(57)【要約】【課題】簡易な構成で、車体電位変動特性を定量評価し、変動対策を含めた高電圧系統の性能変化を検出可能な車体電位計測システムを提供する。【解決手段】鉄道車両の車体電位計測システムであって、鉄道車両は、鉄道車両に搭載された車上装置に架線電力を分配する高電圧母線と、架線と高電圧母線とを接続又は遮断する高電圧遮断器と、を有し、車体電位計測システムは、鉄道車両の車体電位を基準とした電圧を取得する電圧取得部と、架線の電圧位相を取得する電圧位相取得部と、データを格納する記憶部と、記憶部へのデータの格納を行う処理部と、を有し、処理部は、電圧取得部が取得した電圧データを、高電圧遮断器が動作したときの架線の電圧位相と関連付けて記憶部に格納する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両の車体電位計測システムであって、
前記鉄道車両は、前記鉄道車両に搭載された車上装置に架線電力を分配する高電圧母線と、架線と前記高電圧母線とを接続又は遮断する高電圧遮断器と、を有し、
前記車体電位計測システムは、前記鉄道車両の車体電位を基準とした電圧を取得する電圧取得部と、前記架線の電圧位相を取得する電圧位相取得部と、データを格納する記憶部と、前記記憶部へのデータの格納を行う処理部と、を有し、
前記処理部は、前記電圧取得部が取得した電圧データを、前記高電圧遮断器が動作したときの前記架線の電圧位相と関連付けて前記記憶部に格納することを特徴とする車体電位計測システム。
【請求項２】
請求項１に記載の車体電位計測システムであって、
前記鉄道車両は、前記高電圧母線より低い電圧の低電圧母線を有し、
前記低電圧母線は、少なくとも寄生インピーダンスを介して前記鉄道車両の車体と電気的に結合し、
前記電圧取得部は、前記車体電位を基準とした前記低電圧母線の電圧データを取得することを特徴とする車体電位計測システム。
【請求項３】
請求項１に記載の車体電位計測システムであって、
前記鉄道車両は、前記架線と電気的に結合して電圧を取得する静電アンテナを有し、
前記電圧位相取得部は、前記静電アンテナを介して前記架線の電圧位相を取得することを特徴とする車体電位計測システム。
【請求項４】
請求項１に記載の車体電位計測システムであって、
前記鉄道車両は、前記高電圧母線と磁気的に結合して電圧を取得する電圧トランスを有し、
前記電圧位相取得部は、前記電圧トランスを介して前記架線の電圧位相を取得することを特徴とする車体電位計測システム。
【請求項５】
請求項１に記載の車体電位計測システムであって、
前記鉄道車両は、前記高電圧母線と磁気的に結合して電圧を取得する電圧トランスを有し、
前記電圧トランスの二次側の一端は、前記鉄道車両の車体に接続され、
前記電圧位相取得部及び前記電圧取得部は、前記電圧トランスの二次側から、それぞれ、前記架線の電圧位相及び前記電圧データを取得することを特徴とする車体電位計測システム。
【請求項６】
請求項１に記載の車体電位計測システムであって、
前記処理部は、前記高電圧遮断器の操作信号を受信したタイミングを基準とする所定の期間の前記電圧データを前記記憶部に格納することを特徴とする車体電位計測システム。
【請求項７】
請求項１に記載の車体電位計測システムであって、
前記処理部は、前記高電圧遮断器が動作したときの前記鉄道車両の位置情報を、前記電圧データと関連付けて前記記憶部に格納することを特徴とする車体電位計測システム。
【請求項８】
請求項１に記載の車体電位計測システムであって、
前記処理部は、前記鉄道車両が変電所切り替えセクションに進入したことを示す信号を受信したこと、又は、前記鉄道車両の位置情報に基づいて、前記鉄道車両が変電所切り替えセクションに進入したと判定したタイミングを基準とする所定の期間の前記電圧データを前記記憶部に格納することを特徴とする車体電位計測システム。
【請求項９】
請求項１に記載の車体電位計測システムであって、
前記架線の電圧位相の範囲ごとに、判定パラメータを保持し、
前記電圧位相取得部が取得した電圧位相に対応する前記判定パラメータと、前記電圧取得部が取得した電圧データとを比較した結果が所定の条件を満たす場合に通知を送信する検知部を有することを特徴とする車体電位計測システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の車体電位計測システムであって、
前記架線の電圧位相の範囲と、前記鉄道車両が在線する変電所区間との組み合わせごとに、前記判定パラメータを保持し、
前記電圧位相取得部が取得した電圧位相と前記鉄道車両が在線する変電所区間との組み合わせに対応する前記判定パラメータと、前記鉄道車両が在線する変電所区間において前記電圧取得部が取得した電圧データとを比較した結果が所定の条件を満たす場合に前記通知を送信する検知部を有することを特徴とする車体電位計測システム。
【請求項１１】
請求項９に記載の車体電位計測システムであって、
前記判定パラメータは、前記高電圧遮断器が動作したときのサージノイズの程度を判定するためのパラメータであり、
前記検知部は、
所定の期間に前記電圧位相取得部が取得した電圧位相と、前記電圧取得部が取得した電圧データとに基づいて、前記判定パラメータを生成し、
前記電圧位相取得部が取得した電圧位相に対応する前記判定パラメータと、前記電圧取得部が取得した電圧データとを比較した結果が前記所定の条件を満たす場合に、前記鉄道車両において施された前記サージノイズに起因する電位変動への対策の性能が劣化したと判定して、前記通知を送信することを特徴とする車体電位計測システム。
【請求項１２】
鉄道車両の車体電位計測方法であって、
前記鉄道車両は、前記鉄道車両に搭載された車上装置に架線電力を分配する高電圧母線と、架線と前記高電圧母線とを接続又は遮断する高電圧遮断器と、を有し、
前記車体電位計測方法は、
前記鉄道車両の車体電位を基準とした電圧を取得する手順と、
前記架線の電圧位相を取得する手順と、
取得した電圧データを、前記高電圧遮断器が動作したときの前記架線の電圧位相と関連付けて格納する手順と、を含むことを特徴とする車体電位計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車体電位計測技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景技術として、特開２０１８−１７９９４３号公報（特許文献１）に記載の技術がある。この公報には、「鉄道車両に発生する電磁ノイズを計測する鉄道車両向けの電磁ノイズ計測システムであって、鉄道車両編成の車両内または車両外の少なくとも一方に引き通し固定された電線束の何れかに併せて配置される電磁ノイズ検出線と、２点間の電位差を取得する電圧取得部を含む電磁ノイズ評価装置とを有する。そして、電磁ノイズ検出線の一端は抵抗を介して車体の金属部分と接続し、他の一端を電磁ノイズ評価装置と接続し、電圧取得部はノイズ検出線の他の一端と車体間の電位差を取得する。」と記載されている（要約参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−１７９９４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年の高速鉄道車両では、騒音源となるパンタグラフの設置台数削減を目的として、パンタグラフから取得した架線電力を複数の主変圧器などへ送電する特別高圧ケーブルを複数車両に渡って引き通し、配置している。また、車体−台車間が電気的に絶縁されたボルスタレス台車の普及によって、長い接地電線と接地抵抗器から成る接地装置を介して、車体−レール間を接続する接地回路構成を採っている。
【０００５】
以上の構成の鉄道車両において、パンタグラフ−架線間が離接する際、及び、真空遮断器などによって特別高圧経路の電力を切入する際などに発生する高周波サージノイズは、特別高圧ケーブルを通し、寄生容量を介して車体へと伝搬する。車体へと伝播したサージノイズは、高周波領域で一定のインピーダンスを持つ接地装置を通してレールへと流れるため、過渡的な車体電位の変動として表出する。
【０００６】
この車体電位変動は、入出力配線及び装置筐体接地線等を介して車体と電気的に結合した車上機器類の誤動作及び故障を引き起こす要因となっている。このため、各配線へのノイズフィルタを追加する、及び、高周波領域で低インピーダンスとなる車体接地系統を追加構成するといった対策が採られてきた。これらの対策性能は、車上装置保護の観点から適宜評価確認すべき対象だが、その性能評価は主として車両構成の変更を伴う新型車両検査時及び不具合発生下の対策検討時に限って行われ、量産編成検査時又は保守点検時において評価されてはいない。その理由として、上記サージノイズに起因する車体電位変動は、ノイズ発生タイミングの架線電圧位相等測定条件に依って変動様相が大きく異なるため、定量評価が困難であること等があった。
【０００７】
以上の背景を踏まえて、特許文献１の技術では、鉄道車両編成内外に引き通し固定された電磁ノイズ検出線の一端と車体とを抵抗で接続し、電磁ノイズ検出線と車体とによって構成されるループ内の電磁ノイズを、電磁ノイズ検出線の他端と車体との間の電位差によって評価する電磁ノイズ計測システムの例を開示している。この構成においては、車体電位変動の主要因である架線電圧位相を取得・評価しないため、上記サージノイズに起因する車体電位変動、すなわち、変動対策性能を評価することが困難である等の課題がある。
【０００８】
そこで本発明は、簡易な構成で、車体電位変動特性を定量評価し、変動対策を含めた高電圧系統の性能変化を検出可能な車体電位計測システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題の少なくとも一つを解決するために、例えば特許請求に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、鉄道車両の車体電位計測システムであって、前記鉄道車両は、前記鉄道車両に搭載された車上装置に架線電力を分配する高電圧母線と、架線と前記高電圧母線とを接続又は遮断する高電圧遮断器と、を有し、前記車体電位計測システムは、前記鉄道車両の車体電位を基準とした電圧を取得する電圧取得部と、前記架線の電圧位相を取得する電圧位相取得部と、データを格納する記憶部と、前記記憶部へのデータの格納を行う処理部と、を有し、前記処理部は、前記電圧取得部が取得した電圧データを、前記高電圧遮断器が動作したときの前記架線の電圧位相と関連付けて前記記憶部に格納することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様によれば、簡易な構成で、車体電位変動特性を定量評価し、変動対策を含めた高電圧系統の性能変化を検出可能な車体電位計測システムを提供することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明によって明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１における車体電位計測システムを適用する車両編成の説明図である。
【図２】高電圧母線を有する車両における車上機器誤動作発生メカニズムの一例の説明図である。
【図３】実際の車両における高電圧遮断器投入時の車体−低電圧母線間の電圧スペクトル測定例を示す。
【図４】本発明の実施例１の電圧位相取得部による電圧位相の取得の例を示す説明図である。
【図５】本発明の実施例１の記憶部に保存される電圧データと架線電圧位相との関連付けの例を示す説明図である。
【図６】本発明の実施例２における車体電位計測システムを適用する車両編成の説明図である。
【図７】本発明の実施例２の電圧取得部による電圧位相の取得の例を示す説明図である。
【図８】本発明の実施例３における電位変動評価装置の構成を示す説明図である。
【図９】本発明の実施例３の電位変動評価装置が実行する処理を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施例３における位相グループの分類の例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【実施例１】
【００１３】
以下、本発明の実施例１である車体電位計測システムを図１から図５を用いて説明する。本実施例では、特定構成の車体電位計測システムの形態を説明するが、本発明の構成仕様は本実施例に限定されるものではなく、車両構造や搭載する車上機器に応じて適用する。また、適用車両は、架線や第三軌条より電力を取得して走行する車両に限らず、気動車両、新交通システムや磁気浮上式鉄道等動力の方式等に依らず、引き通し線上のノイズを起因として車体電位変動が生じる車両であれば、適用して良い。
【００１４】
図１は、本発明の実施例１における車体電位計測システムを適用する車両編成の説明図である。ここでは、説明のため、編成のうち先頭２両を中心に示す。
【００１５】
図１（Ａ）に示す本実施例の車体電位変動計測システムが適用される鉄道車両は、架線３００、車体１００、パンタグラフ２００、主変圧器２０１、高電圧母線１０３、高電圧遮断器１０１、低電圧母線１０９、電圧トランス１０２、接地インピーダンス２０２、寄生インピーダンスＡ２０３、寄生インピーダンスＢ２０４、及び、電位変動評価装置１０４によって構成される。
【００１６】
架線３００は、変電所から鉄道車両の駆動電力を送電する。車体１００は、鉄道車両の走行路であり、かつ変電所への帰線電流経路を兼ねるレール３０１で構成する設備上を走行する金属構体である。パンタグラフ２００は、架線３００から電力を取得する。主変圧器２０１は、架線電圧から主変換装置の入力電圧へ降圧変換する。高電圧母線１０３は、架線電力を複数の主変圧器２０１等に送電するために複数の車両に渡って引き通される。高電圧遮断器１０１は、パンタグラフ２００と高電圧母線１０３とが構成する高電圧経路上に配置される。低電圧母線１０９は、運行制御及び車内サービス等を行う車上装置への駆動電力供給及び信号伝送のため複数車両に渡って引き通される。電圧トランス１０２は、高電圧経路上の電圧波形を降圧して取得する。接地インピーダンス２０２は、車体１００に接続した電線から台車（図示省略）上の接地機構（図示省略）を通してレール３０１へ至る車体接地経路のインピーダンスである。寄生インピーダンスＡ２０３は、高電圧母線１０３と車体１００との間に存在するインピーダンスである。寄生インピーダンスＢ２０４は、低電圧母線１０９と車体１００間に存在するインピーダンスである。
【００１７】
なお、図１では、高電圧母線１０３は車体１００の屋根に敷設するように図示したが、車体１００の床下に敷設しても良い。接地インピーダンス２０２は、車両構成によって複数設けられる車体接地経路のインピーダンス総量を１素子で示したものである。寄生インピーダンスＡ２０３及び寄生インピーダンスＢ２０４は、車体上に渡って存在する物理的構造に起因する容量を１コンデンサ素子で示したものである。これらの素子は説明の便宜上、簡易的に明示したものであり、インピーダンスが存在する位置を限定するものではない。さらに、寄生インピーダンスＢ２０４には、低電圧母線１０９の漏電検知抵抗等、別のインピーダンス素子を複数含んでも良い。
【００１８】
また、図１では、電圧トランス１０２は、高電圧遮断器１０１と高電圧母線１０３間に配置したが、この構成は一例であり、架線３００上の電圧位相を取得できるかぎり、他の構成を採用してもよい。例えば、電圧トランス１０２をパンタグラフ２００と高電圧遮断器１０１と間に配置しても良い。あるいは、電圧トランス１０２の代わりに、車体１００の屋根上に配置して静電結合によって架線３００の電圧を取得する静電アンテナ１１３等によって電圧位相の取得を実現しても良い（図１（Ｂ）参照）。また、図１では、主変圧器２０１をレール３０１に直接接続するよう示したが、実際には台車上の接地機構等を通して接地接続される。
【００１９】
電位変動評価装置１０４は、電圧取得部１０６、電圧位相取得部１０５、処理部１０７、及び記憶部１０８等によって構成される。電圧取得部１０６は、車体１００と、車体１００に電気的に接続または密に結合した低電圧母線１０９との間の電圧を取得する。電圧位相取得部１０５は、電圧トランス１０２等を介して架線３００上の電圧位相を取得する。処理部１０７は、取得データの処理等を行う。記憶部１０８は、処理部１０７で処理したデータを保存する。図１では、電位変動評価装置１０４を先頭車両に設置するよう示したが、先頭車両に限らず、評価対象とする任意の車両に設置して良い。
【００２０】
図２は、高電圧母線を有する車両における車上機器誤動作発生メカニズムの一例の説明図である。
【００２１】
高電圧母線を有する車両では、高電圧遮断器等によって高電圧経路の電力を切入する際や、パンタグラフ−架線間が離接する際に発生する高周波サージノイズは、高電圧母線と車体間の寄生容量を介して車体へと伝搬する。一般に各車体は、接地電線等の接地インピーダンスの存在によって、鉄道システムの基準電位であるレール電位からの電圧を持ってしまう。特にサージノイズに起因して電圧が発生する場合、車体電圧は過渡的に変動するため、車体と電気的に接続または密に結合した車上装置へ高周波ノイズとして流入し、車上装置の故障や誤動作を引き起こしていた。
【００２２】
この問題に対して、主たる流入経路である低電圧母線へのノイズフィルタ追加や、コンデンサ等高周波領域で低インピーダンスとなる車体接地系統を追加構成する対策が採られてきた。これらの対策性能は、経時変化や機械的破損等に依って変動する可能性があるため、信頼性担保の観点においてこれらを適宜評価確認する必要がある。
【００２３】
上記の高周波サージノイズは、離隔する接点間に生じるアーク電流の発生に起因する。アーク電流は、接点間にかかる電圧が離隔距離等で定まる絶縁耐力を超えた場合に発生する。すなわち、接点間に交流電圧を印加する場合、交流電圧位相と離隔距離等の関係によって、アーク電流ひいては車体電位変動の発生様相が異なることとなる。
【００２４】
図３は、実際の車両における高電圧遮断器投入時の車体−低電圧母線間の電圧スペクトル測定例を示す。
【００２５】
この例に示すように、架線電圧位相に依って、発生する車体電位変動の様相が大きく変動することが確認できている。例えば、接点間にかかる電圧が最小となる０°の電圧スペクトルと、最大となる９０°における電圧スペクトルとでは様相が大きく異なり、これらを単純比較することによっては特性変化を判断することはできない。本発明は、これまで不明確だった架線電圧位相と車体電位変動との相関を活用して、高周波サージノイズ対策性能の定量的評価を可能とするものである。
【００２６】
図１の構成において、電圧位相取得部１０５は、架線３００の電圧位相を、電圧トランス１０２または相応の機能を有する静電アンテナ１１３から取得する。
【００２７】
図４は、本発明の実施例１の電圧位相取得部１０５による電圧位相の取得の例を示す説明図である。
【００２８】
図４（Ａ）は、図１（Ａ）に示すように、電圧トランス１０２とパンタグラフ２００との間に高電圧遮断器１０１が配置される場合の電圧トランス１０２の２次側電圧波形の例を示す。この場合、電圧トランス１０２の２次側電圧波形の振幅は、図４（Ａ）に示すように、高電圧遮断器１０１投入の前後で大きく変化する。このため、電圧位相取得部１０５は、急峻に電圧値が変動する点の位相を高電圧遮断器投入時位相として取得する。
【００２９】
一方、電圧トランス１０２がパンタグラフ２００と高電圧遮断器１０１との間に配置される場合は、電圧トランス１０２の２次側電圧波形の振幅は図４（Ｂ）に示すように高電圧遮断器１０１投入の前後で大きく変化しないため、架線電圧波形から高電圧遮断器投入のタイミングを検出することは難しい。図１（Ｂ）に示すように静電アンテナ１１３によって観測する場合も同様である。このため、電圧位相取得部１０５は、電圧位相取得部１０５と同期して動作する電圧取得部１０６における急峻な電圧変動が発生した時刻から、高電圧遮断器投入時の位相を特定する。
【００３０】
なお、上記は高電圧遮断器投入時の例について示したが、高電圧遮断器切断時及びパンタグラフ離接時等においても、架線電圧位相取得方法は同様である。
【００３１】
図１の例における電圧取得部１０６は、車体電位を基準として、車体１００と電気的に接続または密に結合（すなわち１ｕＦ以上の容量成分を介して結合）した低電圧母線１０９との間の電圧を取得する。なお、電圧取得部１０６のサンプリングレートは、本システムを適用する車両の構造及び高電圧遮断器１０１の特性差に依って、電圧スペクトル特性の特徴が現れる周波数帯は変動し得るため適宜設定して良い。例えば、図示したケースでは特徴が顕著に現れる５００ｋＨｚ以下の電圧スペクトル特性を評価可能となるように、サンプリングレートを１ＭＳａｍｐｌｅｓ／ｓｅｃ以上とする。
【００３２】
また、電圧データは連続記録した後、高周波サージノイズ発生時刻の前後の所望の期間の電圧データを参照しても良いし、高周波サージノイズ発生時刻前後に渡る任意期間の電圧データのみ保存するようにしても良い。後者のケースにおいて、車両側の高電圧遮断器１０１の操作信号を処理部１０７が受けて、それを契機として電圧データの記録を開始しても良い。例えば、処理部１０７は、高電圧遮断器１０１の操作信号を受けた時刻より所定の時間だけ前の時刻から所定の時間だけ後の時刻までの所定の長さの時間の電圧データを記憶部１０８に格納してもよい。具体的には、例えば、処理部１０７は、電圧データを常時一時的に記憶して、所定の時間経過後（または所定の量の電圧データが蓄積されたら）古い電圧データを順次消去し、高電圧遮断器１０１の操作信号を受信した時刻の前後の時間帯の電圧データのみを消去せずに記憶部１０８に格納してもよい。なお、後述するように車両が変電所切り替えセクションに進入したと判定された場合にも、その判定を契機として上記と同様の処理を行うことができる。
【００３３】
これによれば、高電圧遮断器１０１の動作に起因する高周波サージノイズを確実に取得することができる。また、高電圧遮断器１０１の動作に起因する高周波サージノイズを含まないデータを保存しないことによって、記憶部１０８の記憶容量を有効に利用することができる。また、保存する電圧データの形式は、時間軸の電圧データでも良いし、周波数軸のスペクトルデータ等、事後処理で相互比較可能なものであれば形式は問わない。
【００３４】
処理部１０７は、高周波サージノイズ発生時の架線電圧位相と電圧データを関連付けて、記憶部１０８に保存する。
【００３５】
図５は、本発明の実施例１の記憶部１０８に保存される電圧データと架線電圧位相との関連付けの例を示す説明図である。
【００３６】
図５の例では、ＩＤ５０１、電圧データ保存パス５０２、架線電圧位相５０３及び車両走行位置５０４からなるレコードが複数保存される。一つのレコードには１回の高周波サージノイズ発生に関するデータが保存される。ＩＤ５０１は、各レコードの識別情報である。電圧データ保存パス５０２は、それぞれのレコードに対応する電圧データを保存するファイルのパスを示す。架線電圧位相５０３は、それぞれのレコードに対応する高周波サージノイズ発生時の架線電圧の位相であり、電圧位相取得部１０５が取得したものである。車両走行位置５０４は、それぞれのレコードに対応する高周波サージノイズ発生時の車体１００の走行位置（例えば座標値）である。車両走行位置５０４は必須ではないが、これを記録した場合、後述するように、設備側の要素を考慮するために利用することができる。
【００３７】
以上の構成によれば、高周波サージノイズの発生様相に大きく影響を及ぼす架線電圧位相と電圧データとを関連付けて保存するため、高周波サージノイズ発生様態の似た任意の架線電圧位相範囲内の電圧データ同士を比較することができ、少なくとも停止中の鉄道車両において、簡易な構成で車体電位変動特性を定量評価し、車体電位変動対策を含めた高電圧系統の性能変化を検出可能な車体電位計測システムを提供できる。
【００３８】
上記に加えて、走行中の鉄道車両への本実施例に係るシステムの適用を考えた場合、高周波サージノイズの様態変動の要素として、変電所の発電容量、並びに、送電経路となる架線３００およびレール３０１といった設備側の要素も考慮する必要がある。この課題に対しては、図５に示すように、処理部１０７において高周波サージノイズ発生時の車両走行位置もＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）または車上信号装置等（いずれも図示省略）から取得して併せて記憶部１０８に保存する。
【００３９】
以上の構成によれば、変電所および走行位置が同等の電圧データ同士を比較できるようになるため、走行下の鉄道車両においても、簡易な構成で車体電位変動特性を定量評価し、車体電位変動対策を含めた高電圧系統の性能変化を検出可能な車体電位計測システムを提供できる。さらに、車両走行位置および車上信号装置から変電所切り替えセクションに進入したと処理部１０７で判定できる場合に、上述の処理を実施し、複数編成において取得した多量の電圧データ間で比較処理すれば、変電所側の高電圧遮断器の性能変化についても評価可能となる。
【実施例２】
【００４０】
以下に、本発明の実施例２である車体電位計測システムについて図６および図７を用いて説明する。本実施例では、電圧データと架線電圧位相を同時に取得する形態について記述する。以下に説明する相違点を除き、実施例２の車体電位計測システムの各部は、図１〜図５に示された実施例１の同一の符号を付された各部と同一の機能を有するため、それらの説明は省略する。
【００４１】
図６は、本発明の実施例２における車体電位計測システムを適用する車両編成の説明図である。ここでは、実施例１と同様に、説明のため、編成のうち先頭２両を中心に示す。
【００４２】
図６の例では、電圧トランス１０２の２次側の一端が車体１００と接続される。この場合、電圧トランス２次側インダクタンスを通して車体電位の変動も現れるため、電圧トランス１０２の２次側電圧を電圧取得部１１０が取得すれば、図７に示すように架線電圧位相と車体電位変動特性を同時に取得することができる。すなわち、図６の電圧取得部１１０は、図１に示した実施例１の電圧位相取得部１０５と同等の機能に加えて、電圧取得部１０６に代わって高周波サージノイズを含む電圧を計測する機能も有する。
【００４３】
図７は、本発明の実施例２の電圧取得部１１０による電圧位相の取得の例を示す説明図である。
【００４４】
以上の構成によれば、実施例１のような電圧位相取得部１０５に係る測定系を削減できるため、より簡易な構成で車体電位変動特性を定量評価し、車体電位変動対策を含めた高電圧系統の性能変化を検出可能な車体電位計測システムを提供できる。
【実施例３】
【００４５】
以下に、本発明の実施例３である車体電位計測システムについて図８から図１０を用いて説明する。本実施例では、取得した電圧データから相対的な性能変化を検知する形態について説明する。以下に説明する相違点を除き、実施例３の車体電位計測システムの各部は、図１〜図５に示された実施例１または図６、７に示された実施例２の同一の符号を付された各部と同一の機能を有するため、それらの説明は省略する。
【００４６】
図８は、本発明の実施例３における電位変動評価装置１０４の構成を示す説明図である。
【００４７】
本実施例の電位変動評価装置１０４は、実施例１または２の既述の構成に加えて、劣化検知部１１１と判定パラメータ１１２とを有する。判定パラメータ１１２は、過去に取得した電圧データに基づいて生成される、新たに取得した電圧データ特性の変動有無の判定演算に使用するデータである。劣化検知部１１１は、上記判定演算および判定パラメータ１１２の更新等を行う演算処理部である。
【００４８】
次に、図９を用いて電位変動評価装置１０４が取得した電圧データ特性に変動が発生したことを検知する処理について説明する。
【００４９】
図９は、本発明の実施例３の電位変動評価装置１０４が実行する処理を示すフローチャートである。
【００５０】
電位変動評価装置１０４の電圧取得部１０６は、高周波サージノイズ発生時前後（例えば発生時刻を含む所定の長さの時間）の車体１００の電位を基準とした電圧データを取得する。電圧位相取得部１０５は、高周波サージノイズ発生時の架線電圧位相を取得する。また、処理部１０７は、別途車両走行位置情報等を取得する（Ｓ１００）。
【００５１】
次に、処理部１０７は、取得した架線電圧位相データより、サージノイズ発生様相に応じた分別を行う（Ｓ１０１）。サージノイズ発生様相は車両構成等に依存するため、位相グループの分類数および各々の範囲は実験的に定めることが望ましい。
【００５２】
図１０は、本発明の実施例３における位相グループの分類の例の説明図である。
【００５３】
図１０には、簡易な構成として、高電圧遮断器１０１の端子間電圧が最小となる０°と、端子間電圧が最大となる９０°とを中心に３分割するよう周期的に設定する例を示す。すなわち、この例では、架線電圧位相−２２．５°〜＋２２．５°を位相グループＡ、＋２２．５°〜＋６７．５°を位相グループＢ、＋６７．５°〜＋１１２．５°を位相グループＣ、＋１１２．５°〜＋１５７．５°を位相グループＢ、＋１５７．５°〜＋２０２．５°を位相グループＡ、＋２０２．５°〜＋２４７．５°を位相グループＢ、＋２４７．５°〜＋２９２．５°を位相グループＣ、＋２９２．５°〜＋３３７．５°を位相グループＢと設定し、以降の位相も同様に周期的に設定する例を示している。
【００５４】
この例では、図１０に示すように、位相グループＡは端子関電圧が最小の範囲に対応し、位相グループＣは端子間電圧が最大の範囲に対応し、位相グループＢは位相グループＡとＣの中間の端子関電圧の範囲に対応する。
【００５５】
以下、位相グループＡが判定された場合を例として、図９の説明を続ける。処理部１０７は、位相グループ判定後（Ｓ１０１：Ａ）、車両走行位置情報等によって特定される変電所または走行区間ごとに分別を行う（Ｓ１０２）。Ｓ１０２の処理にて、変電所の発電容量や設備側の状態を考慮した特性に分別される。ここでは、ある変電所グループ（例えば変電所グループＡ）が特定された場合を例として説明する（Ｓ１０２：Ａ）。
【００５６】
判定パラメータ１１２は、判定の精度を確保するために十分な数の電圧データを以て生成される。このため、処理部１０７は、判定パラメータ１１２の更新回数が所定の数に達していなければ（Ｓ１０３：Ｎ）、更新回数が上記の所定の数に至るまで（、判定パラメータ１１２の更新を実施する（Ｓ１０４）。
【００５７】
判定パラメータ１１２の更新回数が上記の所定の数に達した場合（Ｓ１０３：Ｙ）、電位変動評価装置１０４は、上記の所定の数の電圧データから生成された判定パラメータ１１２を持つことになる。この場合、劣化検知部１１１は、取得した電圧データとの演算処理を行う（Ｓ１０５）。この結果、電圧データ特性に変動があったと判定される場合に（Ｓ１０６：Ｙ）、電位変動評価装置１０４は、車体電位変動対策を含めた高電圧系統の性能変化が発生したと判定して、アラート（例えばメンテナンス要求）を発報する（Ｓ１０７）。このとき、劣化検知部１１１は、処理部１０７から高電圧遮断器１０１等装置単体での稼働状態も取り込み、性能劣化箇所の特定に活用しても良い。
【００５８】
例えば、車体電位変動対策が施されてからの経過時間が十分に短い時点など、車体１００において施された車体電位変動対策の性能が劣化していないと推定される期間に、上記のＳ１００〜Ｓ１０４の処理を実行して判定パラメータ１１２を生成してもよい。この判定パラメータ１１２は、例えば、電圧データに含まれる高周波サージノイズの程度を判定するためのパラメータであってもよい。その後、劣化検知部１１１は、生成された判定パラメータ１１２を使用した判定（Ｓ１０５、Ｓ１０６）を行い、判定結果が所定の条件を満たす場合（Ｓ１０６：Ｙ）に対策の性能が劣化したと判定することができる。
【００５９】
なお、上記の説明では、劣化検知部１１１が処理部１０７から独立した構成を示している。このように、劣化検知部１１１は、処理部１０７から独立したハードウェアによって実現されてもよいが、処理部１０７と共通のハードウェアによって実現されてもよい。例えば処理部１０７が汎用プロセッサである場合、劣化検知部１１１はその汎用プロセッサが劣化検知用のプログラムを実行することによって実現されてもよい。また、判定パラメータ１１２は、専用の記憶領域に格納されてもよいし、記憶部１０８に格納されてもよい。
【００６０】
以上の構成によれば、取得した電圧データ等から相対的な特性変化を自動的に検知し、それに基づいてメンテナンス要求を発報することが可能となる。
【００６１】
以上に説明した本発明の態様の代表的な例をまとめると次の通りとなる。すなわち、鉄道車両の車体電位計測システムであって、鉄道車両は、鉄道車両に搭載された車上装置に架線電力を分配する高電圧母線（例えば高電圧母線１０３）と、架線と高電圧母線とを接続又は遮断する高電圧遮断器（例えば高電圧遮断器１０１）と、を有し、車体電位計測システムは、鉄道車両の車体電位を基準とした電圧を取得する電圧取得部（例えば電圧取得部１０６又は１１０）と、架線の電圧位相を取得する電圧位相取得部（例えば電圧位相取得部１０５又は電圧取得部１１０）と、データを格納する記憶部（例えば記憶部１０８）と、記憶部へのデータの格納を行う処理部（例えば処理部１０７）と、を有し、処理部は、電圧取得部が取得した電圧データを、高電圧遮断器が動作したときの架線の電圧位相と関連付けて記憶部に格納する（例えば図５参照）。
【００６２】
これによって、高周波サージノイズ発生様態の似た任意の架線電圧位相範囲内の電圧データ同士を比較することができ、少なくとも停止中の鉄道車両において、簡易な構成で車体電位変動特性を定量評価し、車体電位変動対策を含めた高電圧系統の性能変化を検出可能な車体電位計測システムを提供できる。
【００６３】
ここで、鉄道車両は、高電圧母線より低い電圧の低電圧母線（例えば低電圧母線１０９）を有し、低電圧母線は、少なくとも寄生インピーダンス（例えば寄生インピーダンスＢ２０４）を介して鉄道車両の車体（例えば車体１００）と電気的に結合し、電圧取得部は、車体電位を基準とした低電圧母線の電圧データを取得してもよい。
【００６４】
これによって、高周波サージノイズを含んだ電圧データが取得される。
【００６５】
また、鉄道車両は、架線と電気的に結合して電圧を取得する静電アンテナ（例えば静電アンテナ１１３）を有し、電圧位相取得部は、静電アンテナを介して架線の電圧位相を取得してもよい。
【００６６】
あるいは、鉄道車両は、高電圧母線と磁気的に結合して電圧を取得する電圧トランス（例えば電圧トランス１０２）を有し、電圧位相取得部は、電圧トランスを介して架線の電圧位相を取得してもよい。
【００６７】
これらによって、架線の電圧位相が取得される。
【００６８】
あるいは、鉄道車両は、高電圧母線と磁気的に結合して電圧を取得する電圧トランス（例えば図６に示す電圧トランス１０２）を有し、電圧トランスの二次側の一端は、鉄道車両の車体に接続され、電圧位相取得部及び電圧取得部（例えば図６に示す電圧取得部１１０）は、電圧トランスの二次側から、それぞれ、架線の電圧位相及び電圧データを取得してもよい。
【００６９】
これによって、電圧位相取得に係る測定系を削減できるため、より簡易な構成で車体電位変動特性を定量評価し、車体電位変動対策を含めた高電圧系統の性能変化を検出可能な車体電位計測システムを提供できる。
【００７０】
また、処理部は、高電圧遮断器の操作信号を受信したタイミングを基準とする所定の期間の電圧データを記憶部に格納してもよい（例えば段落［００３２］等参照）。
【００７１】
これによって、高電圧遮断器の動作に起因する高周波サージノイズを確実に取得することができる。
【００７２】
また、処理部は、高電圧遮断器が動作したときの鉄道車両の位置情報を、電圧データと関連付けて記憶部に格納してもよい（例えば図５参照）。
【００７３】
これによって、変電所および走行位置が同等の電圧データ同士を比較できるようになるため、走行下の鉄道車両においても、簡易な構成で車体電位変動特性を定量評価し、車体電位変動対策を含めた高電圧系統の性能変化を検出可能な車体電位計測システムを提供できる。
【００７４】
また、処理部は、鉄道車両が変電所切り替えセクションに進入したことを示す信号を受信したこと、又は、鉄道車両の位置情報に基づいて、鉄道車両が変電所切り替えセクションに進入したと判定したタイミングを基準とする所定の期間の電圧データを記憶部に格納してもよい（例えば段落［００３２］［００３９］等参照）。
【００７５】
これによって、変電所側の高電圧遮断器の性能変化についても評価可能となる。
【００７６】
また、車体電位計測システムは、架線の電圧位相の範囲ごとに、判定パラメータ（例えば判定パラメータ１１２）を保持し、電圧位相取得部が取得した電圧位相に対応する判定パラメータと、電圧取得部が取得した電圧データとを比較した結果が所定の条件を満たす場合（例えばＳ１０６：Ｙ）に通知を送信（例えばＳ１０７）する検知部（例えば劣化検知部１１１）を有してもよい。
【００７７】
ここで、車体電位計測システムは、架線の電圧位相の範囲と、鉄道車両が在線する変電所区間との組み合わせごとに、判定パラメータを保持し、電圧位相取得部が取得した電圧位相と鉄道車両が在線する変電所区間との組み合わせに対応する判定パラメータと、鉄道車両が在線する変電所区間において電圧取得部が取得した電圧データとを比較した結果が所定の条件を満たす場合に通知を送信してもよい。
【００７８】
さらに、判定パラメータは、高電圧遮断器が動作したときのサージノイズの程度を判定するためのパラメータであり、検知部は、所定の期間に前記電圧位相取得部が取得した電圧位相と、前記電圧取得部が取得した電圧データとに基づいて、判定パラメータを生成し（例えばＳ１００〜Ｓ１０４）、電圧位相取得部が取得した電圧位相に対応する判定パラメータと、電圧取得部が取得した電圧データとを比較した結果が所定の条件を満たす場合に、鉄道車両において施されたサージノイズに起因する電位変動への対策の性能が劣化したと判定して、通知を送信してもよい。
【００７９】
これらによって、取得した電圧データ等から相対的な特性変化を自動的に検知し、それに基づいてメンテナンス要求を発報することが可能となる。
【００８０】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明のより良い理解のために詳細に説明したのであり、必ずしも説明の全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることが可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【００８１】
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によってハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによってソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、不揮発性半導体メモリ、ハードディスクドライブ、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ）等の記憶デバイス、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の計算機読み取り可能な非一時的データ記憶媒体に格納することができる。
【００８２】
また、制御線及び情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線及び情報線を示しているとは限らない。実際にはほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【符号の説明】
【００８３】
１００…車体
１０１…高電圧遮断器
１０２…電圧トランス
１０３…高電圧母線
１０４…電位変動評価装置
１０５…電圧位相取得部
１０６…電圧取得部
１０７…処理部
１０８…記憶部
１０９…低電圧母線
１１０…電圧取得部および電圧位相取得部
１１１…劣化検知部
１１２…判定パラメータ
１１３…静電アンテナ
２００…パンタグラフ
２０１…主変圧器
２０２…接地インピーダンス
２０３…寄生インピーダンスＡ
２０４…寄生インピーダンスＢ
３００…架線
３０１…レール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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