(57)【要約】【課題】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】断線検知の対象となる架線１３，１５の端部を引き留める架線金具２０を通るように配線される光ケーブル２と、架線金具２０に設けられ、架線１３，１５が断線して架線金具２０に加わる張力が変化することを利用して光ケーブル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１３，１５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
2014012504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断線検知の対象となる架線の端部を引き留める架線金具を通るように配線される光ケーブルと、
前記架線金具に設けられ、前記架線が断線して前記架線金具に加わる張力が変化することを利用して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】
前記架線金具は、断線検知の対象となる２本の架線の端部が固定されると共に、前記２本の架線を支持するための張力が加えられる支持部材に対して回動自在に固定され、
前記光ケーブル断線機構は、
前記支持部材に固定され、前記光ケーブルを通す光ケーブル保持溝が形成された保持金具と、
前記架線金具に固定され、前記２本の架線の一方が断線した際に前記架線金具と共に回動し、前記保持金具との間で前記光ケーブルを剪断し断線させる剪断金具と、を備える
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、前記架線金具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】
断線検知の対象となる架線の端部を引き留める架線金具を通るように光ケーブルを配線し、
前記架線金具に、前記架線が断線して前記架線金具に加わる張力が変化することを利用して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】
本発明は上記事情に鑑み為されたものであり、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】
【００１２】
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、断線検知の対象となる架線の端部を引き留める架線金具を通るように配線される光ケーブルと、前記架線金具に設けられ、前記架線が断線して前記架線金具に加わる張力が変化することを利用して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。
【００１３】
前記架線金具は、断線検知の対象となる２本の架線の端部が固定されると共に、前記２本の架線を支持するための張力が加えられる支持部材に対して回動自在に固定され、前記光ケーブル断線機構は、前記支持部材に固定され、前記光ケーブルを通す光ケーブル保持溝が形成された保持金具と、前記架線金具に固定され、前記２本の架線の一方が断線した際に前記架線金具と共に回動し、前記保持金具との間で前記光ケーブルを剪断し断線させる剪断金具と、を備えてもよい。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
前記光ケーブルは、前記架線金具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。
【００１７】
前記光ケーブルは、光インドアケーブルである。
【００１８】
また、本発明は、断線検知の対象となる架線の端部を引き留める架線金具を通るように光ケーブルを配線し、前記架線金具に、前記架線が断線して前記架線金具に加わる張力が変化することを利用して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】
【００１９】
本発明によれば、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】
【００２０】
【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で用いる光ケーブル断線機構を取り付けたヨーク金具を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図４】図３の光ケーブル断線機構の架線断線時の動作を説明する図である。
【図５】図３の光ケーブル断線機構の保持金具を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図６】図３の光ケーブル断線機構の剪断金具を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
図１に示すように、本実施の形態では、一例として、架線の構成が新幹線のコンパウンドカテナリー方式である場合について説明する。
【００２４】
コンパウンドカテナリー方式では、吊架線１１からドロッパ１２により補助吊架線１３を吊り下げ、補助吊架線１３からハンガ１４によりトロリ線１５を吊り下げた構成となっている。補助吊架線１３とトロリ線１５はそれぞれ引留クランプ１６，１７の一端に圧縮固定され、引留クランプ１６，１７の他端が、それぞれターンバックル１８，１９によりヨーク金具２０の一端に連結されている。ヨーク金具２０の構造は後述する。
【００２５】
ヨーク金具２０の他端には、支持線２１の一端を圧縮固定した引留クランプ２２が接続されており、支持線２１の他端は引留クランプ２３に固定され、ヨーク金具２４の一端に連結されている。また、吊架線１１の端部は引留クランプ２５に圧縮固定され、ターンバックル２６を介してヨーク金具２４の一端に連結されている。
【００２６】
ヨーク金具２４の他端は懸垂碍子２７で引き留められ、この懸垂碍子２７に、滑車を介した重錘やバネ式テンションバランサ（ともに図示せず）などにより張力が加えられる。２つのヨーク金具２０，２４は、天秤の機能を果たし、それぞれ異なる架線の張力に対して釣り合い直立する寸法、形状となっている。ヨーク金具２０は補助吊架線１３とトロリ線１５の張力のバランスをとり、ヨーク金具２４は吊架線１１と支持線２１（ヨーク金具２０側の架線１３，１５）の張力のバランスをとる役割を果たしている。
【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、断線検知の対象となる架線の端部を引き留める架線金具を通るように配線される。本実施の形態では、検出対象となる架線を補助吊架線１３とトロリ線１５とする場合について説明する。光ケーブル２は、両架線１３，１５の端部を引き留める架線金具であるヨーク金具２０を通るように配線される。
【００２９】
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、ヨーク金具２０に設けられ、補助吊架線１３やトロリ線１５が断線してヨーク金具２０に加わる張力が変化することを利用して光ケーブル２を断線させるものである。光ケーブル断線機構３の具体的な構造については後述するが、本実施の形態では、補助吊架線１３やトロリ線１５が断線した際にヨーク金具２０に加わる張力がアンバランスとなりヨーク金具２０が回動（変位）することを利用し、このヨーク金具２０の回動により光ケーブル２を断線させる機構を採用した。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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から線路上のヨーク金具２０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、ヨーク金具２０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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
次に、ヨーク金具２０と光ケーブル断線機構３について説明する。
【００３９】
図３（ａ），（ｂ）に示すように、ヨーク金具２０は、断線検知の対象となる２本の架線１３，１４の端部（ターンバックル１８，１９）が固定されると共に、２本の架線１３，１４を支持するための張力が加えられる支持部材に対して回動自在に固定される。ヨーク金具２０では、支持線２１の端部に設けられた引留クランプ２２が支持部材の役割を果たすことになる（なお、ヨーク金具２４では懸垂碍子２７が支持部材の役割を果たすことになる）。
【００４０】
ヨーク金具２０は、正面視で略三角形状（角を丸めた三角形状）に形成された２枚の板状部材２０ａから構成しており、その３つの角部において、補助吊架線１３の端部に設けられたターンバックル１８、トロリ線１５の端部に設けられたターンバックル１９、および支持部材としての引留クランプ２２を、両板状部材２０ａで挟み込みボルト３０で固定した構造となっている。
【００４１】
ヨーク金具２０は、正常時には補助吊架線１３とトロリ線１５の張力がバランスする位置となっているが、両架線１３，１５のいずれか一方が断線すると、両架線１３，１５の張力がアンバランスとなり、支持部材としての引留クランプ２２に対して回動（変位）する（図４参照）。本実施の形態では、このヨーク金具２０の支持部材に対する回動を利用して光ケーブル２を強制的に断線させるように光ケーブル断線機構３を構成した。
【００４２】
具体的には、光ケーブル断線機構３は、支持部材としての引留クランプ２２に固定され、光ケーブル２を通す光ケーブル保持溝３３が形成された保持金具３１と、ヨーク金具２０に固定され、２本の架線１３，１５の一方が断線した際にヨーク金具２０と共に回動し、保持金具３１との間で光ケーブル２を剪断し断線させる剪断金具３２と、を備えている。
【００４３】
図３および図５に示すように、保持金具３１は、金属等からなる板状部材により形成されており、長円形状（平行な直線と両直線の端部同士を接続する円弧とからなる形状）の本体部３１ａと、本体部３１ａから突出する光ケーブル固定部３１ｂと、を有している。本体部３１ａのヨーク金具２０側の端部には、切欠き状の光ケーブル保持溝３３が形成される。また、光ケーブル固定部３１ｂには、光ケーブル２を固定する際に用いるバインド線３４を通すための貫通孔３５が形成されている。
【００４４】
光ケーブル２は、光ケーブル保持溝３３を通した状態で光ケーブル固定部３１ｂの表裏面に引き回され、バインド線３４により光ケーブル固定部３１ｂに固定されており、これにより光ケーブル２が光ケーブル保持溝３３から脱落しないようになっている。
【００４５】
保持金具３１は、本体部３１ａを引留クランプ２２にボルト３０により固定することで、引留クランプ２２に固定される。本体部３１ａには、ボルト３０を通すためのボルト用貫通孔３６が形成されている。
【００４６】
図３および図６に示すように、剪断金具３２は、金属等からなる板状部材により形成されている。本実施の形態では、２枚の剪断金具３２を用い、両剪断金具３２で保持金具３１を挟み込むように構成しているが、剪断金具３２は１枚でもよい。両剪断金具３２は、ボルト３０により引留クランプ２２に固定される。
【００４７】
剪断金具３２には、ボルト３０を通すボルト用貫通孔３７が形成されている。ここでは、剪断金具３２の固定に用いるボルト３０を、ヨーク金具２０にターンバックル１８，１９と引留クランプ２２を固定するボルト３０と共用する場合を示しているが、別の固定機構を設けてもよい。
【００４８】
剪断金具３２には、架線１３，１５に断線が発生していない正常時に、光ケーブル２を通す切欠き状の剪断部３２ａが形成されている。
【００４９】
例えば、下方に配置されるトロリ線１５に断線が発生した場合、図４に示すように、ヨーク金具２０にトロリ線１５による張力が働かなくなるので、ヨーク金具２０は時計回りに回動し傾く。このとき、剪断部３２ａの周縁の剪断金具３２と、光ケーブル保持溝３３の周縁の保持金具３１（本体部３１ａ）との間で剪断力が働き、光ケーブル２が剪断され強制的に断線されることになる。
【００５０】
ヨーク金具２０は、周囲の温度変化などにより、経時的に若干の変位を生じる。そのため、剪断金具３２の剪断部３２ａは、幅を持たせた切り欠き形状（開口が広い切欠き形状）に形成されており、これによりヨーク金具２０のある程度の傾きを許容できる構造とした。本実施の形態では、ヨーク金具２０が回動する角度θ（図４参照）が２０°以上となったときに光ケーブル２を剪断するように剪断部３２ａを形成したが、角度θは適宜変更可能である。
【００５１】
なお、本実施の形態では、補助吊架線１３とトロリ線１５を引き留めているヨーク金具２０に光ケーブル断線機構３を設けたが、ヨーク金具２０から延びる支持線２１と吊架線１１を引き留めているヨーク金具２４に対しても、同様にして光ケーブル断線機構３を設けることが可能である。
【００５２】
本実施の形態の作用を説明する。
【００５３】
本実施の形態に係る架線断線の検出装置１では、断線検知の対象となる架線（ここでは補助吊架線１３とトロリ線１５）の端部を引き留める架線金具（ここではヨーク金具２０）を通るように配線される光ケーブル２と、架線金具に設けられ、架線が断線して架線金具に加わる張力が変化することを利用して光ケーブル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、架線の断線を検出する断線検出部４と、を備えている。
【００５４】
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。
【００５５】
また、架線断線の検出装置１では、架線金具（ヨーク金具２０）に加わる張力が変化した際に、光ケーブル２を強制的に断線させるため、この光ケーブル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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【符号の説明】
【００６１】
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
４  断線検出部
１１  吊架線
１３  補助吊架線
１５  トロリ線
２０  ヨーク金具（架線金具）
【図１】
2014012504.tif 000003
【図２】
2014012504.tif 000004
【図３】
2014012504.tif 000005
【図４】
2014012504.tif 000006
【図５】
2014012504.tif 000007
【図６】
2014012504.tif 000008