  6. 　前記劣化の状態は、前記避雷器の劣化度に応じて複数の劣化レベルに分けられており、
    　前記制御器は、前記複数の劣化レベルのうち、前記履歴データの前記時系列変化が該当する劣化レベルに応じて、前記劣化信号を異ならせる、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の避雷器監視装置。
  7. 　請求項１乃至６のいずれか１項に記載された避雷器監視装置を備えた鉄道車両。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0963741A (ja) * 1995-08-25 1997-03-07 Nissin Electric Co Ltd 避雷器の劣化監視方法および劣化監視装置
JP2016080503A (ja) * 2014-10-16 2016-05-16 公益財団法人鉄道総合技術研究所 検出装置、電力供給システム及び検出方法
JP6616193B2 (ja) 2016-01-08 2019-12-04 東日本旅客鉄道株式会社 避雷器漏れ電流検出方法、避雷器漏れ電流検出装置、及び避雷器漏れ電流監視装置
CN110907742A (zh) * 2019-12-20 2020-03-24 福开尔（西安）电气有限公司 一种机车励磁涌流的抑制装置及涌流和过电压监测方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2333925B1 (en) * 2009-12-08 2013-02-13 Raychem International Surge arrester condition monitoring
CN107045089A (zh) * 2017-01-20 2017-08-15 上海欧忆能源科技有限公司 避雷器状态诊断系统
CN110794251A (zh) * 2019-12-03 2020-02-14 常德威迪电气有限责任公司 一种避雷器的故障在线监测方法及在线监测系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0963741A (ja) * 1995-08-25 1997-03-07 Nissin Electric Co Ltd 避雷器の劣化監視方法および劣化監視装置
JP2016080503A (ja) * 2014-10-16 2016-05-16 公益財団法人鉄道総合技術研究所 検出装置、電力供給システム及び検出方法
JP6616193B2 (ja) 2016-01-08 2019-12-04 東日本旅客鉄道株式会社 避雷器漏れ電流検出方法、避雷器漏れ電流検出装置、及び避雷器漏れ電流監視装置
CN110907742A (zh) * 2019-12-20 2020-03-24 福开尔（西安）电气有限公司 一种机车励磁涌流的抑制装置及涌流和过电压监测方法

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