(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電源ユニット間を接続する高電圧引き通し線に、直列に接続される第１高電圧碍子および第２高電圧碍子と、
前記第１高電圧碍子と前記第２高電圧碍子とを接続する第２真空遮断器と、
電源ユニットに接続されており、接続された電源ユニットへの給電を遮断するとともに、前記第１高電圧碍子と前記第２高電圧碍子のいずれか一方に接続される第１真空遮断器と、
前記第１高電圧碍子、前記第２高電圧碍子、前記第１真空遮断器、前記第２真空遮断器を収納する機器箱と、
からなる高電圧遮断器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の車両ユニットから構成される編成車両およびその高電圧遮断器に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の車両を連結して編成される動力分散式の鉄道車両では、編成をなす複数の車両に集電装置、主変圧器、主変換装置等の主要電源機器から構成される電源ユニット、補助電源装置、空気圧縮機等の補助機器を分散して搭載する車両ユニット方式を採用している。例えば、４両の車両に前記主要電源機器を分散して搭載し、この４両を１つの車両ユニットとしている。そして、この車両ユニットを複数連結して編成車両を構成している。
【０００３】
各車両ユニットを連結して編成車両とした場合、編成車両は車両ユニットと同数の集電装置を備えることになる。しかし、集電装置は、騒音源になりやすいので、集電装置の数は少ないほうが好ましい。そこで、編成車両の屋根上に高電圧引き通し線を備え、各電源ユニットを高電圧引き通し線で接続することにより、集電装置の数を少なくしている。例えば、１０両編成の新幹線電車において、４つの電源ユニット（車両ユニットと同数）を備えている場合、高電圧引き通し線にて前記４つの電源ユニットを接続しているので、集電装置は２台でよい。また、集電装置を高電圧引き通し線で接続するので、各集電装置の電位差を小さくできる。このため、離線が生じた場合でも、架線と集電装置の間に発生し、電波障害や集電装置の劣化の原因となりうるスパークを少なくすることができる。（特許文献１、特許文献２参照）
【０００４】
車両ユニット内の車両間の高電圧引き通し線は、高電圧ジョイントを介して接続され、各車両ユニットの間のそれは、高電圧ジョイントまたは高電圧碍子を介して接続されている。高電圧ジョイントは、その内部に電線の接続部を備え、この接続部を絶縁被覆で覆う構造であるため、体積が小さく、騒音源になりにくい利点を有するが、容易に切り離すことができない。一方、高電圧碍子は、体積と質量が大きく騒音源になる可能性が大きいが、接続部を固定する受けがその一端に露出しているため、容易に接続部を着脱できる利点がある。このため、高電圧碍子は、車両ユニット間の高電圧引き通し線の接続に用いられ、高電圧引き通し線に地絡等の不具合が生じた場合に、不具合箇所を含む高電圧引き通し線と健全な引き通し線を分離する（電気的に遮断する）箇所としている。
また、編成車両を構成する複数の車両の床下に、電力ケーブルを引き通して配置し、集電装置で集電した電力を前記電力ケーブルを経由して、車両の床下に設置した高圧機器箱へ供給する車両の電力供給システムが考えられている。この電力供給システムにおいては、電力ケーブルおよびジョイントを車両の床下に設置する構成となっている。（特許文献３参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１６９３３４号公報
【特許文献２】特開平８−１０８８４８号公報
【特許文献３】特許第３６１７３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来、複数の車両ユニットから構成される編成車両において、各車両ユニットの電源ユニットを接続する高電圧引き通し線の部分で電気的に分離する際には、屋根上に作業者が登り、一方の高電圧碍子と他方の高電圧碍子を接続する接続電線を分離していた。この分離作業は、高所作業となるため、安全に十分配慮しなければならない。このため、屋根上に備えた高電圧碍子を介して高電圧引き通し線を電気的に接続する現状の方式は、高電圧引き通し線を電気的に分離する作業の容易性において、解決すべき課題がある。
また、編成車両の床下に電力ケーブルを引き通して設置し、当該電力ケーブルに設置されたジョイントによって、車両の床下部分において車両間の電気的な遮断を行うことが考えられている。しかしながら、実際の新幹線電車等においては、高速化に伴う低重心化を図るために、電源ユニット、補助機器、空調装置などの搭載機器のほとんどを車両の床下に設置している。このため、編成車両において、車両の床下部分に前記電力ケーブルを引き通すスペースを確保できないのが現状である。さらに、車両の床下には、前記電力ケーブルの他に、直結型或いは分岐型のジョイントを設置する必要がある。これらのジョイントは、高電圧型で比較的に大型なものであり、これらのジョイントを設置するスペースを車両の床下に確保するのが困難な状況にある。
したがって、編成車両において高電圧引き通し線を設置する場所としては、車両屋根上が最も現実的な構造と考えられるが、上述のように電源ユニットの遮断作業における安全性或いは容易性の点から改善の余地がある。
【０００７】
本発明は、複数の電源ユニットを高電圧引き通し線で接続した編成車両において、前記複数の電源ユニット間を車両の屋根上に登ることなく分離できる編成車両を提供することを目的としたものである。
また、本発明の目的とするところは、高電圧引き通し線で接続される複数の電源ユニット間に設置される高電圧遮断器において、設置スペースの拡大を極力抑え、かつ、前記複数の電源ユニット間を遮断できる高電圧遮断器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は、複数の電源ユニット間を接続する高電圧引き通し線に、直列に接続される第１高電圧碍子および第２高電圧碍子と、前記第１高電圧碍子と前記第２高電圧碍子とを接続するものであって、前記第１高電圧碍子と前記第２高電圧碍子とを機械的に切り離し可能な接続電線と、電源ユニットに接続されており、接続された電源ユニットへの給電を遮断するとともに、前記第１高電圧碍子と前記第２高電圧碍子のいずれか一方に接続される真空遮断器と、前記第１高電圧碍子、前記第２高電圧碍子、前記真空遮断器を収納し、かつ、前記接続電線と前記第１高電圧碍子または前記第２高電圧碍子との切り離し作業を行う開閉可能な開口部を備えた機器箱と、からなる高電圧遮断器によって達成できる。
【０００９】
本発明の他の目的は、複数の電源ユニット間を接続する高電圧引き通し線に、直列に接続される第１高電圧碍子および第２高電圧碍子と、前記第１高電圧碍子と前記第２高電圧碍子とを接続する第２真空遮断器と、電源ユニットに接続されており、接続された電源ユニットへの給電を遮断するとともに、前記第１高電圧碍子と前記第２高電圧碍子のいずれか一方に接続される第１真空遮断器と、前記第１高電圧碍子、前記第２高電圧碍子、前記第１真空遮断器、前記第２真空遮断器を収納する機器箱と、からなる高電圧遮断器によって達成できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は以上の手段を備えることにより、車両ユニットの電源ユニットを接続する高電圧引き通し線を床下作業で電気的に分離することができ、作業の安全性と効率を向上することができる。
本発明の高電圧遮断器によれば、設置スペースの拡大を極力抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施例による編成車両を示す図。
【図２】電源回路の模式図。
【図３】機器箱の平面図。
【図４】現状の編成車両を示す図。
【図５】現状の機器箱の平面図。
【図６】他の実施例による編成車両を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に図面を参照して、本発明による編成車両の一実施例および現状の編成車両を説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１、図２および図３に本願発明の一実施例を示し、図４と図５に現状の編成車両と機器箱８を示す。そして、図６に本願発明のその他の実施例を示す。
【００１４】
図１、図２、図３において、編成車両１００は、２両の車両が１つの車両ユニットを構成し、第１車両ユニット３０、第２車両ユニット４０、第３車両ユニット５０および第４車両ユニット６０から構成されている。図示はしないが、各車両ユニットは、主変圧器、主変換装置等の主要電源機器から構成される電源ユニットの他に補助電源装置、空気圧縮機等の機器を搭載している。各車両ユニットが搭載する電源ユニットは、高電圧引き通し線２０、２２で接続されている。車両間を渡る高電圧引き通し線２０、２２は可撓性を有しており、曲線通過等の車両間隔の変化、曲がりや偏軌を許容する。集電装置２の数は、各車両ユニットが備える電源ユニットを高電圧引き通し線２０、２２で接続しているので、２台である。
【００１５】
第２車両ユニット４０を構成する車両１は、三分岐高電圧ジョイント４を、その屋根上の長手方向の両端に備えており、車両１の床下には機器箱１０を備えている。そして、第１車両ユニット３０の電源ユニット３５を接続する高電圧引き通し線２０は、車両１の屋根上に備えた一方の三分岐高電圧ジョイント４および高電圧引き通し線２１を介して、機器箱１０に接続する。同様に、第２車両ユニット４０の電源ユニット４５と第３車両ユニット５０、第４車両ユニット６０の電源ユニット５５、電源ユニット６５とを接続する高電圧引き通し線２２は、車両１の屋根上に備えた他方の三分岐高電圧ジョイント４および高電圧引き通し線２３を介して、機器箱１０に接続している。車両１の屋根上に備える三分岐高電圧ジョイント４は、３個の接続部を備えるが、これら接続の場合、２個の接続部のみ使用し、未使用の接続部は終端処理を施している。
なお、電源ユニット３５としては、その主要構成機器として、主変圧器２６、主変換装置２７、主電動機２８を示している。他の電源ユニット４５、５５、６５も同様な構成となっている。
【００１６】
次に、機器箱１０と高電圧引き通し線２１、２３との接続部を説明する。床下に備えられ、開閉可能に構成された機器箱１０は、その内部に第１高電圧碍子１１、第２高電圧碍子１２、真空遮断器１３そして避雷器１４を備える。第１高電圧碍子１１の一端と第２高電圧碍子の一端は、機器箱１０の隔壁から外側へ突出している。高電圧引き通し線２１は第１高電圧碍子１１の一端に接続し、高電圧引き通し線２３は第２高電圧碍子１２の一端に接続する。
【００１７】
第１高電圧碍子１１の他端と第２高電圧碍子１２の他端を接続電線７で、ボルト、ナットにより着脱可能に接続して機械式遮断器を構成すると共に、第２高電圧碍子１２の他端と真空遮断器１３の一端を高圧電線１５で接続している。真空遮断器１３の他端には、第２車両ユニットの電源ユニットの構成部品である主変圧器へ導通する高圧電線と避雷器１４へ導通する高圧電線１６が接続されている。以上の構成により、第１車両ユニット３０、第２車両ユニット４０が搭載する各電源ユニットは、機器箱１０の内部に構成される機械式遮断器を介して接続されている。そして、機器箱１０は、その内部に、機械式遮断器と真空遮断器を主要構成部品とする高電圧遮断器２５を有する。
前記機器箱１０は、開閉式に構成されている。その具体的な構造は、機器箱１０を構成する隔壁の前記機械式遮断器の近傍、すなわち、第１高電圧碍子１１と第２高電圧碍子１２とを接続する接続電線７の各接続部分に近い位置の隔壁に、開口部を形成している。この開口部に、点検フタ１８を開閉可能に設置した構造となっている。点検フタ１８は、その一辺にヒンジを設けて開閉可能な構造としている。
【００１８】
車両ユニットが備える高電圧引き通し線２０、２１、２２、２３に地絡等の不具合が発生した時、不具合が発生した高電圧引き通し線で接続される車両ユニット（電源ユニット）を電気的に分離して、健全な電源ユニットを搭載する車両ユニットのみの動力で自力回送できることが望ましい。
【００１９】
このような場合、本実施例では、まず、集電装置２を下げた後、ＥＧＳ（保護接地スイッチ）（図示なし）が投入されていることを確認する。次に、機器箱１０が備える点検フタ１８を開けた後、機器箱１０内にある第１高電圧碍子１１の他端と第２高電圧碍子１２の他端を接続する接続電線７を、工具を用いて機械的に分離する。以上の作業により、屋根上に上がることなく、床下の作業のみで第１車両ユニット３０の電源ユニット３５が接続されている高電圧引き通し線２０と第２車両ユニット４０の電源ユニット４５および第３車両ユニット５０の電源ユニット５５が接続される高電圧引き通し線２２を電気的に分離することができる。すなわち、前記接続電線７を第１高電圧碍子１１または第２高電圧碍子１２から取り外すことにより、第１高電圧碍子１１に接続される高電圧引き通し線２１、高電圧引き通し線２０を介して接続される第１車両ユニット３０の電源ユニット３５と、第２高電圧碍子１２に接続される第２車両ユニット４０の電源ユニット４５および高電圧引き通し線２３、高電圧引き通し線２２を介して接続される第３車両ユニット５０の電源ユニット５５とが、機械的に分離され、電気的に遮断された状態となる。
なお、前記接続電線７を第１高電圧碍子１１および第２高電圧碍子１２から取り外せば、前記電源ユニット３５と電源ユニット４５との接続を遮断できるとともに、一方の高電圧碍子に残された接続電線が短絡事故を起こすこともない。
【００２０】
真空遮断器１３は、架線に落雷があった時など、異常電圧が生じた場合は、整流器（図示なし）に接続する交流過電流継電器（図示なし）が動作した時に、高電圧回路を遮断する。真空遮断器１３による高電圧回路の遮断は、大電圧変動（衝撃波放電電圧）を誘発するため、電気品の絶縁破壊の原因となる。これを防止するために、機器箱８、１０の内部に避雷器１４を備えている。この避雷器１４は、通常の電圧では放電することはないが、真空遮断器１３が動作した際等の異常電圧が生じたときのみ、大地と高電圧回路の間に導電路を形成し大地に対して放電する。
【００２１】
また、機器箱１０内に備えられる床下用の第１高電圧碍子１１の他端と床下用の第２高電圧碍子１２の他端を接続する接続電線７の代わりに引き通し回路遮断用真空遮断器を備えてもよい。これにより、床下に降りて作業することなく、遠隔操作で引き通し回路遮断用真空遮断器を取り扱うことにより、不具合が発生した高電圧引き通し線と健全な高電圧引き通し線を分離することができる。
前述のように、床下用の第一高電圧碍子１１、床下用の第２高電圧碍子１２および接続電線７に代えて、引き通し回路遮断用真空遮断器を設置した機器箱は、当該引き通し回路遮断用真空遮断器を遠隔操作することにより、その引き通し回路の遮断動作を行うことができる。このため、当該引き通し回路遮断用真空遮断器を設置した機器箱は、車両におけるその設置場所を床下に限らず、台枠より上方に構成した機器室、或いは天井部分に設置することもできる。例えば、乗車定員の増大を図った二階建て車両においては、各種電気品を車端部の台枠上に構成した機器室に収納する例が知られているが、前記引き通し回路遮断用真空遮断器を設置した機器箱は、このような機器室に設置することも考えられる。
【００２２】
図４、図５において、第１から第４までの各車両ユニットを連結して、編成車両１００を構成している。そして、各車両ユニットの電源ユニットは、高電圧引き通し線２０、２２に接続している。第２車両ユニット４０を構成する車両１および車両９の隣接する屋根上の端部には、整流カバー５付き高電圧碍子６が備えられており、車両１と車両９が備える高電圧碍子６に、高電圧引き通し線２０と高電圧引き通し線２２が接続されている。整流カバー５は、高電圧碍子６から生じる空力騒音を低減するために併設されている。そして、高電圧碍子６、６を接続電線７ｘでボルト・ナット（図示なし）により、着脱自在に取り付けている。
【００２３】
車両の床下に配置した機器箱８が備える第１高電圧碍子１１の一端に、高電圧引き通し線２０、２１、２３が接続している。機器箱８の内部で、第１高電圧碍子の他端と真空遮断器１３の一端が高圧電線１５で接続している。真空遮断器１３の他端には、第１車両ユニットの電源ユニットの構成部品である主変圧器へ導通する高圧電線と避雷器１４へ導通する高圧電線１６が接続されている。
【００２４】
床下に備える機器箱８は、その内部に、機器箱１０が備える機械式遮断器を備えていない。図４に示した編成車両において、この機械的遮断器の機能は、第２車両ユニットを構成する車両１と車両９の屋根上の高電圧碍子６、６を接続する接続電線７ｘが担う。このため、床下の作業のみで、不具合が生じた高電圧引き通し線と健全な高電圧引き通し線の間を電気的に遮断することができない。このため、作業員が車両１または車両９の妻面に備えたステップまたは、梯子を利用して屋根上まで登り、接続電線７ｘを取り外すことにより、編成車両１００を電気的に接続している高電圧引き通し線を電気的に分離する。
前記機器箱８内の高電圧碍子１１と真空遮断器１３とを接続する高圧電線１５には、通常、２５ｋＶと言う非常に高圧の単相交流が流れる。このため、機器箱８を構成する隔壁との間に十分な絶縁距離を確保して前記高圧電線１５が設置されている。また、高圧電線１６についても同様である。この高圧電線１５，１６には、取付け作業時等における損傷を防止するため、簡易な被覆が施された簡易被覆電線が用いられている。この簡易被覆電線の被覆は、前述の高圧電流が流れた場合の絶縁としては全く機能しない程度のものであり、主に作業性を考慮して可撓性を重視したものとなっている。
【００２５】
ところで、機器箱１０の場合には、第１高電圧碍子１１と第２高電圧碍子１２とを接続する接続電線７には、その着脱作業を容易に行うため、前記高圧電線１５，１６と同様な簡易被覆電線が用いられている。したがって、接続電線７およびそれに接続される第１高電圧碍子１１と第２高電圧碍子１２の端子については、機器箱１０を構成する隔壁との間に、十分な絶縁距離を確保する必要がある。
前記機器箱８の構成において、機械的な遮断器を追加する場合は、一対の高電圧碍子とそれらを接続する簡易被覆電線からなる接続電線を、十分な絶縁距離を確保した遮断器用機器箱に収納して、前記機器箱８に併設する必要がある。このような構成においては、機器箱８と遮断器用機器箱を併設することになり、車両の床下において、これらを設置する広いスペースを確保しなければならない。ところが、高速走行する鉄道車両、例えば、新幹線電車においては、低重心化を図るために、電源ユニット、補助電源装置、空気圧縮機、空調装置および換気装置等の各種機器を床下に搭載している。このため、車両の床下に前記機器箱８に加えて遮断器用機器箱を設置するスペースを確保するのは困難な状況にある。
【００２６】
前記機器箱１０は、真空遮断器１３を収納するスペースに加えて、接続電線７および第１高電圧碍子１１、第２高電圧碍子１２を収納するスペースを確保した構成となっている。
前記接続電線７および第１高電圧碍子１１、第２高電圧碍子１２を収納するスペースについては、機器箱を構成する隔壁との間に十分な絶縁距離を確保した構成となっている。この機器箱１０は、前記機器箱８に比べて、その設置スペースは多少拡大するが、機器箱８と遮断器用機器箱を併設する場合に比べて、設置スペースの拡大を抑えることができる。このことにより、広い設置スペースを確保することが困難な高速鉄道車両の床下であっても、前記機器箱１０を設置することができる。
【００２７】
また、前記機器箱８と遮断器用機器箱とを併設した場合に比べて、前記機器箱１０は、重量的にも有利であり、軽量化を図ることができる。
前記機器箱１０は、床下に設置されており、かつ、前記接続電線７に近い位置に、開閉可能な点検フタ１８を設置していることから、前記接続電線７の取り外し作業が簡単に行える。また、この作業は、高所作業ではないため、作業者の安全確保の面でも有利である。
【００２８】
ところで、前記機器箱１０における前記接続電線７の取り外し作業、すなわち、電源ユニット間の切り離し作業は、本線上において、集電装置２を架線から離した状態で行われる。すなわち、集線装置２を架線から離して、高電圧引き通し線２０，２２への通電を遮断した状態で、作業者が車両の床下に設置された機器箱１０の点検フタ１８のところへ行き、当該点検フタ１８を開けて前記接続電線７の取り外し作業を行う。このように前記機器箱１０を備えた編成車両においては、複数の電源ユニットうちの一部に不具合が生じた場合に、本線上で不具体の生じた電源ユニットと健全な電源ユニットとの分離作業が行える。したがって、編成車両が本線上で立ち往生し、救援列車による回送を行う必要がなく、当該編成車両の自力回送が可能である。
【実施例２】
【００２９】
図６に、他の実施例を示す。本発明による編成車両は、第２車両ユニットを構成する車両１と車両９の連結する面に近い屋根上に備えた高電圧碍子６、６を接続電線７ｘで接続すると共に、第２車両ユニット４０の車両１の床下に、前記実施例と同様な機器箱１０を備えている。主要電源機器の保守点検周期あるいは偶発的な故障などにより、車両ユニット単位で交換する場合が想定される。
【００３０】
各車両ユニットを高電圧碍子６と接続電線７ｘを用いて接続する方法は、高電圧ジョイント３、三分岐高電圧ジョイント４を用いて接続する方法に比較して、より簡単に分離することができる。このため、図６に示す編成車両では、車両ユニットの電源ユニット間を、高電圧碍子６、６を接続する接続電線７ｘを取り除くことによって電気的に簡便に分離する機能と共に、床下のみの作業により、高電圧引き通し線の電気的な接続を分離する機能の両方を備える。
【００３１】
以上の説明は、図１、図４および図６に示した２両の車両で１個の車両ユニットを構成し、編成当り４個の車両ユニットを有する編成車両の場合の例である。車両ユニットを構成する車両の両数および編成車両を構成する車両ユニット数は、上記説明に限定されるものではなく、任意としてよい。
【符号の説明】
【００３２】
１・・車両                        ２・・集電装置
３・・高電圧ジョイント            ４・・三分岐高電圧ジョイント
５・・整流カバー                  ６・・高電圧碍子
７・・接続電線                    ８・・機器箱
９・・車両                      １０・・機器箱
１１・・第１高電圧碍子            １２・・第２高電圧碍子
１３・・真空遮断器                １４・・避雷器
１５、１６・・高圧電線            １８・・点検フタ
２０〜２３・・高圧引き通し線      ２５・・高電圧遮断器
２６・・主変圧器                  ２７・・主変換装置
２８・・主電動機
３０・・第１車両ユニット          ４０・・第２車両ユニット
５０・・第３車両ユニット          ６０・・第４車両ユニット
３５・・第１電源ユニット          ４５・・第２電源ユニット
５５・・第３電源ユニット          ６５・・第４電源ユニット
１００・・編成車両
【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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