(57)【要約】【課題】あらゆる環境下においても、地絡事故に対して鉄道車両を安全に保護することが可能な電気車両を提供する。【解決手段】電気車両は、高圧電力を受電して走行する電気車両であって、天井を有する車体と、車体に搭載された高圧機器と、車体の天井に設けられ、電車線に接触可能なパンタグラフ２２と、電車線からパンタグラフにより受電した高圧電力を高圧機器へ導く高圧回路２７と、高圧回路側に接続された高圧側電極４７と、前記車体に設けられ前記高圧側電極に間隔を置いて対向しているとともに接地電位に接続された接地側電極４８とを有し、電車線電圧が異常に上昇した際に放電するアークホーン３４と、を備えている。【選択図】    図２
2010057315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧電力を受電して走行する電気車両であって、
天井を有する車体と、
前記車体に搭載された高圧機器と、
前記車体の天井に設けられ、電車線に接触可能なパンタグラフと、
前記電車線から前記パンタグラフにより受電した高圧電力を前記高圧機器へ導く高圧回路と、
前記高圧回路側に接続された高圧側電極と、前記車体に設けられ前記高圧側電極に間隔を置いて対向しているとともに接地電位に接続された接地側電極とを有し、電車線電圧が異常に上昇した際に放電するアークホーンと、
を備えた電気車両。
【請求項２】
前記接地側の電極は、前記高圧側電極との間隔を調整可能に移動可能に設けられている請求項１に記載の電気車両。
【請求項３】
前記接地側の電極を移動させる駆動手段を備えている請求項２に記載の電気車両。
【請求項４】
前記高圧側電極および接地側電極は、互いに対向した先端部をそれぞれ有し、少なくとも一方の先端部は、他の形状の先端部と交換可能に設けられている請求項１に記載の電気車両。
【請求項５】
前記高圧側電極および接地側電極は、互いに対向した先端部をそれぞれ有し、少なくとも一方の先端部は、その形状を変更可能に形成されている請求項１に記載の電気車両。
【請求項６】
前記少なくとも一方の先端部は、中空に形成され、前記先端部内に加圧空気を供給して前記先端部の形状を変化させる給気部を備えている請求項５に記載の電気車両。
【請求項７】
前記高圧側電極および接地側電極の少なくとも一方は、他方の電極と対向して放電が可能な動作位置と、他方の電極から離間して放電を不能とする収納位置との間を移動可能に設けられている請求項１に記載の電気車両。
【請求項８】
前記少なくとも一方の電極を前記動作位置と収納位置との間で移動させる駆動手段を備えている請求項７に記載の電気車両。
【請求項９】
前記高圧回路における微弱な放電を検知する放電検知装置と、前記放電検知装置により微弱な放電が検知された際、前記駆動手段により前記接地側電極を移動させてアークホーンの間隔を狭める請求項３に記載の電気車両。
【請求項１０】
前記高圧回路における微弱な放電を検知する放電検知装置と、前記放電検知装置により微弱な放電が検知された際、前記給気部により前記少なくとも一方の電極を変形させてアークホーンの間隔を狭める請求項６に記載の電気車両。
【請求項１１】
前記車体の天井に設置され前記パンタグラフを支持した碍子と、前記碍子を通して延びているとともに前記高圧回路を構成した導体と、を備え、
前記高圧側電極は、前記パンタグラフに接続され前記碍子の一端側に位置し、
前記接地側電極は、前記車体の天井に設置されている請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の電気車両。
【請求項１２】
前記車体の天井に設置され前記パンタグラフを支持した碍子と、前記碍子を通して延びているとともに前記高圧回路を構成した導体と、前記車体内に設けられた機器枠と、を備え、前記アームホーンの高圧側電極および接地側電極は、前記車体内に設置されている請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の電気車両。
【請求項１３】
前記高圧回路は、主遮断器と、避雷器とを有し、前記アークホーンは、前記パンタグラフと主遮断器との間で前記高圧回路に接続されている請求項１１又は１２に記載の電気車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電気車両に関し、特に、アークホーンを備えた電気車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
電車線電圧が２５ｋＶなど、対地電圧が比較的高い交流鉄道車両においては、車体あるいは機器類に対する地絡事故を防止するため、国内、海外、いずれの場合にも、それぞれの適用規定により定められた空間絶縁距離ならびに沿面絶縁距離を十分に確保することでアーク放電による大地閃絡事故を防止している。大地閃絡事故を防止するためには、電力供給側の電圧変動範囲の規定、電車線など電力供給側に設けられている避雷器およびアークホーンによる保護動作としての放電開始電圧の設定、および、車両に搭載されている避雷器の放電開始電圧の設定が重要となる。
【０００３】
通常、地上側に設けられたアークホーンの放電開始電圧は、乾燥時で、電車線の定格電圧の約４倍、注水時で約３倍程度に設定される。また、避雷器は、電車線の定格電圧の約３倍から４倍の電圧で放電を開始する。アークホーンおよび避雷器のいずれも、雷などによるサージから車両を保護している（例えば、特許文献１）。
【０００４】
ところが、上記の規定に基づいて十分な絶縁距離を確保してある場合でも、湿度や、空気中に含まれる塩分などの、天候・環境条件によっては、雷サージなどの現象とは無関係な、通常想定されている程度の電圧変動範囲内であるにもかかわらず、たとえば車体の屋上に配置されているパンタグラフと車体屋根との間などにおいて大地閃絡が発生することがまれにあった。ただし、この以前から確認されていた事象は、アークにより相互の品物の表面が、多少、焦げる程度であって、車両点検中の目視確認により、その車両の運用中に閃絡したことが確認される程度のことであって、車両の性能や運用の直接の妨げになるものではなかった。
【特許文献１】特開２００４−２９１７１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、濃い霧が発生した日は、空気中に含まれる水分が多いため、アーク放電しやすいということは容易に想像される。しかし、実際には、車上、地上とも、特高圧の各部において微小な放電は起きているとしても、著しいアーク放電に至ることはない。それは、容易には不要な大地閃絡をしないような車両設計になっているためであり、実際の交流電化区間における長年の経験においても、その設計に問題はないことが確認されている。
【０００６】
ところが、規定値に対して十分な絶縁距離を確保しているにもかかわらず、車体屋上の特高部位と車体との間に、今までは見られなかった激しいアーク現象を生じ、様々な部位が溶損するケースが最近見られるようになった。このような事故が最近発生するようになった原因を特定するためには、事故が発生したときの空気を持ち帰り、研究所などにおいて、大気の成分や状態を調査・分析することが必要である。しかし、事故が起きたときの空気サンプルを採取することは現実的でなく、実現は困難となる。
【０００７】
特高機器や車体側の絶縁距離に関する設計は、世界的にほぼ統一された規定に基づいて行なわれている。また、実用において、大気中の塩分や湿度の変化によって、多少のアーク放電があったとしても、前述の通り、その程度は微々たるものである。更に、車両に搭載されている特高機器類は、当然、上記のような従来見られなかった激しい放電現象が起きることを想定していない、いわば標準設計品であるから、原因が特定できていないような状況においては、容易に機器の仕様変更ができるものではない。
【０００８】
もちろん、いずれの車両においても、電車線に加わるサージ電圧を吸収するための避雷器は接続されている。しかし、避雷器の放電開始電圧は、一般に雷サージと呼ばれるような、通常ではありえない高い電圧のサージを吸収できるように設定されている。そのため、電車線の電圧変動範囲内で、あるいは、ＶＣＢなどの遮断器による開閉サージによって、架線電圧が多少高くなったとしても、避雷器はまったく動作しない。従って、仮に、アーク放電事故が電車線電圧の変動によるものであったとしても、避雷器によって、アーク放電を防げることはできない。
【０００９】
さらに、避雷器は、通常、碍子の内部に配設された放電機能部を有している。そのため、外部環境の変化が生じた場合でも、例えば、車両の屋上に搭載されている部品の表面や装置間においてアーク放電を起こす状況になったとしても、避雷器は、設計値よりも低い電圧で、本来の機能として放電を開始することもありえない。
【００１０】
一方、地上側に設けられているアークホーンは、元来、雷サージなどが原因で地上の碍子の表面閃絡が発生し、碍子破損事故に至ることを防止するために設けられている。そのため、アークホーンは、通常、碍子表面で観測されるような微小な放電現象が生じていると考えられる場合でも、電車線の電圧変動範囲内程度では、本来のアークホーンの機能としての放電を開始することはない。また、地上側のアークホーンは、一部の特定の碍子に取付けられているだけであるから、車両がアーク放電しやすい環境下にあるときでも、まちがいなく、車両を保護できるとは限らない。
【００１１】
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、高圧電力を受電して走行する電気車両において、あらゆる環境下においても、地絡事故に対して鉄道車両を安全に保護することが可能な電気車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の態様に係る交流電気車両は、高圧電力を受電して走行する電気車両であって、天井を有する車体と、前記車体に搭載された高圧機器と、前記車体の天井に設けられ、電車線に接触可能なパンタグラフと、前記電車線から前記パンタグラフにより受電した高圧電力を前記高圧機器へ導く高圧回路と、前記高圧回路側に接続された高圧側電極と、前記車体に設けられ前記高圧側電極に間隔を置いて対向しているとともに接地電位に接続された接地側電極とを有し、電車線電圧が異常に上昇した際に放電するアークホーンと、を備えている。
【発明の効果】
【００１３】
上記構成によれば、あらゆる環境下においても、地絡事故に対して鉄道車両を安全に保護することが可能な電気車両を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に電気車両について説明する。  
図１は、本実施形態に係る電気車両としての電気機関車を示している。図１に示すように、電気機関車１０は、それぞれ車輪１４が設けられた一対の台車１６と、台車上にばね１５を介して支持された車体１７と、を備えている。各台車１６上で車輪１４の近傍には主電動機１８が載置されている。主電動機１８は、図示しないギアボックスおよびカップリングを介して回転力を車輪１４に伝達できるように接続されている。車輪１４はレール１３上に載置されている。
【００１５】
車体１７の天井２０には例えば２つのパンタグラフ２２が設けられている。各パンタグラフ２２は、架空電車線（架線）２４と接触する図示の給電位置と、架空電車線から離間する格納位置との間を移動可能に設けられている。天井２０上には、特高圧機器、例えば、主遮断器、避雷器等が載置されている。車体１７の内部には変圧器が載置されている。車体１７の床下には、種々の床下装置２５が艤装されている。
【００１６】
架空電車線２４からパンタグラフ２２に供給された高圧の交流電力は、後述する他の電気機器に送られた後、図示しない配線を通して各主電動機１８に供給される。主電動機１８は供給された電力により駆動し、ギアボックスとカップリングを介して車輪１４を回転させ、これにより、電気機関車１０はレール１３上を走行する。
【００１７】
図２は、電気機関車の高圧回路を概略的に示している。図２に示すように、高圧回路２７は、架空電車線２４からパンタグラフ２２で集電した交流電力を、主遮断器２６を介して、主変圧器２８の１次側に交流電力を供給し、主変圧器の２次側に接続された電力変換装置３０により主電動機１８に供給する。これにより、主電動機１８が駆動され、電気機関車１０が走行する。電力変換装置３０は、電力の供給対象となる主電動機の種類により、直流出力の変換装置、交流出力の変換装置などがある。本実施形態では、主電動機１８として３相交流電動機が用いられ、電力変換装置３０は交流電力を出力する。なお、電力供給先は、車両走行用の主電動機に限らず、例えば乗客用サービス電源を供給するための電源回路としてもよい。
【００１８】
高圧回路２７において、主遮断器２６と主変圧器２８との間には、避雷器３２が接続されている。この避雷器３２は、予め所望の開放開始電圧に設定され、雷サージなどの影響から機器を保護している。高圧回路２７において、パンタグラフ２２と主遮断器２６との間にアークホーン３４が設けられている。アークホーン３４は、高圧側に接続された高圧側電極と車体に接地された接地側電極とを有し、電位的に見ると、パンタグラフ２２と車体１７との間に設けられている。後述するように、アークホーン３４は、電車線電圧が異常に上昇した際にアーク放電し、車体１７や、車体１７に搭載されている機器を閃絡事故から保護する。
【００１９】
図３は、電気機関車１０の天井およびパンタグラフ部分を概略的に示す断面図、図４は、パンタグラフの碍子およびアークホーンを拡大して示している。図３および図４に示すように、パンタグラフ２２は、架空電車線２４に接触するすり板を支持した舟板４０、舟板を昇降可能に支持した上枠４１および下枠４２、下枠４２を回動自在に支持した台枠４４を有している。台枠４４は、複数の支持碍子４６により絶縁支持され、車体１７の天井２０に設けられた取付台５０に取付けられている。各支持碍子４６は、ほぼ垂直方向に立設して設けられ、軸方向上端が台枠４４にボルト止めされ、軸方向下端が取付台５０にボルト止めされている。パンタグラフ２２は、図示しない導体を介して高圧回路２７に電気的に接続されている。各支持碍子４６は、陶磁器、あるいは、ポリマーなどの絶縁物で形成されている。
【００２０】
アークホーン３４は、高圧回路側に接続された高圧側電極４７と、接地電位に接続された接地側電極４８とを有している。高圧側電極４７および接地側電極４８は、それぞれ鉄等の導電性金属により棒状に形成されている。高圧側電極４７は、パンタグラフ２２の台枠４４に接続され、支持碍子４６の上端側に位置している。これにより、高圧側電極４７は、高圧回路２７において、パンタグラフ２２と主遮断器２６との間に接続されている。高圧側電極４７は、台枠４４から外側に向かってほぼ水平に延出し、その先端部４７ａは、車体１７の天井２０に向かって折曲げられ、ほぼ垂直に延びている。
【００２１】
接地側電極４８は車体１７に接続されている。本実施形態によれば、接地側電極４８は、取付台５０にボルト止めされ、支持碍子４６の近傍に位置している。接地側電極４８は、取付台５０から高圧側電極４７に向かってほぼ垂直に延出している。接地側電極４８の先端部は、所定の間隔Ｌを置いて、高圧側電極４７の先端部４７ａと対向している。この間隔Ｌは、電気機関車１０が配置される地域の環境条件に応じて、最適な大きさに設定される。すなわち、間隔Ｌは、電気機関車１０が配置される地域において、高圧側電極４７と接地側電極４８との間で正常なアーク放電が行われる大きさに設定されている。
【００２２】
上記のように構成された電気機関車１０によれば、一方の電極が接地側に接続されたアークホーンを車体に設けることにより、電車線電圧が異常に上昇した際、アークホーンにより正常なアーク放電を行い、車体および車体に搭載されている機器、支持碍子等を閃絡事故から保護することができる。鉄道車両は、例えば、地上の電力送電線と異なり、運用範囲が必ずしも限定されていないため、環境の悪い地域や、地上設備が十分でない地域への走行が考えられる。前述した電気機関車によれば、アークホーン３４が車両に搭載されているため、万が一地上にアークホーンや避雷器が設けられていない交流電化区間を走行する場合においても、車両の機器や車体がアークによる被害を受けることはない。
【００２３】
本実施形態によると、主遮断器２６が開いている状態、すなわち、パンタグラフ２２を初めて格納位置から給電位置へ上昇させ架空電車線２４に接続する際、万が一大きなサージが発生した場合でも、車体に搭載したアークホーン３４により正常なアーク放電が行われ、車両に搭載した機器や、車体などに被害を及ぼすことがない。すなわち、本実施形態によれば、地上側に設けられているアークホーンや避雷器では保護動作が行われず、特高電圧部位と車体との間で閃絡事故を起こしていたような環境の中にあったとしても、車両に搭載した機器や、車体などを閃絡事故から保護することができる。
【００２４】
パンタグラフ２２を支持している支持碍子４６は、陶磁器、あるいは、ポリマーなどの絶縁物であるが、微少なモレ電流が支持碍子の表面を流れている。地上側のアークホーンや避雷器で吸収できなかった場合において、あるいは、地上側にそれらがなかった場合において、支持碍子の絶縁を破壊するような急激な電圧変動が生じた場合、あるいは、空気中の絶縁が保てないような環境条件の変化が生じた場合には、車体に設けられたアークホーン３４で正常なアーク放電が行われ、支持碍子の破損を防止するとともに機器や車体を保護することができる。  
以上のことから、あらゆる環境下においても、地絡事故に対して鉄道車両を安全に保護することが可能な電気車両を提供することができる。
【００２５】
アークホーン３４の形状は、上述した実施形態に限定されることなく、種々変形可能である。図５は、先端形状の異なる種々のアークホーンを例示している。図５（ａ）に示すアークホーン３４によれば、高圧側電極４７の先端部４７ａおよび接地側電極４８の先端部４８ａは、それぞれ垂直方向に対して外側に傾斜して延びている。
【００２６】
図５（ｂ）に示すアークホーン３４によれば、高圧側電極４７の先端部４７ａは垂直方向に延び、接地側電極４８の先端部４８ａは、水平方向に延びている。図５（ｃ）に示すアークホーン３４によれば、高圧側電極４７の先端部４７ａおよび接地側電極４８の先端部４８ａは、それぞれループ状に形成されている。
【００２７】
電気車両が配置される地域の環境に応じて、あるいは、濃霧が発生しやすい時期に応じて、前述した実施形態におけるアークホーン、あるいは、図５に示すような種々の形状のアークホーンの中から、最適なものを選んで採用することで、アークホーンの機能を最大限に発揮することができる。前述したように、アークホーン３４の高圧側電極４７および接地側電極４８は、ボルト止めにより、パンタグラフ２２あるいは車体に取り付けられている。そのため、アークホーン３４は、ボルトを外すことにより、容易に、他の形状のアークホーンと交換可能となっている。
【００２８】
また、上記構成では、アークホーンの電極全体を交換する構成としたが、図６および図７に示す第２の実施形態のように、高圧側電極４７および接地側電極４８の先端部４７ａ、４８ａを電極の基端部分に対して脱着自在な構成とし、先端部のみを形状の異なる他の先端部と交換可能としてもよい。この場合、高圧側電極あるいは接地側電極のいずれか一方のみを、その先端部を交換可能な構成としてもよい。
【００２９】
次に、第３の実施形態に係る電気機関車について説明する。  
図８は、第３の実施形態に係る電気機関車のアークホーンおよび高圧回路を概略的に示し、図９は、アークホーンの一方の電極を位置調整した状態を示している。
【００３０】
第３の実施形態によれば、アークホーン３４を構成する高圧側電極４７および接地側電極４８の内、少なくとも一方は移動可能に設けられ、これら両電極間の間隔を調整可能に構成されている。ここでは、接地側電極４８が車体１７に対して昇降可能に設けられている。すなわち、車体１７の天井２０に固定された取付台５０には、支持ブロック５２が固定され、接地側電極４８は、揺動アーム５４を介して支持ブロックに支持されている。揺動アーム５４が回動することにより、接地側電極４８は、ほぼ垂直方向に昇降し、高圧側電極４７との間隔Ｌが変化する。接地側電極４８は、接地線５５を通して車体１７に電気的に接続されている。
【００３１】
取付台５０には、揺動アーム５４を回動させる駆動手段として、例えば、パイロットモータ５６が設けられている。また、高圧回路２７において、主遮断器２６とアークホーン３４との間に電圧検出装置５８が接続されている。パンタグラフ２２と同電位の電圧検出装置５８は、架空電車線２４の電圧を検出し、その検出した電圧に対応する制御信号をパイロットモータ５６に供給する。パイロットモータ５６は、送られた制御信号に基づいて作動して揺動アーム５４を回動させ、接地側電極４８を昇降させる。これにより、アークホーン３４における高圧側電極４７と接地側電極４８との間隔Ｌを、検出した電車線電圧に適した間隔に調整する。
【００３２】
例えば、交流電圧１５ｋＶ区間と交流電圧２５ｋＶ区間とを直通運転可能な電気車両の場合、今走行している区間の電車線電圧が、１５ｋＶ、２５ｋＶのいずれであるかを電圧検出装置５８により検出し、その検出結果に対応する制御信号ｃをパイロットモータ５６に送る。パイロットモータ５６は、送られた制御信号に基づいて、接地側電極４８を昇降させ、アークホーン間の間隔を電車線電圧に適した間隔Ｌ２５あるいはＬ１５に設定する。図８に示すように、交流電圧２５ｋＶ区間では、接地側電極４８を下降させ、アークホーン３４の間隔をＬ２５とする。また、図９に示すように、交流電圧１５ｋＶ区間では、接地側電極４８を上昇させ、アークホーン３４の間隔をＬ２５よりも短いＬ１５とする。
【００３３】
なお、高圧側電極４７を可動にすることも可能であるが、例えば、制御信号を供給するために２５ｋＶに対しての信号線の絶縁を確保する必要がある。
【００３４】
上記のように構成された第３の実施形態によれば、アークホーンの電極間の間隔を容易に調整することができ、電気車両が走行する環境に合わせて、最適な電極間隔を設定することができる。第３の実施形態において、電気機関車の他の構成は、前述した第１の実施形態と同一であり、同一の部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。第３の実施形態においても、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００３５】
次に、第４の実施形態に係る電気機関車について説明する。図１０は、第４の実施形態に係る電気機関車のアークホーンおよび碍子周りの構成を概略的に示している。本実施形態は、モレ電流に応じてアークホーンの電極間隔を調整するように構成されている。
【００３６】
図１０に示すように、パンタグラフ２２を支持している支持碍子４６の下端は、絶縁台６０を介して車体の天井２０に取付けられている。支持碍子４６は、接地線６２を介して車体１７に接地されている。車体１７には、接地線６２を流れる電流、つまり、支持碍子４６の表面を流れる微小な漏れ電流を検出する電流検知装置６４が設けられている。
【００３７】
アークホーン３４を構成する高圧側電極４７および接地側電極４８の内、少なくとも一方は移動可能に設けられ、これら両電極間の間隔を調整可能に構成されている。ここでは、接地側電極４８が車体１７に対して昇降可能に設けられている。車体１７の天井２０には、支持ブロック５２が固定され、接地側電極４８は、揺動アーム５４を介して支持ブロックに支持されている。揺動アーム５４が回動することにより、接地側電極４８は、ほぼ垂直方向に昇降し、高圧側電極４７との間隔Ｌが変化する。接地側電極４８は、接地線５５を通して車体１７に電気的に接続されている。  
天井２０には、揺動アーム５４を回動させる駆動手段として、例えば、パイロットモータ５６が設けられている。
【００３８】
通常、問題のない範囲で、支持碍子４６の表面には微少の漏れ電流が流れているが、電圧や環境の状況に応じて、その漏れ電流が大きくなる場合がある。放電検知装置として機能する電流検知装置６４は、接地線６２を流れる漏れ電流の増加を検知し、その検知した電流に対応する制御信号ｃをパイロットモータ５６に供給する。パイロットモータ５６は、送られた制御信号に基づいて作動して揺動アーム５４を回動させ、接地側電極４８を昇降させる。これにより、アークホーン３４における高圧側電極４７と接地側電極４８との間隔Ｌを、電圧や環境の状況に適した大きさに調整する。すなわち、アークホーン３４の電極間隔Ｌを小さくすることでアークホーンにおける正常なアーク放電を促し、支持碍子４６表面での異常なアーク放電などの発生を抑え、機器や車体を保護する。
【００３９】
上記のように構成された第４の実施形態によれば、アークホーンの電極間の間隔を漏れ電流に応じて調整することができ、電気車両が走行する環境に合わせて、最適な電極間隔を設定することができる。従って、異常なアーク放電などの発生を抑え、車体に搭載された機器や車体自身を閃絡事故から保護することができる。
【００４０】
第４の実施形態において、電気機関車の他の構成は、前述した第１の実施形態と同一であり、同一の部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。そして、第４の実施形態においても、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００４１】
前述した第３および第４の実施形態において、駆動手段は、パイロットモータに限らず、エアシリンダ等を用いてもよい。エアシリンダ等の空気圧を駆動源とする場合、絶縁空気碍間や絶縁チューブなどを用いて駆動源とエアシリンダとを接続することにより、高圧側電極を可動式とすることも可能である。更に、アークホーンの電極間の間隔を調整できれば良く、可動側電極の移動方向は、垂直方向に限らず、他の方向としてもよい。
【００４２】
図１１は、第５の実施形態に係る電気機関車のアークホーンを示している。本実施形態によれば、アークホーン３４の少なくとも一方、例えば、高圧側電極４７は、中空の管状に形成され、その先端部４７ａは、基端部に対して回動自在に支持されている。高圧側電極４７の基端部には、給気部として、加圧空気を供給するエアシリンダ６６が接続されている。
【００４３】
図１１（ａ）に示すように、通常、高圧側電極４７の先端部４７ａは、図示しない接地側電極の先端部に向かって、ほぼ垂直に延び、接地側電極との間隔が最も短くなっている。図１１（ｂ）に示すように、エアシリンダ６６から高圧側電極４７の内部に加圧空気を供給すると、先端部４７ａの形状が変化する。ここでは、先端部４７ａが外側に回動する。これにより、高圧側電極４７の先端部４７ａと接地側電極の先端部との間隔が増大し、使用環境に適した間隔に調整することができる。
【００４４】
図１２は、第６の実施形態に係る電気機関車のアークホーンを示している。本実施形態によれば、アークホーン３４の少なくとも一方、例えば、高圧側電極４７は、中空の金属管を折り曲げて形成され、その先端部４７ａは、ループ状に形成されている。高圧側電極４７の基端部には、給気部として、加圧空気を供給するエアシリンダ６６が接続されている。
【００４５】
図１２（ａ）に示すように、通常、高圧側電極４７の先端部４７ａは、径の小さな細長いループ形状をなし、図示しない接地側電極の先端部に向かって、ほぼ垂直に延びている。これにより、先端部４７ａの先端は、接地側電極に向かって尖った形状を有しているとともに、接地側電極との間隔が最も短く、アーク放電を発生し易い状態となっている。図１２（ｂ）に示すように、エアシリンダ６６から高圧側電極４７の内部に加圧空気を供給すると、先端部４７ａの形状が変化する。すなわち、先端部４７ａは、径の大きなリング状に変化するとともに、高圧側電極４７の先端部４７ａと接地側電極の先端部との間隔が増大する。これにより、アークホーン３４は、図１２（ａ）の状態に比較して、アーク放電し難い状態となる。このように、加圧空気により高圧側電極４７の先端部の形状を変化させることにより、電気機関車の使用環境に適したアーク放電状態に調整することができる。
【００４６】
上述した第５および第６の実施形態において、電気機関車の他の構成は、前述した第１の実施形態と同一であり、同一の部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。そして、第５および第６の実施形態においても、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。第５および第６の実施形態において、第４の実施形態と同様に、電流検知装置により漏れ電流が検出された際、給気部を作動させて、電極の先端部を変形させ、アークホーンの電極間の間隔を調整するようにしてもよい。
【００４７】
一方、電気機関車が交流区間から直流区間に乗り入れる場合、あるいは、交流区間であっても、雷サージの可能性がないなど、閃絡のおそれがない区間を走行する場合、アークホーンの高圧側電極、接地側電極の少なくとも一方を、アーク放電が発生しない位置へ収納してもよい。
【００４８】
図１３は、第７の実施形態に係る電気機関車のアークホーンを示している。本実施形態によれば、アークホーン３４の高圧側電極４７は、パンタグラフ２２の台枠４４に対して、先端部４７ａが接地側電極４８に向かってほぼ垂直に延びる作動位置と、先端部がほぼ水平に延びる格納位置との間を回動可能に設けられている。高圧側電極４７は、作動位置において、接地側電極４８との間で放電が可能であり、また、収納位置において、接地側電極から離間して放電不能な状態となる。台枠４４には、高圧側電極４７を回動させる駆動手段として、例えば、エアシリンダ６８が設けられ、高圧側電極４７に接続されている。
【００４９】
接地側電極４８は、車体の取付け台５０に、先端部４８ａが接地側電極４８に向かってほぼ垂直に延びる作動位置と、先端部がほぼ水平に延びる格納位置との間を回動可能に設けられている。接地側電極４８は、作動位置において、高圧側電極４７との間で放電が可能であり、また、収納位置において、高圧側電極から離間して放電不能な状態となる。取付け台５０には、接地側電極４８を回動させる駆動手段として、例えば、エアシリンダ７０が設けられ、接地側電極４８に接続されている。
【００５０】
電気機関車が交流区間を走行する場合、あるいは、閃絡の可能性がある区間を走行する場合、アークホーンの高圧側電極４７および接地側電極４８はそれぞれ図１３（ａ）に示す作動位置に保持される。また、電気機関車が交流区間から直流区間に乗り入れる場合、あるいは、閃絡のおそれがない区間を走行する場合、図１３（ｂ）に示すように、アークホーンの高圧側電極４７および接地側電極４８の少なくとも一方は、エアシリンダ６８、７０により、動作位置から格納位置へ格納される。  
交直流車両の場合は、車両の高圧回路が直流に切替えられたことを条件に、アークホーン３４の少なくとも一方の電極を格納位置に収納すればよい。
【００５１】
第７の実施形態において、電気機関車の他の構成は、前述した第１の実施形態と同一であり、同一の部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。そして、第７の実施形態においても、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００５２】
前述した実施形態では、主変圧器を含む特高圧機器が車両の外側、例えば、天井に設けられている場合について説明したが、これらの特高圧機器が車両内に設けられている電気車両も提供されている。
【００５３】
図１４は、第８の実施形態に係る電気機関車を示している。本実施形態によれば、主変圧器を含む特高圧機器およびアークホーン３４は、車両内部に配設されている。図１４に示すように、電気機関車１０は車体１７を備え、この車体１７の天井２０は接地線５５を介して車体に電気的に接続されている。天井２０にはパンタグラフ２２が設けられている。
【００５４】
また、車体１７内には、特高圧機器、例えば、主変圧器２８や、主遮断器２６、避雷器３２等が載置されているとともに、アークホーン３４が設けられている。想定していない部位とアークホーンとの間でアーク放電してしまう可能性があるため、車体１７内には、絶縁箱を構成する高圧機器枠７２が配置され、特高圧機器およびアークホーン３４は、この高圧機器枠７２内に設けられている。
【００５５】
電気機関車１０の高圧回路２７は、架空電車線２４からパンタグラフ２２で集電した交流電力を、主遮断器２６を介して、主変圧器２８の１次側に交流電力を供給し、主変圧器の２次側に接続された電力変換装置により主電動機に供給する。これにより、主電動機が駆動され、電気機関車１０が走行する。
【００５６】
高圧回路２７において、主遮断器２６と主変圧器２８との間には、避雷器３２が接続されている。避雷器３２の接地側は、接地線５５を介して車体１７に接続されている。この避雷器３２は、予め所望の開放開始電圧に設定され、雷サージなどの影響から機器を保護している。高圧回路２７において、パンタグラフ２２と主遮断器２６との間にアークホーン３４が設けられている。アークホーン３４は、高圧側に接続された高圧側電極と車体に接地された接地側電極とを有し、電位的に見ると、パンタグラフ２２と車体１７との間に設けられている。
【００５７】
パンタグラフ２２の台枠４４は、複数の支持碍子４６により天井２０上に絶縁支持されている。各支持碍子４６は、ほぼ垂直方向に立設して設けられ、軸方向上端が台枠４４にボルト止めされ、軸方向下端が天井２０にボルト止めされている。複数の支持碍子４６の内の１つ支持碍子４６ａは、天井２０を貫通して車体１７内部まで延出している。パンタグラフ２２は、支持碍子４６ａ内を通って延びる図示しない導体を介して高圧回路２７に電気的に接続されている。各支持碍子４６、４６ａは、陶磁器、あるいは、ポリマーなどの絶縁物で形成されている。
【００５８】
アークホーン３４は、高圧回路側に接続された高圧側電極４７と、接地電位に接続された接地側電極４８とを有している。高圧側電極４７および接地側電極４８は、それぞれ鉄等の導電性金属により棒状に形成されている。高圧側電極４７は、車体１７内において、支持碍子４６ａの下端に固定され、高圧回路２７に接続されている。これにより、高圧側電極４７は、高圧回路２７において、パンタグラフ２２と主遮断器２６との間に接続されている。
【００５９】
接地側電極４８は車体１７に配設され、天井２０の内面側に設けられた取付け台５０に固定されている。接地側電極４８は、接地線５５を介して車体１７に接地されている。接地側電極４８の先端部は、所定の間隔Ｌを置いて、高圧側電極４７の先端部と対向している。この間隔Ｌは、電気機関車１０が配置される地域の環境条件に応じて、最適な大きさに設定される。すなわち、間隔Ｌは、電気機関車１０が配置される地域において、高圧側電極４７と接地側電極４８との間で正常なアーク放電が行われる大きさに設定されている。
【００６０】
なお、車体１７内において、高圧機器枠７２の外側には点検用通路７６が形成され、この通路を点検者が通過可能となっている。また、高圧機器枠７２の一部には、内部アクセス扉７４が設けられ、この内部アクセス扉７４を通して、高圧機器枠７２内の特高圧機器を点検可能となっている。内部アクセス扉７４には、図示しない感電防止インターロックが設けられている。
【００６１】
上記のように構成された電気機関車１０においても、一方の電極が接地側に接続されたアークホーン３４を車体に設けることにより、電車線電圧が異常に上昇した際、アークホーンにより正常なアーク放電を行い、車体および車体に搭載されている機器、支持碍子等を閃絡事故から保護することができる。また、万が一、地上にアークホーンや避雷器が設けられていない交流電化区間を走行する場合においても、車両の機器や車体がアークによる被害を受けることを防止できる。
【００６２】
第８の実施形態において、電気機関車の他の構成は、前述した第１の実施形態と同一であり、同一の部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。そして、第８の実施形態においても、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００６３】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要
旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示され
ている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実
施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実
施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００６４】
アークホーンの高圧側電極は、パンタグラフに限らず、パンタグラフと主遮断器とを接続する屋上導体の途中や、主遮断器などに接続してもよい。また、アークホーンは、高圧回路において、主遮断器と主変圧器との間に、もう１つ設けられていても良い。前述した実施形態では、回路構成が簡単な交流専用車両を例に説明したが、これに限らず、本発明は、直流区間への走行も可能な交直流車両にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る電気機関車を示す側面図。
【図２】図２は、前記電気機関車の高圧回路を概略的に示す回路図。
【図３】図３は、図１の線Ａ−Ａに沿った電気機関車の断面図。
【図４】図４は、前記電気機関車のパンタグラフ、支持碍子、およびアークホーンを拡大して示す側面図。
【図５】図５は、それぞれ形状の異なる複数のアークホーンを示す図。
【図６】図６は、本発明の第２の実施形態に係る電気機関車のアークホーンを示す側面図。
【図７】図７は、前記第２の実施形態において、先端部を交換したアークホーンを示す側面図。
【図８】図８は、本発明の第３の実施形態に係る電気機関車のアークホーンおよび高圧回路を示す側面図。
【図９】図９は、前記第３の実施形態において、接地側電極を移動させた状態のアークホーンを示す側面図。
【図１０】図１０は、本発明の第４の実施形態に係る電気機関車の支持碍子、アークホーンおよび漏れ電流検知装置を概略的に示す図。
【図１１】図１１は、本発明の第５の実施形態に係るアークホーンを示す側面図。
【図１２】図１２は、本発明の第６の実施形態に係るアークホーンを示す側面図。
【図１３】図１３は、本発明の第７の実施形態に係るアークホーンを示す側面図。
【図１４】図１４は、本発明の第８の実施形態に係る電気機関車を示す断面図。
【符号の説明】
【００６６】
１０…電気機関車、１７…車体、１８…主電動機、２０…天井、２２…パンタグラフ、
２４…架空電車線、２６…主遮断器、２７…高圧回路、２８…主変圧器、
３０…電力変換装置、３２…避雷器、３４…アークホーン、４４…台枠、
４６…支持碍子、４７…高圧側電極、４８…接地側電極、４７ａ、４８ａ…先端部、
６４…電流検知装置、６６，６８，７０…エアシリンダ、７２…高圧機器枠
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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