(57)【要約】【課題】架線金具を使用しない場合も適用可能であり、電気的なノイズの影響を受けず、線路上での電源を必要とせず、架線断線を速やかに検出することが可能な架線断線の検出装置及び検出方法を提供する。【解決手段】断線の検出対象となる２本の架線１１，１３に沿って配線される光ケーブル２と、少なくとも、光ケーブル２を架線１１，１３の一方と連結して固定する第１固定部３ａと、光ケーブル２を架線１１，１３の他方と連結して固定する第２固定部３ｂと、を有し、架線１１，１３のいずれか一方が断線した際に生じる両架線１１，１３の相対的な変位を利用して、固定部３ａ，３ｂ間で光ケーブル２を断線させる光ケーブル断線機構３と、光ケーブル２と接続されており、光ケーブル２の断線を検知することで、架線１１，１３の断線を検出する断線検出部４と、を備えたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断線の検出対象となる２本の架線に沿って配線される光ケーブルと、
少なくとも、前記光ケーブルを前記架線の一方と連結して固定する第１固定部と、前記光ケーブルを前記架線の他方と連結して固定する第２固定部と、を有し、前記架線のいずれか一方が断線した際に生じる前記両架線の相対的な変位を利用して、前記固定部間で前記光ケーブルを断線させる光ケーブル断線機構と、
前記光ケーブルと接続されており、前記光ケーブルの断線を検知することで、前記架線の断線を検出する断線検出部と、
を備えたことを特徴とする架線断線の検出装置。
【請求項２】
前記光ケーブル断線機構は、前記第２固定部に対して前記第１固定部と反対側の前記光ケーブルを前記架線の一方と連結して固定する第３固定部をさらに備える
請求項１記載の架線断線の検出装置。
【請求項３】
前記断線検出部は、
前記光ケーブルの一端から光を入射する光源と、
前記光ケーブルの他端から出力される光の光強度を測定する光パワーメータと、
前記光パワーメータで測定した光強度が所定の閾値を下回ったときに、前記光ケーブルが断線したと判断し断線検出信号を出力する出力部と、を備える
請求項１または２記載の架線断線の検出装置。
【請求項４】
前記断線検出部は、
前記光ケーブルの一端からパルス光を入射すると共に、前記パルス光が前記光ケーブルを伝搬する際に発生し、前記パルス光の伝搬方向と反対方向に伝搬して前記光ケーブルの一端から出力される後方散乱光の光強度を測定する光パルス試験器と、
該光パルス試験器で測定した後方散乱光の光強度の変化から前記光ケーブルの断線を検出し、断線検出信号を出力する出力部と、を備える
請求項１または２記載の架線断線の検出装置。
【請求項５】
前記光ケーブルは、前記架線と前記断線検出部との間に配線される部分に、光ファイバユニットを内蔵した光貫通碍子が設けられる
請求項１〜４いずれかに記載の架線断線の検出装置。
【請求項６】
前記光ケーブルは、光インドアケーブルである
請求項１〜５いずれかに記載の架線断線の検出装置。
【請求項７】
前記２本の架線は、別のテンションバランサにより張力が加えられ引き留められている  請求項１〜６いずれかに記載の架線断線の検出装置。
【請求項８】
断線の検出対象となる２本の架線に沿って光ケーブルを配線し、
少なくとも、前記光ケーブルを前記架線の一方と連結して固定する第１固定部と、前記光ケーブルを前記架線の他方と連結して固定する第２固定部と、を有し、前記架線のいずれか一方が断線した際に生じる前記両架線の相対的な変位を利用して、前記固定部間で前記光ケーブルを断線させる光ケーブル断線機構を設け、
前記光ケーブルの断線を検知することで、前記架線の断線を検出する
ことを特徴とする架線断線の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気鉄道のトロリ線や吊架線などの架線の断線を検出する架線断線の検出装置及び検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気鉄道へ電力を供給するトロリ線を吊架する方式として、吊架線からハンガによりトロリ線を吊り下げる構成のカテナリー方式が広く用いられている。また、新幹線では、吊架線からドロッパにより補助吊架線を吊り下げ、その補助吊架線からハンガによりトロリ線を吊り下げる構成のコンパウンドカテナリー方式が用いられている。
【０００３】
トロリ線等の架線では、直流１５００Ｖあるいは交流２００００Ｖから２５０００Ｖの高電圧が印加されているため、架線が何らかの原因により地絡した場合には、変電所においてこれを検出し、遮断器を断動作させ送電を停止させるようになっている。
【０００４】
ところで、このような架線の地絡検出システムにおいては、地絡検出による送電停止から所定時間後（例えば０．５秒後）に自動で遮断器を再投入し、再送電を行う運用としている場合がある。これは、架線の地絡原因が、鳥や小動物、飛来物などによるものが多く、最初の地絡で原因となった物体が消失し、例えば０．５秒後の再送電が成功する確率が高いためである。
【０００５】
しかし、架線の地絡原因が鳥や小動物、飛来物などによるものではなく、架線に断線が発生して地面や金属構造物に垂下するなどしていた場合には、再送電を行うと地絡電流が再度大地に流れることになり、特に変電所近傍では大きな電流が流れてしまうため、周辺の機器の故障や沿線火災の発生などの二次災害が発生するおそれがある。このような問題が発生しないよう、架線の断線を検出することが望まれる。
【０００６】
従来の架線断線の検出方法として、特許文献１では、架線端部で架線の張力を張力センサで監視し、これを高電圧の印加されていない非加圧側で検出する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２０１０−５１７８４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の方法では、張力センサからの出力を受ける装置を線路上の近くに設置する必要があり、設置スペースが大きくなってしまうという問題がある。
【０００９】
また、線路上に張力センサからの出力を受ける装置を設置する場合、落雷や列車走行時の誘導などノイズの影響を受けやすいという問題があり、さらに、高架を走行する新幹線などにおいては、線路上に使用できる商用電源が少なく、電源の確保が困難であるという問題もある。
【００１０】
なお、張力センサからの出力を受ける装置を変電所内などの屋内に設置する場合、張力センサからの信号線を長距離にわたって施工する必要があり、張力センサからの信号が電圧降下の影響を受け、落雷等によるノイズの影響が更に大きくなってしまい、十分な信頼性が得られないという問題がある。
【００１１】
また、近年では、架線構成の簡略化を目的に、架線に張力を加える手段として、従来の滑車を介した重錘に変わり、バネ式のテンションバランサが使用されるようになってきている。この場合、例えば、図６に示すように、吊架線１１からハンガ１２によりトロリ線１３を吊り下げるシンプルカテナリー方式では、吊架線１１とトロリ線１３がそれぞれ懸垂碍子１４を介して別々のテンションバランサ１５，１６で引き留められることになり、ヨーク金具などの架線金具を使用しない。よって、架線金具を使用しない場合であっても架線断線の検出を可能とすることが望まれる。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑み為されたものであり、架線金具を使用しない場合も適用可能であり、電気的なノイズの影響を受けず、線路上での電源を必要とせず、架線断線を速やかに検出することが可能な架線断線の検出装置及び検出方法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】
【００１３】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、断線の検出対象となる２本の架線に沿って配線される光ケーブルと、少なくとも、前記光ケーブルを前記架線の一方と連結して固定する第１固定部と、前記光ケーブルを前記架線の他方と連結して固定する第２固定部と、を有し、前記架線のいずれか一方が断線した際に生じる前記両架線の相対的な変位を利用して、前記固定部間で前記光ケーブルを断線させる光ケーブル断線機構と、前記光ケーブルと接続されており、前記光ケーブルの断線を検知することで、前記架線の断線を検出する断線検出部と、を備えた架線断線の検出装置である。
【００１４】
前記光ケーブル断線機構は、前記第２固定部に対して前記第１固定部と反対側の前記光ケーブルを前記架線の一方と連結して固定する第３固定部をさらに備えてもよい。
【００１５】
前記断線検出部は、前記光ケーブルの一端から光を入射する光源と、前記光ケーブルの他端から出力される光の光強度を測定する光パワーメータと、前記光パワーメータで測定した光強度が所定の閾値を下回ったときに、前記光ケーブルが断線したと判断し断線検出信号を出力する出力部と、を備えてもよい。
【００１６】
前記断線検出部は、前記光ケーブルの一端からパルス光を入射すると共に、前記パルス光が前記光ケーブルを伝搬する際に発生し、前記パルス光の伝搬方向と反対方向に伝搬して前記光ケーブルの一端から出力される後方散乱光の光強度を測定する光パルス試験器と、該光パルス試験器で測定した後方散乱光の光強度の変化から前記光ケーブルの断線を検出し、断線検出信号を出力する出力部と、を備えてもよい。
【００１７】
前記光ケーブルは、前記架線と前記断線検出部との間に配線される部分に、光ファイバユニットを内蔵した光貫通碍子が設けられてもよい。
【００１８】
前記光ケーブルは、光インドアケーブルであってもよい。
【００１９】
前記２本の架線は、別のテンションバランサにより張力が加えられ引き留められていてもよい。
【００２０】
また、本発明は、断線の検出対象となる２本の架線に沿って光ケーブルを配線し、少なくとも、前記光ケーブルを前記架線の一方と連結して固定する第１固定部と、前記光ケーブルを前記架線の他方と連結して固定する第２固定部と、を有し、前記架線のいずれか一方が断線した際に生じる前記両架線の相対的な変位を利用して、前記固定部間で前記光ケーブルを断線させる光ケーブル断線機構を設け、前記光ケーブルの断線を検知することで、前記架線の断線を検出する架線断線の検出方法である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、架線金具を使用しない場合も適用可能であり、電気的なノイズの影響を受けず、線路上での電源を必要とせず、架線断線を速やかに検出することが可能な架線断線の検出装置及び検出方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る架線断線の検出装置の概略構成図である。
【図２】図１の架線断線の検出装置で用いる光ケーブルの横断面図である。
【図３】図１の架線断線の検出装置の第１固定部、第３固定部を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は３Ｂ−３Ｂ線断面図、（ｃ）はその３Ｃ部拡大図である。
【図４】図１の架線断線の検出装置の第２固定部を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は４Ｂ−４Ｂ線断面図、（ｃ）はその４Ｃ部拡大図である。
【図５】図１の架線断線の検出装置で光ケーブルを断線させる動作を説明する図である。
【図６】テンションバランサを使用したシンプルカテナリー方式の架線を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２４】
図１は、本実施の形態に係る架線断線の検出装置の概略構成図である。
【００２５】
図１に示すように、本実施の形態では、一例として、架線の構成がバネ式のテンションバランサを用いたシンプルカテナリー方式である場合について説明する。
【００２６】
シンプルカテナリー方式では、吊架線１１からハンガ１２によりトロリ線１３を吊り下げる構成となっている。吊架線１１とトロリ線１３は、それぞれ懸垂碍子１４を介して別のテンションバランサ１５，１６で引き留められている。本実施の形態では、断線の検出対象となる架線を吊架線１１とトロリ線１３とする場合について説明する。
【００２７】
さて、本実施の形態に係る架線断線の検出装置１は、光ケーブル２と、光ケーブル断線機構３と、断線検出部４と、を備えている。
【００２８】
光ケーブル２は、個別に張力が加えられ引き留められている２本の架線（断線の検出対象となる架線）に沿って配線される。本実施の形態においては、光ケーブル２は、別のテンションバランサ１５，１６により張力が加えられ引き留められている吊架線１１とトロリ線１３に沿って配線されることになる。
【００２９】
また、本実施の形態では、光ケーブル２として、図２に示すように、２本の光ファイバ心線２ａと、２本の光ファイバ心線２ａを挟むように配置される２本のテンションメンバ２ｂとを断面視で一直線上に配置し、これらをシース２ｃで一括被覆した光インドアケーブルを用いた。光ケーブル２は全体として断面視で略長方形状（角を丸めた長方形状）に形成され、その対向する２つの長辺の中央部には、それぞれＶ字溝２ｄが形成されている。テンションメンバ２ｂとしては、例えば単鋼線を用いることができ、シース２ｃとしては、例えば難燃ポリエチレンからなるものを用いることができる。なお、本実施の形態では光ケーブル２として光インドアケーブルを用いているが、光ケーブル２はこれに限定されるものではない。
【００３０】
また、本実施の形態では、光ケーブル２の２本の光ファイバ心線２ａのうち１本を使用し、光ケーブル２の両端を断線検出部４に接続するようループ状に配線した。なお、これに限らず、２本の光ファイバ心線２ａの端部を架空クロージャ内で溶着接続することで、光のループ回路を形成することも可能である。この場合、光ケーブル２を往復させる必要がなくなるので、施工が容易になるというメリットがある。
【００３１】
光ケーブル断線機構３は、少なくとも、光ケーブル２を架線の一方（ここでは吊架線１１）と連結して固定する第１固定部３ａと、光ケーブル２を架線の他方（ここではトロリ線１３）と連結して固定する第２固定部３ｂと、を有し、架線１１，１３のいずれか一方が断線した際に生じる両架線１１，１３の相対的な変位を利用して、固定部３ａ，３ｂ間で光ケーブル２を断線させるものである。
【００３２】
本実施の形態では、第２固定部３ｂに対して第１固定部３ａと反対側の光ケーブル２を架線の一方（ここでは吊架線１１）と連結して固定する第３固定部３ｃをさらに備えている。これにより、第１固定部３ａと第３固定部３ｃとの間に第２固定部３ｂを挟み込む配置となっている。各固定部３ａ〜３ｃの具体的な構造については後述する。
【００３３】
断線検出部４は、光ケーブル２に接続されており、光ケーブル２の断線を検知することで、架線の断線を検出するものである。
【００３４】
本実施の形態では、断線検出部４は、光ケーブル２の一端から光を入射する光源５と、光ケーブル２の他端から出力される光の光強度を測定する光パワーメータ６と、光パワーメータ６で測定した光強度が所定の閾値を下回ったときに、光ケーブル２が断線したと判断し断線検出信号を出力する出力部７と、を備えている。
【００３５】
光源５としては、ＬＤ（Laser Diode）などを用いることができる。また、光パワーメータ６としては、ＰＤ（Photo Diode）などの受光素子を有するものを用いることができる。
【００３６】
断線検出部４は、変電所内など屋内に設けられる。したがって、屋内に設けられた断線検出部４から線路上の架線まで光ケーブル２が配線されることになる。ただし、線路上の架線は高電圧部となるため、架線と断線検出部４との間に配線される部分の光ケーブル２には、絶縁のため光ファイバユニットを内蔵した光貫通碍子８が設けられる。
【００３７】
断線検出部４では、光源５から光ケーブル２の一端に常時一定の光強度の光信号を入射し、光パワーメータ６で光ケーブル２の他端から出力される光強度を測定する。光ケーブル２が断線されると光パワーメータ６で測定される光強度が低下するので、出力部７は光パワーメータ６から出力される光強度の信号を受信し、光パワーメータ６で測定した光強度が所定の閾値を下回ったときに、光ケーブル２が断線に至ったと判断して、断線検出信号を出力する。
【００３８】
出力部７から出力された断線検出信号は、例えば、変電所内に設けられている架線の地絡検出システム９の遮断器操作部１０ａに出力される。遮断器操作部１０ａは、断線検出信号を受信すると、遮断器１０を制御して再送電（地絡時の所定時間後の遮断器１０の再投入）を抑止する。
【００３９】
次に、光ケーブル断線機構３の固定部３ａ〜３ｃについて説明する。
【００４０】
図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、吊架線１１に光ケーブル２を固定する第１固定部３ａと第３固定部３ｃは、吊架線１１を収容する吊架線収容溝３１と光ケーブル２を収容する光ケーブル収容溝３２を形成した半割形状の吊架線クランプ３３により、吊架線１１と光ケーブル２を把持し、ボルト３４とナット３５で締め付け締結した構造となっている。本実施の形態では、光ケーブル２を、断面形状が上下反転したＵ字状に形成されたゴム部材３６を被せた状態で光ケーブル収容溝３２に収容するようにした。これは、光ケーブル２の寸法が吊架線１１の寸法よりも小さいために、吊架線クランプ３３の光ケーブル２を把持する面での面圧を確保し、架線１１，１３が断線したときに各固定部３ａ〜３ｃ間に配線された光ケーブル２に発生する張力によって、光ケーブル収容溝３２に把持された光ケーブル２がずれることなく確実に固定できるようにするためである。
【００４１】
図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、トロリ線１３に光ケーブル２を固定する第２固定部３ｂは、トロリ線１３の上部を収容するトロリ線収容溝４１と光ケーブル２を収容する光ケーブル収容溝４２を形成した半割形状のトロリ線クランプ４３により、トロリ線１３と光ケーブル２を把持し、ボルト４４とナット４５で締め付け締結した構造となっている。トロリ線クランプ４３の下端部（トロリ線収容溝４１の縁部）は、トロリ線１３の溝に係合するように構成されており、ボルト４４とナット４５を締結することでトロリ線クランプ４３の下端部がトロリ線１３に押しつけられ、トロリ線クランプ４３がトロリ線１３に固定されるようになっている。また、第２固定部３ｂにおいても、第１固定部３ａや第３固定部３ｃと同様に、光ケーブル２は、断面形状が上下反転したＵ字状に形成されたゴム部材４６を被せた状態で光ケーブル収容溝４２に収容される。
【００４２】
本実施の形態では、第２固定部３ｂにおいてトロリ線クランプ４３を２つ設け、トロリ線１３と光ケーブル２を２箇所で固定するように構成したが、トロリ線クランプ４３を１つとし、トロリ線１３と光ケーブル２を１箇所で固定するように構成してもよい。
【００４３】
固定部３ａ〜３ｃで用いるゴム部材３６，４６としては、例えば、鋼板の縁の保護等に使用されるアルミ心金をエラストマーで被覆した構造のトリムを用いることができる。なお、ゴム部材３６，４６はこれに限定されるものではなく、面圧を確保できる弾性を有する弾性部材を適用できる。
【００４４】
次に、本実施の形態に係る架線断線の検出装置１で光ケーブル２を断線させる動作について具体的に説明する。
【００４５】
図５に示すように、吊架線１１が断線した場合、テンションバランサ１５による張力とつり合っていた吊架線１１の張力が失われることになるので、吊架線１１はテンションバランサ１５側へ変位する。このとき、光ケーブル２は、第１固定部３ａと第２固定部３ｂで固定されているために、吊架線１１の変位に追随できず、第１固定部３ａと第２固定部３ｂの間で引っ張りにより断線する。したがって、光ケーブル２の健全性を監視することにより吊架線１１の断線が検出可能となる。
【００４６】
他方、トロリ線１３が断線した場合には、トロリ線１３がテンションバランサ１６側へ変位するので、第１固定部３ａと第２固定部３ｂの間の光ケーブル２は緩むことになる。そのため、第１固定部３ａと第２固定部３ｂのみでトロリ線１３の断線を検出することはできない。
【００４７】
そこで、本実施の形態では、第２固定部３ｂに対して第１固定部３ａと反対側の光ケーブル２を吊架線１１に固定する第３固定部３ｃをさらに備え、トロリ線１３が断線した場合には、光ケーブル２が第２固定部３ｂと第３固定部３ｃの間で引っ張りにより断線するように構成した。このように、２本の架線１１，１３の両方の断線を精度よく検出するためには、少なくとも３つの固定部３ａ〜３ｃを備えることが望ましい。
【００４８】
第１固定部３ａと第２固定部３ｂの間、および第２固定部３ｂと第３固定部３ｃの間の光ケーブル２は、架線１１，１３に断線が発生していない正常時に弛みが生じないよう張った状態（テンションをかけた状態）で配線される。また、第１固定部３ａと第２固定部３ｂの間、および第２固定部３ｂと第３固定部３ｃの間の光ケーブル２は、架線１１，１３の変位による影響を受けやすいように、架線１１，１３と各固定部３ａ〜３ｃ間に配線された光ケーブル２とのなす角度が極力小さくなるようにする（つまり各固定部３ａ〜３ｃを極力離す）ことが好ましい。
【００４９】
本実施の形態の作用を説明する。
【００５０】
本実施の形態に係る架線断線の検出装置１では、断線の検出対象となる２本の架線（ここでは吊架線１１とトロリ線１３）に沿って配線される光ケーブル２と、少なくとも、光ケーブル２を架線の一方（ここでは吊架線１１）と連結して固定する第１固定部３ａと、光ケーブル２を架線の他方（ここではトロリ線１３）と連結して固定する第２固定部３ｂと、を有し、架線１１，１３のいずれか一方が断線した際に生じる両架線１１，１３の相対的な変位を利用して、固定部３ａ，３ｂ間で光ケーブル２を断線させる光ケーブル断線機構３と、光ケーブル２と接続されており、光ケーブル２の断線を検知することで、架線１１，１３の断線を検出する断線検出部４と、を備えている。
【００５１】
架線断線の検出装置１では、架線断線の監視に光信号を用いているため、電気的なノイズの影響を受けない。また、光信号を用いることにより低損失で長距離の配線が可能となるため、変電所内など屋内に断線検出部４を設けることが可能となり、線路上での電源を必要としない。
【００５２】
また、架線断線の検出装置１では、２本の架線１１，１３の相対的な位置が変化した際に、光ケーブル２を強制的に断線させるため、バネ式のテンションバランサ１５，１６により吊架線１１、トロリ線１３を別々に引き留める構成のシンプルカテナリー方式のように架線金具を使用しない場合であっても適用可能であり、光ケーブル２の断線を検出することで、架線断線を常時監視し、速やかに架線断線を検出することが可能である。
【００５３】
架線断線を検出することにより、架線断線による地絡時の所定時間後の再送電（遮断器１０の再投入）を抑止することが可能になり、周辺の機器故障、沿線火災の発生などを防ぐことが可能になる。
【００５４】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。
【００５５】
例えば、上記実施の形態では、光ケーブル２の一端から光を入射し、光ケーブル２の他端から出力される光の光強度を測定することにより光ケーブル２の断線を検出するよう断線検出部４を構成したが、光ケーブル２の断線を検出する方法はこれに限定されるものではなく、例えば光パルス試験器（Optical Time Domain Reflectmeter、ＯＴＤＲ）を用いて光ケーブル２の断線を検出することも可能である。
【００５６】
この場合、断線検出部４は、光ケーブル２の一端からパルス光を入射すると共に、パルス光が光ケーブル２を伝搬する際に発生し、パルス光の伝搬方向と反対方向に伝搬して光ケーブル２の一端から出力される後方散乱光（レイリー散乱光）の光強度を測定する光パルス試験器と、光パルス試験器で測定した後方散乱光の光強度の変化から光ケーブル２の断線を検出し、断線検出信号を出力する出力部と、で構成されることになる。
【００５７】
この場合、光ケーブル２（光回路）をループ状とせずとも測定が可能となるため、施工が容易になる。光ケーブル２（光回路）をループ状とする場合には、光回路は２重化されることになるので、信頼性をより高めることが可能になる。
【００５８】
また、上記実施の形態では、一例としてシンプルカテナリー方式の架線に適用する場合を説明したが、本発明は、断線の検出対象となる２本の架線のいずれか一方が断線した際に、２本の架線間に変位が生じる構成となっていれば、どのような架線構成でも適用可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１  架線断線の検出装置
２  光ケーブル
３  光ケーブル断線機構
３ａ  第１固定部
３ｂ  第２固定部
３ｃ  第３固定部
４  断線検出部
１１  吊架線
１３  トロリ線
【図１】
2014012505.tif 000003
【図２】
2014012505.tif 000004
【図３】
2014012505.tif 000005
【図４】
2014012505.tif 000006
【図５】
2014012505.tif 000007
【図６】
2014012505.tif 000008