(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変電所から交流電力を供給されるフィーダ線とトロリー線を、レールと併走する状態に張架すると共に、フィーダ線とトロリー線の間に単巻変圧器を設置し、単巻変圧器の巻線の中点又は所定の電圧点と、単巻変圧器近傍のレールとを吸上線で接続してなる交流電気鉄道の単巻変圧器き電回路における短絡故障を判別する装置であって、
トロリー線とレールとの短絡故障、及び、フィーダ線とレールとの短絡故障の何れかの発生を感知する感知手段と、
レールをグランドとして測定した前記単巻変圧器のトロリー線側の電圧と、レールから吸上線を通って前記単巻変圧器へ流れる吸上電流との位相差を測定する測定手段と、
前記感知手段が感知した時点において、前記短絡故障時の位相差がπ／２未満の場合はトロリー線とレールとの短絡故障であると判別し、前記短絡故障時の位相差がπ／２以上の場合はフィーダ線とレールとの短絡故障であると判別する判別手段と
を備えることを特徴とする短絡故障判別装置。
【請求項２】
変電所から交流電力を供給されるフィーダ線とトロリー線を、レールと併走する状態に張架すると共に、フィーダ線とトロリー線の間に単巻変圧器を設置し、単巻変圧器の巻線の中点又は所定の電圧点と、単巻変圧器近傍のレールとを吸上線で接続してなる交流電気鉄道の単巻変圧器き電回路における短絡故障を判別する装置であって、
トロリー線とレールとの短絡故障、及び、フィーダ線とレールとの短絡故障の何れかの発生を感知する感知手段と、
レールをグランドとして測定した前記単巻変圧器のフィーダ線側の電圧と、レールから吸上線を通って前記単巻変圧器へ流れる吸上電流との位相差を測定する測定手段と、
前記感知手段が感知した時点において、前記短絡故障時の位相差がπ／２未満の場合はフィーダ線とレールとの短絡故障であると判別し、前記短絡故障時の位相差がπ／２以上の場合はトロリー線とレールとの短絡故障であると判別する判別手段と
を備えることを特徴とする短絡故障判別装置。
【請求項３】
変電所から交流電力を供給されるフィーダ線とトロリー線を、レールと併走する状態に張架すると共に、フィーダ線とトロリー線の間に単巻変圧器を設置し、単巻変圧器の巻線の中点又は所定の電圧点と、単巻変圧器近傍のレールとを吸上線で接続してなる交流電気鉄道の単巻変圧器き電回路における短絡故障を判別する装置であって、
予め、トロリー線とレールとの短絡故障の場合と、フィーダ線とレールとの短絡故障の場合の前記短絡故障時の位相差を複数測定して、それぞれの場合別に決定した位相差の範囲を記憶する記憶手段と、
トロリー線とレールとの短絡故障、及び、フィーダ線とレールとの短絡故障の何れかの発生を感知する感知手段と、
前記単巻変圧器に誘起する電圧と前記吸上線を流れる吸上電流との位相差を測定する測定手段と、
前記感知手段が感知した時点において、前記記憶手段が記憶するそれぞれの位相差の範囲に、前記短絡故障時の位相差が入っているか否かを判定し、入っていると判定された位相差の範囲に対応する短絡故障であると判別する判別手段と
を備えることを特徴とする短絡故障判別装置。
【請求項４】
変電所から交流電力を供給されるフィーダ線とトロリー線を、レールと併走する状態に張架すると共に、フィーダ線とトロリー線の間に単巻変圧器を設置し、単巻変圧器の巻線の中点又は所定の電圧点と、単巻変圧器近傍のレールとを吸上線で接続してなる交流電気鉄道の単巻変圧器き電回路における短絡故障を判別する方法であって、
トロリー線とレールとの短絡故障、及び、フィーダ線とレールとの短絡故障の何れかの発生を感知する感知ステップと、
レールをグランドとして測定した前記単巻変圧器のトロリー線側の電圧と、レールから吸上線を通って前記単巻変圧器へ流れる吸上電流との位相差を測定する測定ステップと、
前記感知ステップにより感知された時点において、前記短絡故障時の位相差がπ／２未満の場合はトロリー線とレールとの短絡故障であると判別し、前記短絡故障時の位相差がπ／２以上の場合はフィーダ線とレールとの短絡故障であると判別する判別ステップと
を備えることを特徴とする短絡故障判別方法。
【請求項５】
変電所から交流電力を供給されるフィーダ線とトロリー線を、レールと併走する状態に張架すると共に、フィーダ線とトロリー線の間に単巻変圧器を設置し、単巻変圧器の巻線の中点又は所定の電圧点と、単巻変圧器近傍のレールとを吸上線で接続してなる交流電気鉄道の単巻変圧器き電回路における短絡故障を判別する方法であって、
トロリー線とレールとの短絡故障、及び、フィーダ線とレールとの短絡故障の何れかの発生を感知する感知ステップと、
レールをグランドとして測定した前記単巻変圧器のフィーダ線側の電圧と、レールから吸上線を通って前記単巻変圧器へ流れる吸上電流との位相差を測定する測定ステップと、
前記感知ステップにより感知された時点において、前記短絡故障時の位相差がπ／２未満の場合はフィーダ線とレールとの短絡故障であると判別し、前記短絡故障時の位相差がπ／２以上の場合はトロリー線とレールとの短絡故障であると判別する判別ステップと
を備えることを特徴とする短絡故障判別方法。
【請求項６】
変電所から交流電力を供給されるフィーダ線とトロリー線を、レールと併走する状態に張架すると共に、フィーダ線とトロリー線の間に単巻変圧器を設置し、単巻変圧器の巻線の中点又は所定の電圧点と、単巻変圧器近傍のレールとを吸上線で接続してなる交流電気鉄道の単巻変圧器き電回路における短絡故障を判別する方法であって、
予め、トロリー線とレールとの短絡故障の場合と、フィーダ線とレールとの短絡故障の場合の前記短絡故障時の位相差を複数測定して、それぞれの場合別に決定した位相差の範囲を記憶する記憶ステップと、
トロリー線とレールとの短絡故障、及び、フィーダ線とレールとの短絡故障の何れかの発生を感知する感知ステップと、
前記単巻変圧器に誘起する電圧と前記吸上線を流れる吸上電流との位相差を測定する測定ステップと、
前記感知ステップにより感知された時点において、前記記憶手段ステップにより記憶されたそれぞれの位相差の範囲に、前記短絡故障時の位相差が入っているか否かを判定し、入っていると判定された位相差の範囲に対応する短絡故障であると判別する判別ステップと
を備えることを特徴とする短絡故障判別方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電気鉄道の単巻変圧器き電回路（以下、「ＡＴき電回路」という）における短絡故障を判別する短絡故障判別装置及びその方法に関し、特に、感知した短絡故障がトロリー線とレールとの短絡故障であるか、フィーダ線とレールとの短絡故障であるかを判別する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種交通機関は通信機関とともに爆発的な進歩を遂げ、それらの技術的進歩及び規模の増大に伴い、経済及び文化の振興が図られてきた。
陸上交通機関で最も規模の大きなものの１つに鉄道が挙げられる。
現在の鉄道は、一部には非電化の路線も残るものの、主要幹線及び都市部ではそのほとんどが電化され、より速くより経済的な運転を目指して技術の開発が進められている。
【０００３】
電気鉄道において使用される電力量は相当膨大なものであって、使用効率が僅かでも改善されれば、多大な省エネルギー効果が得られる。
電気鉄道における電気方式には、直流式と交流式があり、交流式では架線が単純等の理由で単相式が主流である。
我が国の交流式には整流器式電気車が用いられている。直流側の脈流を平滑にすると変圧器１次側の高調波が大きくなり、電車線（以下「トロリー線」という）を通じて近接通信線に電磁誘導障害を生ずる。電車線側においてこの電磁誘導を軽減する方式として、吸上変圧器を用いる吸上変圧器き電回路（以下、「ＢＴき電回路」という）と単巻変圧器を用いるＡＴき電回路とがある。
【０００４】
図１３は、変電所から交流電力を供給されるき電線（以下、「フィーダ線」という）とトロリー線をレールと併走する状態に張架すると共にフィーダ線とトロリー線の間に単巻変圧器を設置し、単巻変圧器の巻線の中点又は所定の電圧点と単巻変圧器近傍のレールとを吸上線で接続してなる交流電気鉄道のＡＴき電回路の概略を示す図である。
【０００５】
ＡＴき電回路は、ＢＴき電回路に比べて、変電所の送電電圧が２倍になるので電源の得難い地域での電化に有利であり、又、吸上変圧器のセクションが不要なので負荷電流の大きい新幹線等に適している。
電気鉄道のき電回路の故障は比較的多く、しかも１つの故障が広範囲の列車に影響を与えるので、き電回路には高い信頼性と安全性が必要とされる。例えば、故障が発生した場合は、すみやかに故障点及び故障内容を標定し、故障点を区分して他への影響を少なくする必要がある。この時、故障点及び故障内容がより正確に詳しく標定できることが望ましい。
【０００６】
ＡＴき電回路の故障点を標定する従来の技術として、例えば、特許第９２７７５２号に記載されたＡＴき電回路の故障点標定器が知られている。
この従来技術は、トロリー線とレールとの短絡故障の故障点の位置を、複数の単巻変圧器に接続された吸上線を流れる各吸上電流によって標定するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、短絡故障にはトロリー線とレールとの短絡故障、フィーダ線とレールとの短絡故障及びトロリー線とフィーダ線との短絡故障等があり、上記従来の故障点標定器では、トロリー線とレールとの短絡故障及びフィーダ線とレールとの短絡故障を判別することができない。
【０００８】
また、トロリー線とレールとの短絡故障のほうがフィーダ線とレールとの短絡故障よりも発生頻度が高いので、上記従来の故障点標定器はトロリー線とレールとの短絡故障及びフィーダ線とレールとの短絡故障の何れかが発生した場合は、全てトロリー線とレールとの短絡故障として標定している。
トロリー線とレールとの短絡故障及びフィーダ線とレールとの短絡故障の何れかが発生すると、保全担当者は故障点を見つける為に、まず標定された故障点付近のトロリー線とレールとの間を数１００メートルに渡って検査するのであるが、その短絡故障がフィーダ線とレールとの短絡故障であった場合には、短絡故障していないトロリー線とレールとの間の標定された故障点付近を、故障点があるものと思い込み何度も検査した後に、故障点が無いことからはじめてトロリー線とレールとの短絡故障ではないと気付き、フィーダ線とレールとの間の検査に取り掛かるのである。
【０００９】
そのために、故障点の探索に多大な時間と労力が費やされ、故障点の区分及び故障の修復が遅れるので、より速いより経済的な運転を妨げ、使用効率の低下及びき電回路の信頼性低下を引き起こしている。
そこで、本発明は、ＡＴき電回路においてトロリー線とレールとの短絡故障及びフィーダ線とレールとの短絡故障の何れかが発生した場合に、トロリー線とレールとの短絡故障であるか、フィーダ線とレールとの短絡故障であるかを判別し得て、上記問題点を一掃し得る短絡故障判別装置及びその方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る短絡故障判別装置は、変電所から交流電力を供給されるフィーダ線とトロリー線をレールと併走する状態に張架すると共にフィーダ線とトロリー線の間に単巻変圧器を設置し単巻変圧器の巻線の中点又は所定の電圧点と単巻変圧器近傍のレールとを吸上線で接続してなる交流電気鉄道の単巻変圧器き電回路における短絡故障を判別する装置であって、トロリー線とレールとの短絡故障及びフィーダ線とレールとの短絡故障の何れかの発生を感知する感知手段と、前記単巻変圧器に誘起する電圧と前記吸上線を流れる吸上電流との位相差を測定する測定手段と、前記感知手段が感知した時点において前記測定手段が測定した短絡故障時の位相差によって前記感知手段が感知した短絡故障がトロリー線とレールとの短絡故障であるかフィーダ線とレールとの短絡故障であるかを判別する判別手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
これによって、ＡＴき電回路においてトロリー線とレールとの短絡故障及びフィーダ線とレールとの短絡故障の何れかが発生した場合に、トロリー線とレールとの短絡故障であるか、フィーダ線とレールとの短絡故障であるかを判別することができるので、フィーダ線とレールとの短絡故障が起こった場合であっても正しい標定をすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、ＡＴき電回路においてトロリー線とレールとの短絡故障及びフィーダ線とレールとの短絡故障の何れかの発生を感知した時点において、単巻変圧器に誘起する電圧と単巻変圧器に接続された吸上線を流れる吸上電流との位相差が、トロリー線とレールとの短絡故障時及びフィーダ線とレールとの短絡故障で明らかに異なることを利用して、その短絡故障がトロリー線とレールとの短絡故障であるか、フィーダ線とレールとの短絡故障であるかを判別する装置である。
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
（実施の形態１）
＜全体の構成＞
図１は、交流電気鉄道のＡＴき電回路と、本発明に係る実施の形態１の短絡故障判別装置の概略を示す図である。
【００１４】
図１に示す交流電気鉄道のＡＴき電回路は、フィーダ線１０１、トロリー線１０２、レール１０３、変電所１０４が有する交流電源１０４ａ、単巻変圧器１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、吸上線１０６ａ、１０６ｂ及び１０６ｃを備える。また、本装置は、電流測定部１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、電圧測定部１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、短絡故障判別部１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ、通信部１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、短絡故障感知部１０４ｂ及び集計部１０４ｃを備える。
【００１５】
フィーダ線１０１及びトロリー線１０２は、レール１０３と略併走する状態で張架されており、電気車等はトロリー線から電力の供給を受けながらレールの上を走行する。
変電所１０４は、フィーダ線１０１とトロリー線１０２との間に一方の端部より交流電力を供給する交流電源１０４ａを有し、さらに、短絡故障感知部１０４ｂ及び集計部１０４ｃを含む。
【００１６】
短絡故障感知部１０４ｂは、トロリー線とレールとの短絡故障、及び、フィーダ線とレールとの短絡故障の何れかの発生を感知し、集計部１０４ｃと各通信部とを介して短絡故障が発生した事を各短絡故障判別部に通知する。なお、短絡故障感知部１０４ｂは本発明の要旨外であるのでその詳細な説明を省略する。
集計部１０４ｃは、短絡故障判別部１０９ａ、１０９ｂ及び１０９ｃの判別結果を集計し、保全担当者等に提供する。
【００１７】
単巻変圧器１０５ａ、１０５ｂ及び１０５ｃはフィーダ線１０１とトロリー線１０２に沿って約１０Ｋｍの間隔で設置され、変電所１０４が接続された端部を基点として近い方より１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃとする。
吸上線１０６ａ、１０６ｂ及び１０６ｃは、各単巻変圧器の巻線の中点又は電磁誘導軽減等の効果をより発揮する電圧点を各単巻変圧器近傍のレールに接続する。
【００１８】
電流測定部１０７ａ、１０７ｂ及び１０７ｃは各吸上線の電流に対応する電圧波形を測定し、電圧測定部１０８ａ、１０８ｂ及び１０８ｃは各単巻変圧器のトロリー線１０２側とレール１０３との間の電圧に対応する電圧波形を測定する。
短絡故障判別部１０９ａ、１０９ｂ及び１０９ｃはそれぞれ、短絡故障感知部１０４ｂが短絡故障の発生を通知した時の、電圧測定部１０８ａ、１０８ｂ及び１０８ｃが測定した電圧波形と、電流測定部１０７ａ、１０７ｂ及び１０７ｃが測定した電圧波形との位相差をそれぞれ検出し、これらの位相差によって、発生した短絡故障がトロリー線とレールとの短絡故障であるかフィーダ線とレールとの短絡故障であるかを判別する。
【００１９】
通信部１１０ａ、１１０ｂ及び１１０ｃはそれぞれ、短絡故障判別部１０９ａ、１０９ｂ及び１０９ｃが判別した結果を集計部１０４ｃへ送信する。
＜短絡故障判別部の詳細な構成＞
図２は、本発明に係る実施の形態１の短絡故障判別部１０９ａの詳細な構成を示す図である。
【００２０】
短絡故障判別部１０９ａは、さらに、位相差検出部１１１、判別部１１２を含む。
位相差検出部１１１は、短絡故障感知部１０４ｂが短絡故障の発生を通知した時の、電圧測定部１０８ａが測定した電圧波形と電流測定部１０７ａが測定した電圧波形との位相差を検出する。
【００２１】
２つの電圧波形の位相差を検出するには、例えば、各電圧波形をそれぞれＡＤ変換した後に、一般的なディジタル信号処理を施す事によっても実施可能であるが、本実施の形態ではコンパレータと論理回路を用いたので、一例としてこれについて説明する。
図３（ａ）は、電圧波形Ｖ１と電圧波形Ｖ２の２つの正弦波を入力とし、それらの位相差を矩形波ＶＲ３の形で出力する回路の概略を示す図である。
【００２２】
図３（ｂ）は、電圧波形Ｖ１、電圧波形Ｖ２、矩形波ＶＲ１、矩形波ＶＲ２及び矩形波ＶＲ３を、同じ時間軸上に示す図である。
ここで、図３（ａ）に示す「ＣＯＭＰ．」はコンパレータを示し、アナログの電圧波形を設定値を境に「ＨＩ」又は「ＬＯ」と判別して矩形波を生成するものであり、電圧波形Ｖ１から矩形波ＶＲ１を、電圧波形Ｖ２から矩形波ＶＲ２を生成する。なお、ここでは、矩形波ＶＲ１と矩形波ＶＲ２における「ＨＩ」と「ＬＯ」の時間が同じになる様に設定値を調整する。
【００２３】
また、図３（ａ）に示す「ＥＸＯＲ」は排他的論理和（ｅｘｃｌｕｓｉｖｅ  ｏｒ：２入力の場合、入力が「０，０」の時と「１，１」の時には出力は「０」、入力が「０，１」の時と「１，０」の時には出力は「１」となる）を行う論理回路を示し、その出力である矩形波ＶＲ３は、矩形波ＶＲ１と矩形波ＶＲ２の位相差相当の時間が「ＨＩ」となる。
【００２４】
そこで、「ＨＩ」の時間をＨＴ、「ＬＯ」の時間をＬＴとすると、位相差θは（式１）で与えられる。
位相差θ＝２π・ＨＴ／（ＨＴ＋ＬＴ）    ・・・（式１）
判別部１１２は、位相差検出部１１１が検出した位相差によって、発生した短絡故障がトロリー線とレールとの短絡故障であるかフィーダ線とレールとの短絡故障であるかを判別する。
【００２５】
なお、他の短絡故障判別部１０９ｂ及び１０９ｃは、短絡故障判別部１０９ａと同様の構成なので、その説明を省略する。
＜試験＞
図４は、ＡＴき電回路においてトロリー線とレールとの短絡故障及びフィーダ線とレールとの短絡故障の何れかが発生した場合に、発生した短絡故障がトロリー線とレールとの短絡故障であるかフィーダ線とレールとの短絡故障であるかを判別する為の位相差を測定する試験回路を示す図である。
【００２６】
ここで、Ｆはフィーダ線を、Ｔはトロリー線を、Ｒはレールを、それぞれ模擬的に示す線路であり、各線路に直列に挿入された抵抗とコイルは各線路定数を模擬的に与えている。
また、ＡＴ１及びＡＴ２は単巻変圧器であり、図１、図２と同様に、交流電源と、電流測定部、電圧測定部及び位相差検出部（電圧計、シャント抵抗及びアナライジングレコーダ等）とを備える。
【００２７】
図４に示す試験回路において、ＡＴ１とＡＴ２の中間点、ＡＴ１のごく近傍及びＡＴ２のごく近傍のそれぞれの位置で、トロリー線とレールとを短絡させた場合とフィーダ線とレールとを短絡させた場合の、レールをグランドとして測定した単巻変圧器ＡＴ１及びＡＴ２のトロリー線側の電圧Ｖ１及びＶ２と、レールから各吸上線を通って各単巻変圧器へ流れる電流Ｉ１及びＩ２との位相差を単巻変圧器毎に測定した。なお、図４に示すように各吸上線には、直列に電流測定用のシャント抵抗をそれぞれ挿入している。
【００２８】
また、短絡抵抗は、０Ω、５Ω及び１０Ωとし、短絡抵抗０Ωの時は故障電流を１０Ａ、５Ωの時は５Ａ、１０Ωの時は４Ａとした。
図５は、トロリー線とレールとをＡＴ１とＡＴ２の中間点で短絡させた場合及びフィーダ線とレールとをＡＴ１とＡＴ２の中間点で短絡させた場合の試験結果を複素平面上に示す図である。
【００２９】
図６は、トロリー線とレールとをＡＴ１のごく近傍で短絡させた場合及びフィーダ線とレールとをＡＴ１のごく近傍で短絡させた場合の試験結果を複素平面上に示す図である。
図７は、トロリー線とレールとをＡＴ２のごく近傍で短絡させた場合及びフィーダ線とレールとをＡＴ２のごく近傍で短絡させた場合の試験結果を複素平面上に示す図である。
【００３０】
なお、図５、図６及び図７中の「Ｔ〜Ｒ」はトロリー線とレールとを短絡させた場合であり、「Ｆ〜Ｒ」はフィーダ線とレールとを短絡させた場合である。
＜検討＞
ここで、以上の試験結果を踏まえ、各短絡故障における位相角がとりうる範囲について検討する。
【００３１】
図８（ａ）及び（ｂ）は、図４においてトロリー線とレールとを短絡させた場合の特徴的な状態を直流回路で示す図である。なお、ここでは簡略化の為、単巻変圧器ＡＴ１を抵抗に置き換えている。
図８（ａ）はトロリー線に「＋」、フィーダ線に「−」の電圧が架かっている時の状態を、図８（ｂ）はトロリー線に「−」、フィーダ線に「＋」の電圧が架かっている時の状態を示す。
【００３２】
図中に示すように、電圧はフィーダ線側を正とし、電流はレールから吸上線を通って単巻変圧器へ流れる向きを正とすると、図８（ａ）及び（ｂ）の何れの場合も、電源電圧Ｖと吸上電流Ｉの符号は同じとなることがわかる。
図９（ａ）及び（ｂ）は、図４においてフィーダ線とレールとを短絡させた場合の特徴的な状態を直流回路で示す図である。なお、ここでも図８と同様に、単巻変圧器ＡＴ１を抵抗に置き換えている。
【００３３】
図９（ａ）はトロリー線に「＋」、フィーダ線に「−」の電圧が架かっている時の状態を、図８（ｂ）はトロリー線に「−」、フィーダ線に「＋」の電圧が架かっている時の状態を示す。
図８と同様に、電圧はフィーダ線側を正とし、電流はレールから吸上線を通って単巻変圧器へ流れる向きを正とすると、図９（ａ）及び（ｂ）の何れの場合も、電源電圧Ｖと吸上電流Ｉの符号は逆となることがわかる。
【００３４】
即ち、図８及び図９に示すような電源電圧Ｖと吸上電流Ｉの符号は、トロリー線とレールとを短絡させた場合には同じとなり、フィーダ線とレールとを短絡させた場合は逆となる。なお、各図中の線路脇の矢印は、電流が流れる向きを示している。
この結果を図４に示す交流回路に当てはめると、リアクタンス成分による位相のずれを無視すれば、電圧と電流の位相は、トロリー線とレールとを短絡させた場合には同相となり、フィーダ線とレールとを短絡させた場合は逆相となる。
【００３５】
ここで、リアクタンス成分による位相のずれを考慮すると、コイル等の誘導負荷によって電流の位相が遅れたり、コンデンサ等の容量負荷によって電流の位相が進んだりするが、実際の線路上では、抵抗等によるインダクタンス成分が必ず存在するので、電流の位相のずれがπ／２を超えることはない。
従って、各短絡故障は短絡故障時の位相差がπ／２付近で区別することができ、図５、図６及び図７からもわかるように、本実施の形態１の場合は、例えば、短絡故障時の位相差がπ／２未満の場合はトロリー線とレールとの短絡故障であり、短絡故障時の位相差がπ／２以上の場合はフィーダ線とレールとの短絡故障であると判別することができる。
【００３６】
ただし、トロリー線とレールとを単巻変圧器のごく近傍で短絡抵抗が０Ωで短絡させた場合には、その単巻変圧器にかかる位相差は測定できないが他方の単巻変圧器にかかる位相差は測定できるので、複数の単巻変圧器を備えれば位相差による短絡故障の判別が可能であり、また、実際の短絡故障では単巻変圧器のごく近傍で短絡抵抗が０Ωで短絡故障することはなく、通常は１Ω以上の短絡抵抗があるので、１個の単巻変圧器を備えるものであっても短絡故障の判別は可能である。
【００３７】
なお、上記＜試験＞では、各単巻変圧器のトロリー線側とレールとの間の電圧を測定したが、フィーダ線側とレールとの間の電圧を測定したとすれば、回路の等価性によりトロリー線とフィーダ線が入れ代わったものとみなせるので、トロリー線とレールとを短絡させた場合とフィーダ線とレールとを短絡させた場合とで、短絡故障時の位相差の関係が反対になることは容易に推測できる。
【００３８】
また、各単巻変圧器のトロリー線側とフィーダ線側の電圧を測定したとしても、各短絡故障は短絡故障時の位相差が±π／２付近で区別することができることも容易に推測できる。さらに、このように電圧を測定したならば、トロリー線とレールとの間、又は、フィーダ線とレールとの間を単巻変圧器のごく近傍で短絡抵抗が０Ωで短絡させた場合であっても、その単巻変圧器にかかる位相差は測定可能であることも容易に推測できる。
【００３９】
＜動作＞
図１０は、ＡＴ器き電回路においてトロリー線とレールとの短絡故障及びフィーダ線とレールとの短絡故障の何れかが発生した場合に、本発明に係る実施の形態１の短絡故障判別装置がトロリー線とレールとの短絡故障であるか、フィーダ線とレールとの短絡故障であるかを判別する処理のフローチャートを示す図である。
【００４０】
（１）常時、各電流測定部は各吸上線の電流を測定し、各電圧測定部は各単巻変圧器のトロリー線１０２側とレール１０３との間の電圧を測定している（ステップＳ１１）。
（２）短絡故障感知部１０４ｂが、トロリー線とレールとの短絡故障、及び、フィーダ線とレールとの短絡故障の何れかが発生した事を感知する。感知しない場合は監視を続ける（ステップＳ１２）。
【００４１】
（３）感知した場合は、集計部１０４ｃと各通信部とを介して短絡故障が発生した事を各短絡故障判別部に通知する（ステップＳ１３）。
（４）各位相差検出部はそれぞれ、短絡故障感知部１０４ｂが短絡故障が発生した事を通知した時の、各電流測定部が測定した電流と各電圧測定部が測定した電圧との位相差を検出する（ステップＳ１４）。
【００４２】
（５）各判別部が、各位相差検出部が検出した位相差が設定値未満であるか±設定値以上であるかを判別する。ここでは、±π／２未満であるか±π／２以上であるかを判別し、±π／２未満の場合はトロリー線とレールとの短絡故障であり、±π／２以上の場合はフィーダ線とレールとの短絡故障であると判別する（ステップＳ１５〜ステップＳ１７）。
【００４３】
（６）各判別結果を、各通信部を介して集計部１０４ｃへ送り、集計部１０４ｃが判別結果を集計する（ステップＳ１８）。
以上のように、本発明に係る実施の形態１の短絡故障判別装置は、短絡故障時の上記位相差を予め設定した値（例えば、±π／２）で区別することにより、発生した短絡故障がトロリー線とレールとの短絡故障であるかフィーダ線とレールとの短絡故障であるかを判別する。
（実施の形態２）
＜全体の構成＞
実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００４４】
＜短絡故障判別部の詳細な構成＞
図１１は、本発明に係る実施の形態２の短絡故障判別部１０９ａの詳細な構成を示す図である。
なお、上記実施の形態１と同様の構成を有する各部には同一の符号を付し、同一の機能についてはその説明を省略し、本実施の形態固有の部分についてのみ説明する。
【００４５】
実施の形態２の短絡故障判別部１０９ａは、実施の形態１の構成に、さらに、記憶部１１３を含む。
記憶部１１３は、実施の形態１の＜試験＞で説明したのと同様に、予め、トロリー線とレールとの短絡故障の場合と、フィーダ線とレールとの短絡故障の場合の短絡故障時の位相差を複数測定して、それぞれの短絡故障別に決定した位相差の範囲を記憶する。
【００４６】
判別部１１２は、位相差検出部１１１が検出した位相差が記憶部１１３が記憶するそれぞれの短絡故障の位相差の範囲に含まれるか否かを判別し、発生した短絡故障がトロリー線とレールとの短絡故障であるかフィーダ線とレールとの短絡故障であるかを判別する。
＜動作＞
図１２は、ＡＴ器き電回路においてトロリー線とレールとの短絡故障及びフィーダ線とレールとの短絡故障の何れかが発生した場合に、本発明に係る実施の形態２の短絡故障判別装置がトロリー線とレールとの短絡故障であるか、フィーダ線とレールとの短絡故障であるかを判別する処理のフローチャートを示す図である。
【００４７】
なお、記憶部１１３には、予め、トロリー線とレールとの短絡故障の場合と、フィーダ線とレールとの短絡故障の場合の短絡故障時の位相差の範囲を記憶しているものとする。
また、上記実施の形態１と同様の動作をする各ステップには同一の符号を付し、同一の動作についてはその説明を省略し、本実施の形態固有の部分についてのみ説明する。
【００４８】
（１）ステップＳ１１からステップＳ１４までは実施の形態１と同様である。
（２）各判別部が、各位相差検出部が検出した位相差が記憶部１１３が記憶するトロリー線とレールとの短絡故障の位相差の範囲に含まれるか否かを判断し、Ｙｅｓならトロリー線とレールとの短絡故障であると判別する（ステップＳ２１、ステップＳ１６）。
【００４９】
（３）各判別部が、各位相差検出部が検出した位相差が記憶部１１３が記憶するフィーダ線とレールとの短絡故障の位相差の範囲に含まれるか否かを判断し、Ｙｅｓならフィーダ線とレールとの短絡故障であると判別する（ステップＳ２２、ステップＳ１７）。
（４）ステップＳ１８は実施の形態１と同様である。
【００５０】
なお、図１２に示す様なフローチャートによると、両方の短絡故障であると判別する場合や、両方の短絡故障の何れでもないと判別する場合も考えられるが、記憶部１１３が記憶する各短絡故障の位相差の範囲が実施の形態１の様に、前者は互いに排他的であれば起こり得ず、後者は全位相差の範囲（−π〜＋π）を包括していれば起こり得ない。従って、互いに排他的且つ全位相差の範囲を包括した各短絡故障の位相差の範囲を決定し記憶部１１３に記憶しておけば、全く問題は起こらない。また、たとえ短絡故障を判別できない位相差の範囲が存在する様な各短絡故障の位相差の範囲を記憶部１１３に記憶していたとしても、短絡故障を判別できる位相差の範囲が一部でも存在すれば、それだけで有用であるので発明は成立するものと考えられる。
【００５１】
以上のように、本発明に係る実施の形態２の短絡故障判別装置は、各短絡故障時の上記位相差を予め複数測定してそれぞれの短絡故障別に決定した位相差の範囲を記憶しておき、短絡故障時の上記位相差と比較することにより、発生した短絡故障がトロリー線とレールとの短絡故障であるかフィーダ線とレールとの短絡故障であるかを判別する。
【００５２】
なお、上記各実施の形態では、電圧測定部１０８ａ、１０８ｂ及び１０８ｃが各単巻変圧器のトロリー線１０２側とレール１０３との間の電圧を測定したが、電圧の測定位置はこれに限られる訳ではなく、各単巻変圧器に誘起する電圧が測定できるのであればどこであってもよく、例えば、変電所における交流電源の電圧であっても、各単巻変圧器の両端（トロリー線１０２側とフィーダ線１０１側と間）の電圧を測定するものであっても、各単巻変圧器のフィーダ線１０１側とレール１０３との間の電圧を測定するものであってもよい。
【００５３】
また、上記各実施の形態では、３個の単巻変圧器を備えるＡＴき電回路において、単巻変圧器毎に短絡故障判別部等を持つ例を示したが、単巻変圧器は何個であっても実施可能であり、勿論、１個であっても実施可能である。
【００５４】
【発明の効果】
（Ａ）以上の説明から明らかなように、本発明に係る短絡故障判別装置は、変電所から交流電力を供給されるフィーダ線とトロリー線をレールと併走する状態に張架すると共にフィーダ線とトロリー線の間に単巻変圧器を設置し単巻変圧器の巻線の中点又は所定の電圧点と単巻変圧器近傍のレールとを吸上線で接続してなる交流電気鉄道の単巻変圧器き電回路における短絡故障を判別する装置であって、トロリー線とレールとの短絡故障及びフィーダ線とレールとの短絡故障の何れかの発生を感知する感知手段と、前記単巻変圧器に誘起する電圧と前記吸上線を流れる吸上電流との位相差を測定する測定手段と、前記感知手段が感知した時点において前記測定手段が測定した短絡故障時の位相差によって前記感知手段が感知した短絡故障がトロリー線とレールとの短絡故障であるかフィーダ線とレールとの短絡故障であるかを判別する判別手段とを備えることを特徴とする。
【００５５】
これによって、ＡＴき電回路においてトロリー線とレールとの短絡故障及びフィーダ線とレールとの短絡故障の何れかが発生した場合に、トロリー線とレールとの短絡故障であるか、フィーダ線とレールとの短絡故障であるかを判別することができるので、フィーダ線とレールとの短絡故障が起こった場合であっても正しい標定をすることができる。
【００５６】
従って、故障点の探索、区分及び故障の修復が敏速に行なえ、より速いより経済的な運転ができ、使用効率の向上及びき電回路の信頼性向上が図れる。
（Ｂ）ここで（Ａ）において、前記測定手段は前記単巻変圧器の両端の電圧、前記単巻変圧器のトロリー線側の電圧、又は、前記単巻変圧器のフィーダ線側の電圧と前記吸上電流との位相差を測定することを特徴とすることもできる。
【００５７】
これによって、単巻変圧器に誘起する電圧を比較的容易に測定することができるので、位相差を比較的容易に検出することができる。
（Ｃ）ここで（Ａ）において、前記測定手段はレールをグランドとして測定した前記単巻変圧器のトロリー線側の電圧とレールから吸上線を通って前記単巻変圧器へ流れる吸上電流との位相差を測定し、前記判別手段は前記短絡故障時の位相差がπ／２未満の場合はトロリー線とレールとの短絡故障であると判別し前記短絡故障時の位相差がπ／２以上の場合はフィーダ線とレールとの短絡故障であると判別することを特徴とすることもできる。
【００５８】
（Ｄ）ここで（Ａ）において、前記測定手段はレールをグランドとして測定した前記単巻変圧器のフィーダ線側の電圧とレールから吸上線を通って前記単巻変圧器へ流れる吸上電流との位相差を測定し、前記判別手段は前記短絡故障時の位相差がπ／２未満の場合はフィーダ線とレールとの短絡故障であると判別し前記短絡故障時の位相差がπ／２以上の場合はトロリー線とレールとの短絡故障であると判別することを特徴とすることもできる。
【００５９】
（Ｅ）ここで（Ａ）及び（Ｂ）の何れかにおいて、前記短絡故障判別装置は、さらに、予めトロリー線とレールとの短絡故障の場合とフィーダ線とレールとの短絡故障の場合の前記短絡故障時の位相差を複数測定してそれぞれの場合別に決定した位相差の範囲を記憶する記憶手段を備え、前記判別手段は、前記記憶手段が記憶するそれぞれの位相差の範囲に前記短絡故障時の位相差が入っているか否かを判定し入っていると判定された位相差の範囲に対応する短絡故障であると判別することを特徴とすることもできる。
【００６０】
上記（Ｃ）〜（Ｅ）によって、トロリー線とレールとの短絡故障及びフィーダ線とレールとの短絡故障の何れかが発生した場合に、トロリー線とレールとの短絡故障であるか、フィーダ線とレールとの短絡故障であるかを比較的容易に判別することができる。
（Ｆ）また、本発明に係る短絡故障判別方法は、変電所から交流電力を供給されるフィーダ線とトロリー線をレールと併走する状態に張架すると共にフィーダ線とトロリー線の間に単巻変圧器を設置し単巻変圧器の巻線の中点又は所定の電圧点と単巻変圧器近傍のレールとを吸上線で接続してなる交流電気鉄道の単巻変圧器き電回路における短絡故障を判別する方法であって、トロリー線とレールとの短絡故障及びフィーダ線とレールとの短絡故障の何れかの発生を感知する感知ステップと、前記吸上線を流れる吸上電流と前記単巻変圧器に誘起する電圧との位相差を測定する測定ステップと、前記感知ステップが感知した時点において前記測定ステップが測定した短絡故障時の位相差によって前記感知ステップが感知した短絡故障がトロリー線とレールとの短絡故障であるかフィーダ線とレールとの短絡故障であるかを判別する判別ステップとを備えることを特徴とする。
【００６１】
これによって、（Ａ）と同様の効果か得られる。
（Ｇ）ここで（Ｆ）において、前記短絡故障判別方法は、さらに、予めトロリー線とレールとの短絡故障の場合とフィーダ線とレールとの短絡故障の場合の前記短絡故障時の位相差を複数測定してそれぞれの場合別に決定した位相差の範囲を記憶する記憶ステップを備え、前記判別ステップは、前記記憶ステップが記憶するそれぞれの位相差の範囲に前記短絡故障時の位相差が入っているか否かを判定し入っていると判定された位相差の範囲に対応する短絡故障であると判別することを特徴とすることもできる。
【００６２】
これによって、（Ｅ）と同様の効果か得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態１の短絡故障判別装置と交流電気鉄道のＡＴき電回路の概略を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態１の短絡故障判別部１０９ａの詳細な構成を示す図である。
【図３】（ａ）は、電圧波形Ｖ１と電圧波形Ｖ２の２つの正弦波を入力とし、それらの位相差を矩形波ＶＲ３の形で出力する回路の概略を示す図である。
（ｂ）は、電圧波形Ｖ１、電圧波形Ｖ２、矩形波ＶＲ１、矩形波ＶＲ２及び矩形波ＶＲ３を、同じ時間軸上に示す図である。
【図４】短絡故障を判別する為の位相差を測定する試験回路を示す図である。
【図５】トロリー線とレールとをＡＴ１とＡＴ２の中間点で短絡させた場合及びフィーダ線とレールとをＡＴ１とＡＴ２の中間点で短絡させた場合の試験結果を複素平面上に示す図である。
【図６】トロリー線とレールとをＡＴ１のごく近傍で短絡させた場合及びフィーダ線とレールとをＡＴ１のごく近傍で短絡させた場合の試験結果を複素平面上に示す図である。
【図７】トロリー線とレールとをＡＴ２のごく近傍で短絡させた場合及びフィーダ線とレールとをＡＴ２のごく近傍で短絡させた場合の試験結果を複素平面上に示す図である。
【図８】図４においてトロリー線とレールとを短絡させた場合の特徴的な状態を直流回路で示す図である。
（ａ）はトロリー線に「＋」、フィーダ線に「−」の電圧が架かっている時の状態を、（ｂ）はトロリー線に「−」、フィーダ線に「＋」の電圧が架かっている時の状態を示す。
【図９】図４においてフィーダ線とレールとを短絡させた場合の特徴的な状態を直流回路で示す図である。
（ａ）はトロリー線に「＋」、フィーダ線に「−」の電圧が架かっている時の状態を、図８（ｂ）はトロリー線に「−」、フィーダ線に「＋」の電圧が架かっている時の状態を示す。
【図１０】本発明に係る実施の形態１の短絡故障判別装置が短絡故障を判別する処理のフローチャートを示す図である。
【図１１】本発明に係る実施の形態２の短絡故障判別部１０９ａの詳細な構成を示す図である。
【図１２】本発明に係る実施の形態２の短絡故障判別装置が短絡故障を判別する処理のフローチャートを示す図である。
【図１３】交流電気鉄道のＡＴき電回路の概略を示す図である。
【符号の説明】
１０１    フィーダ線
１０２    トロリー線
１０３    レール
１０４    変電所
１０４ａ  交流電源
１０４ｂ  短絡故障感知部
１０４ｃ  集計部
１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ  単巻変圧器
１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ  吸上線
１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ  電流測定部
１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ  電圧測定部
１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ  短絡故障判別部
１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ  通信部
１１１    位相差検出部
１１２    判別部
１１３    記憶部
【図１】
0003562953.tif 000002
【図２】
0003562953.tif 000003
【図３】
0003562953.tif 000004
【図４】
0003562953.tif 000005
【図５】
0003562953.tif 000006
【図６】
0003562953.tif 000007
【図７】
0003562953.tif 000008
【図８】
0003562953.tif 000009
【図９】
0003562953.tif 000010
【図１０】
0003562953.tif 000011
【図１１】
0003562953.tif 000012
【図１２】
0003562953.tif 000013
【図１３】
0003562953.tif 000014