(57)【要約】      （修正有）【課題】電気車負荷電流に影響されず、高感度で区間故障の選別が可能なき電線保護継電装置を提供する。【解決手段】き電線で測定したき電線電流を用いてき電区間内の故障を判定するき電線保護継電装置であって、き電区間内の電気車６の電気車負荷電流５を含む電気車負荷電流情報を受信する受信部９と、電気車負荷電流情報と、き電線で測定した電流とに基づいて故障電流３を算出し、故障を判定する保護継電器２と、を備える。保護継電器２は、き電線で測定した電流から電気車負荷電流情報の電流を除く演算をし、故障電流３を算出する演算部を有する。【選択図】図１
2015198480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
き電線で測定したき電線電流を用いてき電区間内の故障を判定するき電線保護継電装置であって、
前記き電区間内の電気車の電気車負荷電流を含む電気車負荷電流情報を受信する受信部と、
前記電気車負荷電流情報と、前記き電線で測定した電流とに基づいて故障電流を算出し、故障を判定する保護継電器と、を備え、
前記保護継電器は、
前記き電線で測定した電流から前記電気車負荷電流情報の電流を除く演算をし、前記故障電流を算出する演算部を有することを特徴とするき電線保護継電装置。
【請求項２】
前記電気車には、前記電気車負荷電流を計測する計測部と、前記計測部により計測した電気車負荷電流を含む前記電気車負荷電流情報を無線伝送する伝送部とが設けられ、
前記受信部は、前記伝送部から無線伝送された前記電気車負荷電流情報を受信することを特徴とする請求項１に記載のき電線保護継電装置。
【請求項３】
き電区間内に前記電気車負荷電流情報を送受信するコンセントレータを設け、
前記コンセントレータは、前記伝送部又は他のコンセントレータから前記電気車負荷電流情報を受信し、当該電気車負荷電流情報を他のコンセントレータ又は前記受信部に送信することを特徴とする請求項２に記載のき電線保護継電装置。
【請求項４】
前記電気車負荷電流情報は、電気車車両個体を識別する識別子とその車両個体の電気車負荷電流とを有することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のき電線保護継電装置。
【請求項５】
前記電気車負荷電流と前記き電線電流は、サンプリング同期されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のき電線保護継電装置。
【請求項６】
前記保護継電器は、複数のき電線保護継電装置との間でき電線電流を送受信する電流差動継電器であり、
前記電流差動継電器は、他の電流差動継電器とき電区間内に離れて設けられていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のき電線保護継電装置。
【請求項７】
前記電流差動継電器の前記演算部は、自己のき電線電流と他のき電線電流の和又は自己のき電線電流から、前記電気車負荷電流情報の電流を除く演算をし、故障電流を算出することを特徴とする請求項６に記載のき電線保護継電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電気鉄道向けのき電線保護継電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気鉄道向けのき電線保護では、従来から電流の変化を検出する△Ｉ継電器が用いられている。図９は、従来の△Ｉ継電器によるき電線保護の方式を示す図である。図９に示すように、Ｘ変電所１からき電線を介して電気車６に電力が供給される。なお、特に図示していないが、Ｘ変電所１は電気車６が走行する区間において例えば数十ｋｍ間隔で設けられている。各Ｘ変電所１は、当該Ｘ変電所１に対応する区間に対して電力を供給する。図９では、その一部の区間を図示している。
【０００３】
Ｘ変電所１と電気車６との間のき電線には、Ｘ変電所１が電力を供給する区間を遮断する遮断器７と、遮断器７の電気車６側に△Ｉ継電器２が設けられている。△Ｉ継電器２は、Ｘ変電所１から電力が供給される区間における故障を検出するために用いられる。
【０００４】
△Ｉ継電器２には、き電線に接続されている直流電流検出器８で検出されたき電線の電流が入力される。△Ｉ継電器２は、リアルタイムで入力されるき電線電流から、一定時間毎の電流変化量△Ｉを検出する。△Ｉ継電器２は、この電流変化量△Ｉを用いて遮断器７への遮断命令の有無を判定する。遮断命令が出力されると、遮断器７によって区間が遮断され、き電線が保護される。
【０００５】
上記のような△Ｉ継電器２は、遮断命令の出力の有無を、き電区間内の電気車６の電気車負荷電流５（電気車の走行電流）と、区間内の故障電流３（き電区間における故障に応じて生じる電流）とを区別して判定する。すなわち、図１０に示すように、電気車負荷電流（ＩＬ）５は、時間に対する変化幅が比較的小さく、緩やかに立ち上がる。これに対して、き電線故障の場合は、故障電流（ＩＦ）３の時間に対する変化幅が急峻であり、急峻な立ち上がりになる。△Ｉ継電器２は、この立ち上がりの違いを利用して、電気車負荷電流５と故障電流３とを区別している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「電気鉄道ハンドブック」、電気鉄道ハンドブック編集委員会２００７編、コロナ社、２００７年、ｐ.５２４〜ｐ.５２５
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−１１０８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の△Ｉ継電器２は、立ち上がりの違いを利用しているものの、検出するのは電流変化量△Ｉであり、この△Ｉと遮断命令の有無を判定する基準となる閾値との比較によってその有無を判定している。つまり、検出したき電線電流から故障電流を抽出するようなことはしていない。そのため、検出した△Ｉには、電気車負荷電流５及び故障電流３の双方が含まれた状態で、閾値と比較することになる。従って、双方が含まれていても立ち上がりの違いにより故障か否かを判定することが可能であるが、電気車負荷電流５が大きい場合や、高抵抗故障が発生した場合では、相対的に故障電流が小さくなるため、電気車負荷電流５と故障電流３の区別が難しい。
【０００９】
具体的には、電気車負荷電流５が大きい場合は、△Ｉ継電器２が誤動作することを防止するため、図１１に示すように、動作整定値（閾値）を大きくする必要がある。そうすると、相対的に故障電流３が小さくなるため、故障の検出が低感度となる。一方、高抵抗故障の場合も、区間内に設けられた鉄塔等の電気車構造物の抵抗が大きいため、図１２に示すように、そもそも故障電流３自体が小さく、区別が難しい。
【００１０】
一方、電気車負荷電流５と故障電流３との判別方法として、電気車負荷電流５及び故障電流３の変化時定数と変化量比較時間差に応じて電気車負荷電流差を圧縮し、故障電流３の変化分を抽出する方法がある。しかし、この方法は、高抵抗地絡故障時にのみでしか判別できない方法であり、電気車負荷電流５が大きい場合に対応できないという問題があった。
【００１１】
本発明の実施形態に係るき電線保護継電装置は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、電気車負荷電流が大きい場合や高抵抗故障の場合でも、電気車負荷電流に影響されず、高感度で区間故障の選別が可能なき電線保護継電装置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】
上記の目的を達成するために、本実施形態のき電線保護継電装置は、き電線で測定したき電線電流を用いてき電区間内の故障を判定するき電線保護継電装置であって、前記き電区間内の電気車の電気車負荷電流を含む電気車負荷電流情報を受信する受信部と、前記電気負荷電流情報と、前記き電線で測定した電流とに基づいて故障電流を算出し、故障を判定する保護継電器と、を備え、前記保護継電器は、前記き電線で測定した電流から前記電気車負荷電流情報の電流を除く演算をし、前記故障電流を算出する演算部と、前記演算部の算出により得た故障電流と、前回の前記演算部の算出により得た故障電流との差分を算出し、その差分と所定の閾値とを比較する比較判定部と、を有することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態に係るき電線保護継電装置が用いられるシステムの全体構成図である。
【図２】第１の実施形態に係るき電線保護継電装置の内部構成ブロック図である。
【図３】第１の実施形態に係るき電線保護継電装置の動作フローチャートである。
【図４】第２の実施形態に係るき電線保護継電装置が用いられるシステムの全体構成図である。
【図５】第３の実施形態に係るき電線保護継電装置が用いられるシステムの全体構成図である。
【図６】第３の実施形態に係るき電線保護継電装置の内部構成ブロック図である。
【図７】第４の実施形態に係るき電線保護継電装置が用いられるシステムの全体構成図である。
【図８】第４の実施形態に係るき電線保護継電装置の内部構成ブロック図である。
【図９】従来のき電線保護継電装置が用いられるシステムの全体構成図である。
【図１０】電気車負荷電流と故障電流との関係を示す図である。
【図１１】電気車負荷電流が大きい場合の電気車負荷電流と故障電流との関係を示す図である。
【図１２】高抵抗故障の場合の電気車負荷電流と故障電流との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［第１の実施形態］
（構成）
以下では、図１および図２を参照しつつ、本実施形態のき電線保護継電装置について説明する。図１は、本実施形態のき電線保護継電装置が用いられるシステムの全体構成図である。図１に示すき電回路Ｋは、Ｘ変電所１から電気車６に電力を供給する回路である。き電回路Ｋは、Ｘ変電所１、遮断器７、直流電流検出器８、き電線保護継電装置１０、計測部１２、及び伝送部１３を有している。
【００１５】
Ｘ変電所１は電気車６が走行する区間において例えば数十ｋｍ間隔で設けられている。各Ｘ変電所１は、当該Ｘ変電所１に対応する区間に対して電力を供給する。図１では、Ｘ変電所１から電気車６へ電力を供給する一つのき電区間を示している。
【００１６】
遮断器７は、き電回路Ｋにおいて、Ｘ変電所１内の電源と電気車６との間のき電線に設けられている。遮断器７は、き電線保護継電装置１０からの遮断命令を受け、き電回路を遮断する。遮断器７としては、き電回路の遮断機能を有するものであれば、特に限定されない。
【００１７】
き電線保護継電装置１０は、遮断器７の電気車６側のき電線に直流電流検出器８を介して設けられている。き電線保護継電装置１０は、遮断器７の電気車６側のき電線に接続された直流電流検出器８によって検出されたき電線電流に基づいて、き電区間内の故障を判定する。き電線保護継電装置１０は、き電区間内の故障と判定すると、遮断器７への遮断命令を出力する。
【００１８】
本実施形態のき電線保護継電装置１０は、直流電流検出器８で検出されたき電線電流と、電気車６の走行電流である電気車負荷電流５とに基づき、き電区間内の故障を判定する。ここで、電気車負荷電流５は、実測値であり、次のようにして測定される。
【００１９】
すなわち、電気車６には、直流電流検出器１８と、計測部１２と、伝送部１３とが設けられている。図１に示すように、直流電流検出器１８は、き電線からの電力供給口となるパンタグラフと、電気車６内のモータ回路との間に設けられている。電気車負荷電流５は、直流電流検出器１８によって検出される電流である。
【００２０】
計測部１２は直流電流検出器１８に接続され、直流電流検出器１８で検出されたアナログの電流量をデジタルに変換して電気車負荷電流５を計測可能に構成されている。伝送部１３は計測部１２に接続され、アンテナを介し無線によって、電気車負荷電流５をき電線保護継電装置１０に伝送可能に構成されている。伝送部１３の無線伝送する構成としては公知のものを用いる。なお、直流電流検出器１８、計測部１２、及び伝送部１３による、電気車負荷電流５の検出、計測、伝送はリアルタイムで行えるように構成されている。
【００２１】
き電線保護継電装置１０は、図２に示すように、受信部９と保護継電器２とを有する。受信部９は、伝送部１２から無線伝送された電気車負荷電流５の情報を、受信部９に設けられたアンテナを介して受信する。受信部９は、受信した電気車負荷電流５の情報を保護継電器２に送信する。
【００２２】
保護継電器２は、入力された電流情報から、区間内の故障を判定する。具体的には、図２に示すように、保護継電器２は、演算部２ａと、比較判定部２ｂと、記憶部２ｃとを有する。演算部２ａは、直流電流検出器８から入力されたき電線電流（Ｉ）から、受信部９から入力された電気車負荷電流５（ＩＬ）を差引する演算をし、故障電流３（ＩＦ）を算出する。すなわち、故障電流３（ＩＦ）は、下記の式１により算出される。
ＩＦ＝Ｉ−ＩＬ      …（式１）
【００２３】
また、き電線電流と電気車負荷電流５のサンプリングデータは、時刻同期装置４を用いて時刻同期している。すなわち、故障電流３の算出に用いられるき電線電流及び電気車負荷電流５は、直流電流検出器８、１８によって同時刻に検出されたものを用いる。時刻同期装置４としては、ＧＰＳ装置等の外部時刻同期装置を用いても良いし、直流電流検出器８、１８が検出した電流データに検出時の電気角を表すサンプリングアドレスを付加する内部時刻同期装置を用いても良い。
【００２４】
演算部２ａは、算出した故障電流３を比較判定部２ｂ及び記憶部２ｃに出力する。記憶部２ｃは、演算部２ａから入力された故障電流３を経時的に記憶する。すなわち、記憶部２ｃには、入力された故障電流３が時刻毎に記憶されるように構成されている。例えば、記憶部２ｃには、現在時刻の故障電流Ｉ（ｎ）、現在時刻の一定時間前の故障電流Ｉ（ｎ−１）、…、初期時刻の故障電流Ｉ（０）が記憶される。
【００２５】
比較判定部２ｂは、現在時刻の故障電流と、一定時間前の故障電流との差分△Ｉ（時間に対する故障電流の変化幅）を算出する。この算定式を下記式２に示す。
△Ｉ＝ＩＦ（ｎ）−ＩＦ（ｎ−１）    …（式２）
ここで、ＩＦ（ｎ）は現在時刻の故障電流、ＩＦ（ｎ−１）は現在時刻の一定時間前の故障電流である。
【００２６】
比較判定部２ｂは、この△Ｉと予め設定された故障判定の基準となる閾値（整定値）とを比較する。比較判定部２ｂは、△Ｉが閾値以上であれば遮断命令を遮断器７に発令する。一方、比較判定部２ｂは△Ｉが閾値未満であれば遮断命令は発令しない。
【００２７】
（動作）
上記のような構成を有する本実施形態のき電線保護継電装置１０の動作について、図３のフローチャートに沿って説明する。なお、以下に示す動作順序は一例であり、特にこれに限定されない。
【００２８】
まず、電気車６に設けられた直流電流検出器１８によってアナログ量の電気車負荷電流５を検出し、伝送部１３が伝送可能なように計測部１２によってデジタル量に変換し、伝送部１３に送信する。伝送部１３は、デジタル変換した電気車負荷電流５をアンテナを介してき電線保護継電装置１０に無線送信する（ステップＳ０１）。
【００２９】
き電線保護継電装置１０の受信部９は、アンテナを介して、伝送部１３から無線伝送された電気車負荷電流５を受信する（ステップＳ０２）。受信部９は、受信した電気車負荷電流５を演算部２ａに出力する（ステップＳ０３）。演算部２ａには、き電線に設けられた直流電流検出器８で検出されたき電線電流と、受信部９から出力された電気車負荷電流５とが入力される。
【００３０】
演算部２ａは、同時刻に検出されたき電線電流（Ｉ）及び電気車負荷電流５（ＩＬ）から故障電流３を算出する（ステップＳ０４）。すなわち、上記式１（ＩＦ＝Ｉ−ＩＬ）に基づいて故障電流３を算出する。演算部２ａは、算出した故障電流３を判定部２ｂ及び記憶部２ｃに出力する（ステップＳ０５）。なお、直流電流検出器８、１８は時刻同期されており、一定時間間隔で経時的に電流検出を行っている。また、演算部２ａの故障電流３の算出も経時的に行われている。さらに、記憶部２ｃには、演算部２ａから算出した故障電流３が時刻毎に記憶されている。
【００３１】
判定部２ｂには、演算部２ａから同部２ａで算出された現在時刻の故障電流３（ＩＦ（ｎ））が入力される。また、判定部２ｂは、記憶部２ｃから現在時刻より一定時間前の故障電流３（ＩＦ（ｎ−１））を取得する。判定部２ｂは、これらの故障電流から差分△Ｉ（＝Ｉ（ｎ）−Ｉ（ｎ−１））を算出し、予め設定された閾値と比較する（ステップＳ０６）。△Ｉが閾値未満であれば（ステップＳ０７のＮＯ）、遮断器７に遮断命令は発しない。一方、△Ｉが閾値以上であれば（ステップＳ０７のＹＥＳ）、判定部２ｂは区間内で故障が発生したと判定し、遮断器７に遮断命令を発令する（ステップＳ０８）。遮断器７はその命令に従って、区間を遮断する。
【００３２】
（作用・効果）
（１）本実施形態のき電保護継電装置１０は、き電線で測定したき電線電流を用いてき電区間内の故障を判定するき電線保護継電装置であって、き電区間内の電気車６の電気車負荷電流５を受信する受信部９と、受信部９から取得した電気負荷電流５と、き電線で測定した電流とに基づいて故障電流３を算出し、故障を判定する保護継電器２と、を備えるようにした。保護継電器２は、演算部２ａによりき電線で測定した電流から電気車負荷電流５を除く演算をし、故障電流３を算出するようにした。
【００３３】
上記構成により、き電線電流から電気車６の電気車負荷電流５を除くため、故障電流３を得ることができる。すなわち、故障判定に電気車負荷電流５が含まれないようにしたため、き電区間内の電気車負荷電流５には影響されず、き電区間内の故障電流３のみで正確な故障判定が可能になる。従って、き電線保護において重要である高感度な故障検出を実現することができる。
【００３４】
（２）電気車６には、電気車負荷電流５を計測する計測部１２と、計測部１２により計測した電気車負荷電流５を無線伝送する伝送部１３とを設けるようにし、受信部９が、伝送部１３から無線伝送された電気車負荷電流５を受信するようにした。これにより、電気車６とき電線保護継電装置１０とが離れていても、き電線保護継電装置１０は、実測値である電気車負荷電流５を得ることができる。また、実測値に基づいて故障電流３を得ることができるため、正確に故障判定をすることができる。
【００３５】
（３）電気車負荷電流５とき電線電流は、サンプリング同期されている。これにより、同時刻におけるき電線電流と電気車負荷電流５とから故障電流３を得ることができるので、正確な故障判定が可能になる。
【００３６】
［第２の実施形態］
（構成）
第２の実施形態について、図４を用いて説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態と基本構成は同じである。以下では、第１の実施形態と異なる点のみを説明し、第１の実施形態と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３７】
図４は、第２の実施形態に係るき電線保護継電装置を用いたシステムの全体構成図である。本実施形態では、図４に示すように、き電区間内の構造物に一定間隔で複数のコンセントレータ１４が設けられている。構造物としては、例えば、き電区間内に電気車６の進行方向に沿って一定間隔毎に複数の鉄塔１５〜１７が設置されている。コンセントレータ１４は、これらの鉄塔１５〜１７にそれぞれ設けられている。
【００３８】
コンセントレータ１４は、電気車６の伝送部１３又は他のコンセントレータ１４から無線伝送された電気車負荷電流５を受信し、他のコンセントレータ１４又は受信部９へ無線伝送する中継装置である。コンセントレータ１４は、電気車６の伝送部１３の発する所定の電波強度以上の電気車負荷電流５を受信可能に構成されている。換言すると、電気車６の伝送部１３の発する電波について所定の受信可能範囲を有する。コンセントレータ１４の中継は、特に限定されないが、例えば携帯電話のゾーン切り替え技術を用いる。例えば、き電区間内を走行中の電気車６は伝送部１３によって電気車負荷電流５の電波を発信するが、電波強度によって最寄りのコンセントレータ１４に自動切り替えする。
【００３９】
より詳細に説明すると、図４に示すように、鉄塔１５のコンセントレータ１４と鉄塔１６のコンセントレータ１４の受信可能範囲の境界が中継点Ｎ１であり、鉄塔１６のコンセントレータ１４と鉄塔１７のコンセントレータ１４の受信可能範囲の境界が中継点Ｎ２である。従って、電気車６が鉄塔１５、１６間を走行中の場合であって、鉄塔１５と中継点Ｎ１との間を走行しているときは、計測部１２及び伝送部１３により計測・伝送された電気車負荷電流５は鉄塔１５のコンセントレータ１４が受信する。さらに電気車６が走行し、中継点Ｎ１と中継点Ｎ２との間を走行しているときは、鉄塔１６のコンセントレータ１４が受信する。また、中継点Ｎ２を超えた所定の範囲では鉄塔１７のコンセントレータ１４が電気車６の伝送部１３から発せられた電気車負荷電流５を受信する。
【００４０】
また、コンセントレータ１４は、電気車負荷電流５を受信すると、そのコンセントレータ１４よりも受信部９に近い一つ隣に設置されたコンセントレータ１４又は受信部９に、受信した電気車負荷電流５を無線伝送するように構成されている。従って、電気車負荷電流５は、コンセントレータ１４によって中継されて最終的に受信部９に伝送される。
【００４１】
（作用）
上記の構成を有する第２の実施形態では、受信部９が電気車負荷電流５を受信した後は第１の実施形態と同様である。以下では、電気車６の鉄塔１５、１７間の走行に沿って、電気車６の伝送部１３から受信部９に至るまでの電気車負荷電流５の伝送について説明する。なお、電気車６は、図４に示すように、鉄塔１５から鉄塔１７の方向に沿って走行するものとする。また、電気車負荷電流５の検出、計測及び伝送は電気車６の走行中常時行われるものとする。
【００４２】
まず、電気車６が鉄塔１５、１６間を走行している場合で鉄塔１５、１６の中継点Ｎ１に達していないとき、電気車６の伝送部１３は鉄塔１５に設けられたコンセントレータ１４に電気車負荷電流５を伝送する。鉄塔１５のコンセントレータ１４は受信した電気車負荷電流５を受信部９に伝送する。電気車６がこの中継点Ｎ１を超えると中継するコンセントレータ１４が鉄塔１６のコンセントレータ１４に切り替わる。
【００４３】
電気車６が中継点Ｎ１を超えて中継点Ｎ２までの区間を走行している場合では、電気車６の伝送部１３は鉄塔１６に設けられたコンセントレータ１４に電気車負荷電流５を伝送する。鉄塔１６のコンセントレータ１４は、伝送部１３から電気車負荷電流５を受信すると、当該電気車負荷電流５を鉄塔１５のコンセントレータ１４に伝送し、鉄塔１５のコンセントレータ１４は、鉄塔１５のコンセントレータ１４から受信した電気車負荷電流５を受信部９へ伝送する。
【００４４】
さらに、電気車６が中継点Ｎ２を超えると、伝送部１３は鉄塔１７に設けられたコンセントレータ１４に電気車負荷電流５を伝送する。鉄塔１７のコンセントレータ１４は、伝送部１３から電気車負荷電流５を受信すると、当該電気車負荷電流５を鉄塔１６のコンセントレータ１４に伝送し、鉄塔１６のコンセントレータ１４は、鉄塔１６のコンセントレータ１４から受信した電気車負荷電流５を鉄塔１５のコンセントレータ１４に伝送する。さらに、当該鉄塔１５のコンセントレータ１４は、鉄塔１６のコンセントレータ１４から受信した電気車負荷電流５を受信部９へ伝送する。
【００４５】
以上のように、伝送部１３から伝送される電気車負荷電流５は最寄りのコンセントレータ１４に伝送され、さらに、受信部９に近い方のコンセントレータ１４に順に伝送され、最終的に受信部９に伝送される。
【００４６】
（効果）
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、き電線電流から電気車６の電気車負荷電流５を除くため、き電区間内の電気車負荷電流５には影響されずに高感度に故障判定をすることができる。
【００４７】
特に、き電区間内に電気車負荷電流５を送受信するコンセントレータ１４を設け、コンセントレータ１４は、伝送部１３又は他のコンセントレータ１４から電気車負荷電流５を受信し、当該電気車負荷電流５を他のコンセントレータ１４又は受信部９に送信するようにした。これにより、長距離送電で、電気車６からき電線保護継電装置１０に直接電気車負荷電流５を伝送できない場合でも、コンセントレータ１４の中継によって電気車負荷電流５を伝送することができる。
【００４８】
［第３の実施形態］
（構成）
第３の実施形態について、図５を用いて説明する。第３の実施形態は、第２の実施形態と基本構成は同じである。第２の実施形態と異なる点のみを説明し、第２の実施形態と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４９】
図５は、第３の実施形態に係るき電線保護継電装置を用いたシステムの全体構成図である。図５に示すように、本実施形態では、同一区間内で複数の電気車６、１９が存在する。なお、電気車１９は電気車６と同じ構成を有する。
【００５０】
各電気車６、１９では、電気車車両個体を識別する識別子が電気車負荷電流５に付加される。電気車６、１９に設けられた各伝送部１３’は、それぞれの電気車６、１９に設けられた直流電流検出器１８および計測部１２を介して得られる電気車負荷電流５に、それぞれ電気車６、１９固有のＩＰアドレス２０、２１を付加し、電気車負荷電流情報としてそれぞれの最寄りのコンセントレータ１４に伝送する。各電気車負荷電流情報は、コンセントレータ１４の中継により受信部９にそれぞれ伝送され、受信部９は、受信した各電気車負荷電流情報を保護継電器２’の演算部２ｄに送信する。
【００５１】
図６に示すように、保護継電器２’の演算部２ｄは、下記式３により、直流電流検出器８から入力されるき電線電流から同時刻でサンプリングされた電気車負荷電流５（ＩＬＡ）及び電気車負荷電流５（ＩＬＢ）を差し引く演算を行い、故障電流３を算出する。
ＩＦ＝Ｉ−（ＩＬＡ＋ＩＬＢ）      …（式３）
【００５２】
（作用・効果）
電気車負荷電流情報は、電気車車両個体を識別する識別子とその車両個体の電気車負荷電流とを有するようにした。これにより、区間内に複数の電気車６、１９が存在する場合であっても、き電線電流から各電気車６、１９の電気車負荷電流５を除くことができるので、故障電流３を得ることができる。すなわち、故障判定に電気車負荷電流５が含まれないようにしたため、き電区間内の電気車負荷電流５には影響されず、き電区間内の故障電流３のみで正確な故障判定が可能になる。従って、き電線保護において重要である高感度な故障検出を実現することができる。
【００５３】
［第４の実施形態］
（構成）
第４の実施形態について、図７および図８を用いて説明する。第４の実施形態は、第１の実施形態と基本構成は同じである。第１の実施形態と異なる点のみを説明し、第１の実施形態と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５４】
図７は、第４の実施形態に係るき電線保護継電装置を用いたシステムの全体構成図である。本実施形態では、保護継電器２に代えて電流差動継電器２２（２２’）を設けている。すなわち、図７に示すように、Ｘ変電所１内に電流差動継電器２２が、Ｘ変電所１から離れたＹ変電所１’内に電流差動継電器２２’が設けられている。
【００５５】
なお、Ｙ変電所１’側の受信部９’、電流差動継電器２２’、遮断器７’、直流電流検出器８’の構成及び配置は、Ｘ変電所１側の受信部９、電流差動継電器２２、遮断器７、直流電流検出器８の構成及び配置と同様であるので、適宜説明を省略する。
【００５６】
図８に、本実施形態のき電線保護継電装置の全体ブロック図を示す。き電線保護継電装置１０’’は、受信部９と電流差動継電器２２を有し、き電線保護継電装置１０’’’は、受信部９’と電流差動継電器２２’を有する。電流差動継電器２２、２２’は、自身以外の他の電流差動継電器２２’、２２とサンプリング同期し、それぞれのき電線電流を送受信し、変電所間の差動電流（き電線電流のベクトル和＝ＩＸ＋ＩＹ）を演算し、き電線に内部事故がなければ差動電流が零であるという原理を利用して区間内の故障を判定するものである。
【００５７】
本実施形態では、電気車６の伝送部１３が発信した電気車負荷電流５は、Ｘ変電所１及びＹ変電所１’の双方の受信部９、９’に伝送され、当該電気負荷電流５が電流差動継電器２２、２２’に入力される。
【００５８】
電流差動継電器２２、２２’は、送信部１１、１１’と、演算部２ｅ、２ｅ’と、比較判定部２ｆ、２ｆ’とを有している。送信部１１は、直流電流検出器８で検出されたき電線電流ＩＸを演算部２ｅ及び演算部２ｅ’に送信する。送信部１１’は、直流電流検出器８’で検出されたき電線電流ＩＹを演算部２ｅ及び演算部２ｅ’に送信する。
【００５９】
演算部２ｅ、２ｅ’は、入力されたき電線電流ＩＸ、ＩＹ、及び電気車負荷電流５（ＩＬ）から、下記式４により、故障電流３（ＩＦ）を算出する。
ＩＦ＝ＩＸ＋ＩＹ−ＩＬ      …（式４）
【００６０】
なお、直流電流検出器８、８’が検出するき電線電流ＩＸ、ＩＹ、及び電気車負荷電流５（ＩＬ）は、時刻同期装置４によってサンプリング同期されている。
【００６１】
演算部２ｅ、２ｅ’は、算出した故障電流３（ＩＦ）を比較判定部２ｆ、２ｆ’に出力する。比較判定部２ｆ、２ｆ’は、入力された故障電流３（ＩＦ）と予め設定された閾値とを比較し、閾値未満の場合は遮断命令を発令せず、閾値以上の場合は遮断器７、７’に遮断命令を発令するようにしてもよい。当該閾値は、適宜変更可能であり、零としても良いし、零より大きい値としても良い。
【００６２】
（作用・効果）
本実施形態のように、き電線保護に保護継電器２ではなく、複数のき電線保護継電装置との間でき電線電流を送受信する電流差動継電器２２、２２’を用いるようにした。また、両電流差動継電器２２、２２’はき電区間内に離れて設けられている。これにより、双方の電流差動継電器２２、２２’が遮断命令を発令することで、遮断器７、７’が動作するため、電流差動継電器２２、２２’の間の区間ごと切り離すことができ、被害を少なくすることができる。
【００６３】
また、直流電流検出器８で検出したき電線電流ＩＸには、電気車負荷電流５が含まれている。演算部２ｅ（２ｅ’）は、自己のき電線電流と他のき電線電流の和（差動電流：ＩＸ＋ＩＹ）から、電気車負荷電流５を除く演算をし、故障電流３を算出するようにした。これにより、電気車負荷電流５の影響を受けずに故障電流３を算出できるから、高感度な故障判定を行うことができる。
【００６４】
なお、演算部２ｅ、２ｅ’は、得られる故障電流３の結果が同じであるため、下記の式５により故障電流を算出するようにしても良い。すなわち、自己のき電線電流ＩＸ（ＩＹ）から、電気車負荷電流５（ＩＬ）を除く演算をし、故障電流３（ＩＦ）を算出するようにしても良い。この場合でも同様の作用効果を得ることができる。
ＩＦ＝ＩＸ−ＩＬ＋ＩＹ      …（式５）
【００６５】
［その他の実施形態］
本明細書においては、本発明に係る複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。具体的には、第１乃至第４の実施形態を全て又はいずれかを組み合わせたものも包含される。以上のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【００６６】
例えば、第４の実施形態では、差動電流（ＩＸ＋ＩＹ）から電気車負荷電流５を差し引くことにより、故障電流３を求め、故障電流３から故障判定したが、第１の実施形態と同様に、電流差動継電器２２、２２’が順次算出した故障電流３を記憶する記憶部を備え、現在時刻の故障電流ＩＦ（ｎ）と、その一定時間前の時刻の故障電流ＩＦ（ｎ−１）との差分△Ｉを算出し、この△Ｉと所定の閾値とを比較して、故障を判定するようにしても良い。
【符号の説明】
【００６７】
１      Ｘ変電所
１’    Ｙ変電所
２、２’      保護継電器
２ａ    演算部
２ｂ    比較判定部
２ｃ    記憶部
２ｄ    演算部
２ｅ、２ｅ’  演算部
２ｆ、２ｆ’  比較判定部
３      故障電流
４      時刻同期装置
５      電気車負荷電流
６      電気車
７、７’  遮断器
８、８’  直流電流検出器
９      受信部
１０    き電線保護継電装置
１０’  き電線保護継電装置
１０’’  き電線保護継電装置
１２    計測部
１３、１３’  伝送部
１４    コンセントレータ
１５〜１７  鉄塔
１８    直流電流検出器
１９    電気車
２０、２１  ＩＰアドレス
２２、２２’  電流差動継電器
Ｋ      き電回路
Ｎ１、Ｎ２  中継点
【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１】
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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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