(57)【要約】【課題】複雑な切替設備が不要で柔軟性を損なうことなく特殊区間における既存の車両の相互乗り入れを可能とする鉄道車両のき電システム及びき電方法を提供する。【解決手段】公称電圧の異なる２種類の電車が、共通の軌道を有する特殊区間３を相互乗り入れすることを可能とする鉄道車両のき電システムにおいて、特殊区間３における特殊区間用電車線６は、２種類の電車の夫々の電車線４、５と無電圧セクションを介して絶縁するようにし、特殊区間用電車線６に給電する変電所９の送り出し電圧を、特殊区間用電車線６の電圧が２種類の公称電圧の各々の変動範囲のラップする電圧の範囲内となるような電圧に選定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
公称電圧の異なる２種類の電車が、共通の軌道を有する特殊区間を相互乗り入れすることを可能とする鉄道車両のき電システムであって、
前記特殊区間における特殊区間用電車線は、前記２種類の電車の夫々の電車線と無電圧セクションを介して絶縁され、
前記特殊区間用電車線に給電する変電所の送り出し電圧を、
前記特殊区間用電車線の電圧が前記２種類の公称電圧の各々の変動範囲のラップする電圧の範囲内となるような電圧に選定したことを特徴とする鉄道車両のき電システム。
【請求項２】
前記２種類の電車は、
在来線交流電車と新幹線電車である請求項１に記載の鉄道車両のき電システム。
【請求項３】
前記変電所の送り出し電圧を、
前記２種類の公称電圧の変動範囲のラップする電圧の最大値に選定したことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両のき電システム。
【請求項４】
前記特殊区間用電車線に給電する変電所を複数個設け、
前記各々の変電所から夫々互いに異なる給電分岐点を介して前記前記特殊区間用電車線に給電するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の鉄道車両のき電システム。
【請求項５】
前記変電所が前記特殊区間用電車線に給電する給電分岐点を前記特殊区間用電車線の何れか端点側に配置し、
前記給電分岐点とは逆側の端点の電圧を検出し、この検出電圧に応じて前記変電所の送り出し電圧を調整するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鉄道車両のき電システム。
【請求項６】
前記変電所が前記特殊区間用電車線に給電する給電分岐点を前記特殊区間用電車線の中央部に配置し、
前記特殊区間用電車線の両側の端点の電圧を検出し、これらの検出電圧に応じて前記変電所の送り出し電圧を調整するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鉄道車両のき電システム。
【請求項７】
公称電圧の異なる２種類の電車が、共通の軌道を有する特殊区間を相互乗り入れすることを可能とする鉄道車両のき電システムにおいて、
前記特殊区間における特殊区間用電車線は、前記２種類の電車の夫々の電車線と無電圧セクションを介して絶縁するようにし、
前記特殊区間用電車線に給電する変電所の送り出し電圧を、
前記特殊区間用電車線の電圧が前記２種類の公称電圧の各々の変動範囲のラップする電圧の範囲内となるような電圧に選定したことを特徴とする鉄道車両のき電方法。
【請求項８】
前記変電所の送り出し電圧を、
前記２種類の公称電圧の変動範囲のラップする電圧の最大値に選定したことを特徴とする請求項７に記載の鉄道車両のき電方法。
【請求項９】
前記特殊区間用電車線に給電する変電所を複数個設け、
前記各々の変電所から夫々異なる給電分岐点を介して前記前記特殊区間用電車線に給電するようにしたことを特徴とする請求項７に記載の鉄道車両のき電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両のき電システム及びき電方法に係り、特に公称電圧の異なる２種類の交流電車が相互乗り入れを行うような特殊区間のき電システム及びき電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、電車線電圧及び軌道の両者が異なる在来線交流電車と新幹線電車を例えば海峡トンネル等の特殊区間で相互乗り入れするニーズが高まってきている。異なる軌道の対応としては、鉄道車両側でゲージ幅を変化させるフリーゲージ車両などがあるが、軌間可変型ではない既存の車両にも適用しようとすると一般には３本レールが使用され、この問題を解決している。
【０００３】
一方、異なる電車線電圧の対応としては、鉄道車両の主変圧器の巻線をタップで切替える方法がある。しかしながら、タップ切替え設備を持たない既存の車両の乗り入れはできないという課題がある。
【０００４】
上記課題に対して、特殊区間の電車線電圧を通過する電車に対応して特殊区間の両サイドのき電電圧に切替え、且つ並列運転期間を設けて電気機器へのショックを低減する提案が為されている（例えば特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２０００−２０３３１６号公報（第４−６頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示された手法を用いれば、特殊区間の電車線へのき電を行うことは可能となるが、通過する電車の種類に応じた複雑な切替設備が必要となるばかりでなく、特殊区間内で在来線交流電車と新幹線電車が共存できなくなってシステムの柔軟性を損なってしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたもので、その目的は、複雑な切替設備が不要で柔軟性を損なうことなく特殊区間における既存の車両の相互乗り入れを可能とする鉄道車両のき電システム及びき電方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の第１の発明である鉄道車両のき電システムは、公称電圧の異なる２種類の電車が、共通の軌道を有する特殊区間を相互乗り入れすることを可能とする鉄道車両のき電システムであって、前記特殊区間における特殊区間用電車線は、前記２種類の電車の夫々の電車線と無電圧セクションを介して絶縁され、前記特殊区間用電車線に給電する変電所の送り出し電圧を、前記特殊区間用電車線の電圧が前記２種類の公称電圧の変動範囲のラップする電圧の範囲内となるような電圧に選定したことを特徴としている。
【０００８】
また、本発明の第２の発明である鉄道車両のき電方法は、公称電圧の異なる２種類の電車が、共通の軌道を有する特殊区間を相互乗り入れすることを可能とする鉄道車両のき電システムにおいて、前記特殊区間における特殊区間用電車線は、前記２種類の電車の夫々の電車線と無電圧セクションを介して絶縁するようにし、前記特殊区間用電車線に給電する変電所の送り出し電圧を、前記特殊区間用電車線の電圧が前記２種類の公称電圧の変動範囲のラップする電圧の範囲内となるような電圧に選定したことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、複雑な切替設備が不要で柔軟性を損なうことなく特殊区間における既存の車両の乗り入れを可能とする鉄道車両のき電システム及びき電方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１１】
以下、本発明の実施例１に係る鉄道車両のき電システム及びき電方法を図１及び図２を参照して説明する。図１は本発明の実施例１に係る鉄道車両のき電システムのシステム構成図である。
【００１２】
在来線用の狭軌レール１ａ、１ｂ及び新幹線用の標準軌レール２ａ、２ｂは例えば海峡トンネルなどの特殊区間３において、狭軌レール１ａと標準軌レール２ａが共通の同一レールとなる３本レールで構成され、在来線車両と新幹線車両が同一軌道上を走行可能となっている。
【００１３】
在来線用電車線４Ａ、４Ｂは夫々特殊区間３の両サイドに位置する区間Ａ及び区間Ｂ用の架線であり、変電所７Ａ及び７Ｂから夫々在来線専用の電圧が図示しないき電線を介して供給されている。同様に、新幹線用電車線５Ａ、５Ｂは夫々特殊区間３の両サイドの区間Ａ及びＢ用の架線であり、変電所８Ａ及び８Ｂから夫々新幹線専用の電圧が図示しないき電線を介して供給されている。
【００１４】
特殊区間用電車線６は、特殊区間用に設けられた変電所９から給電されており、区間Ａ側の在来線用電車線４Ａ及び新幹線用電車線５Ａとは夫々区間Ａ側の無電圧セクションを介して絶縁されている。また、同様に区間Ｂ側の在来線用電車線４Ｂ及び新幹線用電車線５Ｂとは夫々区間Ｂ側の無電圧セクションを介して絶縁されている。
【００１５】
以下、このように構成された鉄道車両のき電システムの動作について図２の電車線電圧に関する説明図を参照して説明する。
【００１６】
在来線用電車線の公称電圧は２０ｋＶであるが、その変動範囲は図示したように１６ｋＶから２４ｋＶと規定されている。また、新幹線用電車線の公称電圧は３０ｋＶであるが、その変動範囲は図示したように２２．５ｋＶから３０ｋＶと規定されている。そして両者の電圧変動範囲は、図示したように２２．５ｋＶから２４ｋＶのラップ範囲を含んでいる。
【００１７】
従って、特殊区間用電車線６の電圧を上記ラップ範囲の電圧即ち２２．５ｋＶ以上で２４ｋＶ以下となるように変電所９の送り出し電圧を選定すれば、この区間への在来線交流電車と新幹線電車の相互乗り入れが可能になる。このためには変電所９の送り出し電圧を、特殊区間用電車線６の電圧降下を見込んで、上記変動範囲の最大電圧である２４ｋＶに選定することが好ましい。また、上記電圧降下を最小化するのは、変電所９から特殊区間用電車線６への給電分岐点Ｐは、特殊区間用電車線６の中央部に配置することが好ましい。
【００１８】
尚、上記は国内の在来線用電車線と、新幹線用電車線についての電圧変動範囲であるが、国際規格のＩＥＣ規格であっても、２５０００Ｖ架線の変動範囲は１９０００Ｖ〜２７５００Ｖ、２００００Ｖ架線の変動範囲は１６０００Ｖ〜２２０００Ｖと規定され、１９０００Ｖ〜２２０００Ｖの範囲で電圧がラップしているので本実施例を適用可能である。
【実施例２】
【００１９】
図３は本発明の実施例２に係る鉄道車両のき電システムのシステム構成図である。この実施例２の各部について、図１の本発明の実施例１に係る鉄道車両のき電システムのシステム構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、特殊区間用の変電所９に代え、変電所９Ａ、９Ｂ及び９Ｃを設置した点である。
【００２０】
変電所９Ａ、９Ｂ及び９Ｃの各々の容量は略変電所９の３分の１であり、各々の変電所から特殊区間用電車線６への給電分岐点Ｐ、Ｑ及びＲは特殊区間用電車線６を略均等に按分するような互いに異なる位置とすることが好ましい。そして変電所９Ａ、９Ｂ及び９Ｃは並列運転することが好ましい。
【００２１】
このようなシステム構成とすれば、特殊区間用電車線６を鉄道車両が通過するときの聴架線の電圧降下が低く抑えられるので、特に特殊区間用電車線６の距離が長い場合、その電圧変動を所定の範囲内に入れることが比較的容易になる。
【００２２】
尚、図３は特殊区間用電車線６用の変電所が３台である場合について説明したが、２台以上の複数台であればその機能は基本的に同一となる。
【実施例３】
【００２３】
以下、本発明の実施例３に係る鉄道車両のき電システム及びき電方法を図４及び図５を参照して説明する。
【００２４】
図４は本発明の実施例３に係る鉄道車両のき電システムのシステム構成図である。この実施例３の各部について、図１の本発明の実施例１に係る鉄道車両のき電システムのシステム構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例３が実施例１と異なる点は、変電所９Ｔを可変電圧を出力することが可能な変電所とした点、特殊区間用電車線６の、変電所９Ｔの給電分岐点Ｐとは遠い区間Ｂ側の端部の電圧を検出する電圧検出器１０と、この検出電圧に応じて変電所９Ｔの出力電圧を制御する電圧制御器１１を設けた点である。
【００２５】
このように構成したき電システムの動作について図５を参照して説明する。図５は鉄道車両が殊区間用電車線６を通過するときの電圧推移と電圧制御を示した説明図である。
【００２６】
鉄道車両は、給電電圧Ｖ１で給電されているとき、区間Ａ側から特殊区間用電車線６の端点ＡＴに進入するが、端点ＡＴは変電所９からの給電分岐点Ｐと比較的近い位置にあるので車両端子電圧の電圧降下は少ない。そして給電分岐点Ｐに近づくに連れ更に電圧降下は小さくなり、給電分岐点Ｐに到達したとき、車両端子電圧はほぼ給電電圧Ｖ１となる。尚、図示は省略しているが、車両が給電分岐点Ｐに到達するまでは端点ＢＴの検出電圧はほぼ給電電圧Ｖ１の一定値となっている。
【００２７】
鉄道車両が給電分岐点Ｐを通過したあとは、電圧降下は増大し、S点に到達したとき車両端子電圧は最低電圧ＶＬに等しくなる。尚、車両が給電分岐点Ｐに到達後は端点ＢＴの検出電圧は車両端子電圧と等しくなることは明らかである。
【００２８】
車両端子電圧は最低電圧ＶＬに等しくなったとき、電圧制御器１１は変電所９Ｔの電圧を例えば出力変圧器のタップ切替えによって上昇させ給電電圧をＶ２とする。すると、車両端子電圧は上昇する。給電電圧Ｖ２を適切に選定しておけば、この状態で鉄道車両が特殊区間用電車線６の端点ＢＴに到達するまで車両端子電圧は最低電圧ＶＬ以下にはならない。
【００２９】
そして、鉄道車両が端点ＢＴを離れて無電圧セクションに移行すると、通常は端点ＢＴの検出電圧は給電電圧Ｖ２まで上昇する。この場合、電圧制御器１１は変電所９Ｔの電圧を例えば出力変圧器のタップ切替えによって下降させ例えば給電電圧をＶ１に戻すようにすることが好ましい。
【００３０】
以上説明したように、端点ＢＴの検出電圧に応じて変電所９Ｔの給電電圧を制御するようにすれば、特殊区間用電車線６の電圧降下による車両端子電圧の変動を規定値以内に制御することが可能となる。
【００３１】
尚、電圧検出器１０の検出信号の伝送距離が極端に長くなる場合には、無線などを利用して信号伝送を行っても良い。
【実施例４】
【００３２】
以下、本発明の実施例４に係る鉄道車両のき電システム及びき電方法を図６及び図７を参照して説明する。
【００３３】
図６は本発明の実施例４に係る鉄道車両のき電システムのシステム構成図である。この実施例４の各部について、図４の本発明の実施例３に係る鉄道車両のき電システムのシステム構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例４が実施例３と異なる点は、変電所９Ｔから特殊区間用電車線６への給電分岐点Ｐを特殊区間用電車線６の中央部とした点、区間Ａ側の端部の電圧を検出する電圧検出器１０Ａと、この検出電圧に応じて変電所９Ｔの出力電圧を制御する電圧制御器１１Ａを新たに設けた点である。
【００３４】
このように構成したき電システムの動作について図７を参照して説明する。図７は鉄道車両が殊区間用電車線６を通過するときの電圧推移と電圧制御を示した説明図である。
【００３５】
鉄道車両は、給電電圧Ｖ１で給電されているとき、区間Ａ側から特殊区間用電車線６の端点ＡＴに進入するが、進入直後に、区間Ａ側の端点ＡＴの電圧検出器１０Ａによる検出電圧は最低電圧ＶＬ以下となる。このため、電圧制御器１１Ａは変電所９Ｔの電圧を例えば出力変圧器のタップ切替えによって上昇させ給電電圧をＶ２とする。すると、車両端子電圧は上昇しこの状態で鉄道車両は進行する。
【００３６】
そして、例えば図のＳ１点において電圧検出器１０Ａによる検出電圧が給電電圧Ｖ１と等しくなったとき、電圧制御器１１Ａは変電所９Ｔの電圧を例えば出力変圧器のタップ切替えによって下降させ給電電圧をＶ１に戻す。
【００３７】
この状態で、鉄道車両は給電分岐点Ｐを通過し、図のＳ２点に到達したとき、車両端子電圧即ち端点ＢＴにおける電圧検出器１０の検出電圧が最低電圧ＶＬと一致する。このとき電圧制御器１１は変電所９Ｔの電圧を上昇させ給電電圧をＶ２とすれば、車両端子電圧が最低電圧未満にならない様に、また給電電圧Ｖ１を超えないように制御することが可能となる。
【００３８】
前述したように、変電所９Ｔから特殊区間用電車線６の中央部に給電するようにすれば、特殊区間用電車線６の線路抵抗による電圧降下を最大１／２まで減少させることが可能となるが、必要に応じてこの実施例４で説明した制御を行えば良い。
【００３９】
以上の実施例１乃至実施例４の説明においては、鉄道車両は新幹線を含む２種類の交流電車としたが、例えば公称電圧が１５００Ｖと１２００Ｖの２種類の直流電車であっても電圧規定値にラップ範囲があるので本発明の適用が可能であることは明らかである。直流電車の場合には、殊区間用電車線に給電する変電所の出力電圧を容易に且つ連続的に変化させることが可能であるので、実施例３或いは実施例４を適用すれば、簡単に車両端子電圧をほぼ所望の一定値に制御することが可能な鉄道車両のき電システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施例１に係る鉄道車両のき電システムのシステム構成図。
【図２】電車線電圧に関する説明図。
【図３】本発明の実施例２に係る鉄道車両のき電システムのシステム構成図。
【図４】本発明の実施例３に係る鉄道車両のき電システムのシステム構成図。
【図５】実施例３における電圧推移と電圧制御の説明図。
【図６】本発明の実施例４に係る鉄道車両のき電システムのシステム構成図。
【図７】実施例４における電圧推移と電圧制御の説明図。
【符号の説明】
【００４１】
１ａ、１ｂ  狭軌レール
２ａ、２ｂ  標準軌レール
３  特殊区間
４Ａ、４Ｂ  在来線用電車線
５Ａ，５Ｂ  新幹線用電車線
６  特殊区間用電車線
７Ａ、７Ｂ、８Ａ、８Ｂ  変電所
９、９Ａ  変電所
１０、１０Ａ  電圧検出器
１１、１１Ａ  電圧制御器
【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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【図７】
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