(57)【要約】【課題】交流き電と直流き電の突合せ箇所における無電圧き電線に対し、交流き電電圧又は直流き電電圧が印加されたことを良好に検出できるき電電圧検出装置を提供する。【解決手段】無電圧き電線１５に対し、１次巻線の一方端が接続された変圧器１７と、この変圧器１７の１次巻線の他方端と接地間に設けられた抵抗器１９と、上記変圧器１７の２次側の電圧と上記抵抗器１９の両端の電圧とを検出する電圧検出器とを具備する。交流き電線１２と無電圧き電線１５とが導通した場合、無電圧き電線１５に交流電圧が印加され、変圧器１７の２次側に発生する交流電圧を検出することで、交流き電線１２と無電圧き電線１５との導通を検出する。一方、直流き電線１３と無電圧き電線１５とが導通した場合、無電圧き電線１５には、直流電圧が作用し、抵抗器１９の両端に発生する直流電圧を検出することで、直流き電線１３と無電圧き電線１５との導通を検出する。【選択図】    図１
2004291832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流き電電圧が供給される交流き電線（１２）と直流き電電圧が供給される直流き電線（１３）との間に絶縁をとって設置される中間き電線（１５）に対し１次巻線の一方端が接続された変圧器（１７）と、この変圧器（１７）の１次巻線の他方端と接地間に設けられた抵抗器（１９）と、上記変圧器（１７）の２次側の電圧と上記抵抗器（１９）の両端の電圧とのうち少なくともいずれか一方を検出する電圧検出器とを具備することを特徴とするき電電圧検出装置。
【請求項２】
交流き電電圧が供給される交流き電線（１２）と直流き電電圧が供給される直流き電線（１３）との間に絶縁をとって設置される中間き電線（１５）に対し１次巻線の一方端が接続された変圧器（２２）と、この変圧器（２２）の１次巻線の他方端と接地間に設けられたコンデンサ（２５）と、上記変圧器（２２）の２次側の電圧と上記コンデンサ（２５）の両端の電圧とのうち少なくともいずれか一方を検出する電圧検出器とを具備することを特徴とするき電電圧検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、交流き電電圧と直流き電電圧の突合わせ箇所において、き電線の電圧を検出するき電電圧検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気鉄道では、交流変電所からの交流電力を利用する交流き電方式と、直流変電所からの直流電力を利用する直流き電方式との２つの方式がある。交流き電線と直流き電線が突合せられる突合わせ箇所においては、交流き電線と直流き電線との間に、電力が供給されない無電圧き電線の区間（無電圧区間）を設けて、列車が交流き電側から直流き電側へ走行する場合、又は直流き電側から交流き電側へ走行する場合に、無電圧区間では列車は電力を受けず、惰性で走行するようにされる。この無電圧区間の無電圧き電線は、交流き電線及び直流き電線の両方と絶縁をとって架設されている。無電圧き電線を絶縁する方式には、無電圧き電線を単に離間する方式（エアセクション）や、無電圧き電線を固体絶縁物を介して接続する方式等がある。通常時、この無電圧区間の無電圧き電線には交流電圧も直流電圧も印加されない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この無電圧区間の無電圧き電線と、その両側の交流き電線、直流き電線とが、事故等で接触したり導通すると、交流き電電圧（例えば２２ｋＶ）が直流き電側（直流き電電圧例えば１５００Ｖ）に作用し、直流き電設備に多大な損害が生じるおそれがある。これを防ぐためには、無電圧区間の無電圧き電線に印加される電圧を監視しておき、万一、無電圧区間の無電圧き電線と、その片側の一方のき電線（交流き電線と直流き電線の一方）とが導通した場合、交流き電電圧又は直流き電電圧の一方が無電圧き電線に印加されるので、これが検出されたときには、き電変電所からの電力供給を停止して、すみやかに原因を取り除き、交流き電線と直流き電線との短絡事故を阻止する必要がある。このためには、交流き電電圧及び直流き電電圧を検出する電圧検出器が必要となるが、同じ電圧検出器で交流２２ｋＶと直流１５００Ｖとを検出するのは、レベル差が大きく困難である。また、別々の電圧検出器を用いたとしても、それらを共に、無電圧き電線に常時接続しておくことは、直流電圧検出器に交流高圧が印加され、直流電圧検出器が損傷するおそれがあるので実際的でない。
【０００４】
この発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、交流き電と直流き電の突合せ箇所における中間き電線に対し、交流き電電圧、又は直流き電電圧が印加されたことを良好に検出できるき電電圧検出装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで請求項１のき電電圧検出装置は、交流き電電圧が供給される交流き電線１２と直流き電電圧が供給される直流き電線１３との間に絶縁をとって設置される中間き電線１５に対し１次巻線の一方端が接続された変圧器１７と、この変圧器１７の１次巻線の他方端と接地間に設けられた抵抗器１９と、上記変圧器１７の２次側の電圧と上記抵抗器１９の両端の電圧とのうち少なくともいずれか一方を検出する電圧検出器とを具備することを特徴としている。
【０００７】
上記請求項１のき電電圧検出装置によれば、突発的に交流き電線１２と中間き電線１５とが導通した場合、中間き電線１５に交流電圧が印加され、変圧器１７の２次側に交流電圧が発生する。この交流電圧を検出することで、交流き電線１２と中間き電線１５との導通を検出できる。この場合、変圧器１７の励磁インピーダンスが大きいので、抵抗器１９には、あまり電圧が発生しない。一方、直流き電線１３と中間き電線１５とが導通した場合、中間き電線１５には、直流電圧が作用し、抵抗器１９の両端に直流電圧が発生する。この直流電圧を検出することで、直流き電線１３と中間き電線１５との導通を検出できる。この場合、変圧器１７の２次側には電圧がほとんど出力されない。
【０００８】
請求項２のき電電圧検出装置は、交流き電電圧が供給される交流き電線１２と直流き電電圧が供給される直流き電線１３との間に絶縁をとって設置される中間き電線１５に対し１次巻線の一方端が接続された変圧器２２と、この変圧器２２の１次巻線の他方端と接地間に設けられたコンデンサ２５と、上記変圧器２２の２次側の電圧と上記コンデンサ２５の両端の電圧とのうち少なくともいずれか一方を検出する電圧検出器とを具備することを特徴としている。
【０００９】
上記請求項２のき電電圧検出装置によれば、突発的に交流き電線１２と中間き電線１５とが導通した場合、中間き電線１５に交流電圧が印加され、変圧器２２の２次側に交流電圧が発生する。この交流電圧を検出することで、交流き電線１２と中間き電線１５との導通を検出できる。この場合、変圧器２２の励磁インピーダンスが大きいので、コンデンサ２５には、あまり電圧が発生しない。一方、直流き電線１３と中間き電線１５とが導通した場合、中間き電線１５には、直流電圧が作用し、コンデンサ２５の両端に直流電圧が発生する。この直流電圧を検出することで、直流き電線１３と中間き電線１５との導通を検出できる。この場合、変圧器２２の２次側には電圧がほとんど出力されない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、この発明のき電電圧検出装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１１】
図１は、この発明によるき電電圧検出装置の第１実施形態を示す回路図である。交流き電線１２とレール４１間には、交流変電所１１からの交流電圧（例えば２２ｋＶ）が印加され、列車（図示せず）は、交流電力により走行する。直流き電線１３とレール４２間には、直流変電所１４からの直流電圧（例えば１５００Ｖ）が印加され、列車は、直流電力により走行する。中間き電線としての無電圧き電線１５は、交流き電と直流き電の突合せ箇所のき電線であり、交流き電線１２、及び直流き電線１３とエアセクション３０により絶縁されている。無電圧き電線１５には、通常、交流、直流どちらの電力も供給されない。
【００１２】
き電電圧検出装置１６は、変圧器１７、第１の抵抗器１８及び第２の抵抗器１９が直列接続された構成を有する。変圧器１７は、計器用変圧器であり、１次巻線と２次巻線の巻数比は２００対１程度にされる。変圧器１７の１次巻線の一方の端子Ｕは、無電圧き電線１５に接続され、第２の抵抗器１９の端子Ｄは、接地されている。変圧器１７の２次巻線は、端子Ｕｌ、Ｖｌを有する。第２の抵抗器１９は、両端に、端子Ｄ１、Ｄ２を有する。変圧器１７の鉄心１７ａは、直流偏磁を抑制するためギャップ付鉄心である。無電圧き電線１５が架設されている無電圧区間では、レール４３は、絶縁部３１で交流き電区間のレール４１及び直流き電区間のレール４２と絶縁されている。
【００１３】
上記のような設備において、突発的に一方のエアセクション３０に介在物が付着し、交流き電線１２と無電圧き電線１５とが導通した場合、無電圧き電線１５にＡＣ２２ｋＶが印加され、き電電圧検出装置１６の端子Ｕ−Ｄ間には、ＡＣ２２ｋＶが印加される。この場合、変圧器１７の励磁インピーダンスが極めて大きく（例えば約４４００ｋΩ）なり、第１、第２の抵抗器１８、１９には、あまり電圧が作用せず、端子Ｕｌ−Ｖｌ間にＡＣ約１００Ｖが出力され、端子Ｄｌ−Ｄ２間にＡＣ約４８Ｖが出力される（ただし、抵抗器１８の抵抗Ｒｌ＝１４０ｋΩ、抵抗器１９の抵抗Ｒ２＝１０ｋΩとしている）。
【００１４】
一方、直流き電線１３と無電圧き電線１５とが導通した場合、無電圧き電線１５には、ＤＣ１５００Ｖが加わり、き電電圧検出装置１６の端子Ｕ−Ｄ間には、ＤＣ１５００Ｖが印加される。この場合、変圧器１７は直流抵抗分（例えば約４ｋΩ）だけとなり、端子Ｕｌ−Ｖｌ間には電圧がほとんど出力されず、端子Ｄｌ−Ｄ２間に、第１、第２の抵抗器１８、１９で分圧された電圧ＤＣ約１００Ｖが出力される。
【００１５】
この結果、出力端子Ｕｌ−Ｖｌ、Ｄｌ−Ｄ２に接続する電圧検出器として、ＡＣ、ＤＣとも２００Ｖ程度を検出できるものであれば十分対応できる。しかも、常時、き電線に接続した状態で使用することができる。使用態様として、端子Ｕｌ−ＶｌとＤｌ−Ｄ２の両方を検出する場合、又はそのどちらか一方を検出する場合がある。なお、無電圧き電線１５に交流電圧又は直流電圧が印加されたときに、接地へ電流が流れるが、非常に微弱な電流なのでき電回路上、支障ない。
【００１６】
図２は第２実施形態を説明する回路図である。き電電圧検出装置２１は、変圧器２２、抵抗器２３、第１のコンデンサ２４及び第２のコンデンサ２５が直列接続された構成を有する。変圧器２２の１次巻線の端子Ｕは、無電圧き電線１５に接続され、第２のコンデンサ２５の端子Ｄは、接地されている。変圧器２２の２次巻線は、端子Ｕｌ、Ｖｌを有する。第２のコンデンサ２５は、両端に、端子Ｄｌ、Ｄ２を有する。変圧器２２の鉄心２２ａは、直流偏磁を抑制するためギャップ付鉄心である。なお、抵抗器２３は、サージ電流抑制のための電流制限抵抗であるが、これは必ずしも必要ではない。
【００１７】
上記のような設備において、突発的に一方のエアセクション３０に介在物が付着し、交流き電線１２と無電圧き電線１５とが導通した場合、無電圧き電線１５にＡＣ２２ｋＶが加わり、き電電圧検出装置２１の端子Ｕ−Ｄ間には、ＡＣ２２ｋＶが印加される。この場合、変圧器２２の励磁インピーダンスが極めて大きく（例えば約４４００ｋΩ）、第１、第２のコンデンサ２４、２５のインピーダンスは小さい。このため、端子Ｕｌ−Ｖ１間にＡＣ約１００Ｖが出力され、端子Ｄｌ−Ｄ２間にはほとんど出力されない。
【００１８】
一方、直流き電線１３と無電圧き電線１５とが導通した場合、無電圧き電線１５には、ＤＣ１５００Ｖが加わり、き電電圧検出装置２１の端子Ｕ−Ｄ間には、ＤＣ１５００Ｖが印加される。この場合、変圧器２２は直流抵抗分（例えば約４ｋΩ）だけとなり、端子Ｕｌ−Ｖｌ間に出力はほとんどなく、端子Ｄｌ−Ｄ２間に、第１、第２のコンデンサ２４、２５で分圧された電圧ＤＣ約１００Ｖが出力される（ただし、コンデンサ２４の容量Ｃ１＝１μＦ、コンデンサ２５の容量Ｃ２＝１４μＦとしている）。
【００１９】
この結果、出力端子Ｕ１−Ｖ１、Ｄ１−Ｄ２に接続する電圧検出器として、ＡＣ、ＤＣとも２００Ｖ程度を検出できるものであれば十分対応できる。しかも、常時、き電線に接続した状態で使用することができる。使用態様として、端子Ｕｌ−ＶｌとＤｌ−Ｄ２の両方を検出する場合、又はそのどちらか一方を検出する場合がある。なお、無電圧き電線１５に交流電圧又は直流電圧が印加されたときに、接地へ電流が流れるが、非常に微弱な電流なのでき電回路上、支障ない。
【００２０】
この発明は、上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、き電線の絶縁方式は、交流き電線１２、及び直流き電線１３と無電圧き電線１５とを並設し、空気絶縁を利用したエアセクション方式の他、交流き電線１２、及び直流き電線１３と無電圧き電線１５とを固体絶縁物を介して接続する方式等でもよい。また、直流電圧を分圧するために、上記第１実施形態では２個の抵抗器１８、１９を、また上記第２実施形態では２個のコンデンサ２４、２５を使用しているが、いずれか一方の抵抗器１９、又はコンデンサ２５を使用してもよい。さらに上記においては、交流き電線１２と直流き電線１３の突合せ箇所に配置される中間き電線として、無電圧き電線１５を例示しているが、中間き電線に対しては、使用形態によっては直流、又は交流が印加されることがある。
【００２１】
【発明の効果】
上記請求項１及び請求項２のき電電圧検出装置によれば、交流き電と直流き電の突合せ箇所における中間き電線に対し、交流き電線、又は直流き電線が導通した場合に、交流き電電圧、又は直流き電電圧が印加されたことを良好に検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のき電電圧検出装置の第１実施形態を示す回路図である。
【図２】この発明のき電電圧検出装置の第２実施形態を示す回路図である。
【符号の説明】
１２  交流き電線
１３  直流き電線
１５  無電圧き電線（中間き電線）
１７  変圧器
１９  抵抗器
２２  変圧器
２５  コンデンサ
【図１】
2004291832.tif 000003
【図２】
2004291832.tif 000004