(57)【要約】【課題】ＬＳＭき電回路に利用できる磁気浮上式鉄道用地絡点標定装置を提供すること。【解決手段】プログラムに従ってき電区分開閉器６を操作し磁気浮上式列車の走行を制御する制御装置７は、地絡が発生したき電セクションを特定し、インバータ１から当該き電セクションまでの距離ｄｆを算出する。周波数検出器９は、地絡事故が発生しインバータ１がゲートブロックした時に形成される閉回路、即ち、出力フィルタ４、三相き電ケーブル２、地絡事故が発生したき電セクション三相推進コイル５、及びアースとで形成される閉回路の健全相の共振周波数ｆｎ又は非健全相の共振周波数ｆｆを検出する。演算装置１０は、前記共振周波数ｆｎ又はｆｆと前記距離ｄｆとに基づいて所定の演算を行い、前記短絡事故が発生したき電セクションの三相推進コイルの一端から地絡点までの距離ｘｃを標定する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流電力を出力するインバータ、三相き電ケーブル、き電区分開閉器を介して前記三相き電ケーブルに接続された複数のき電セクション三相推進コイル、一端が前記インバータの出力端子に接続され他端がアースされた出力フィルタ、及び前記き電区分開閉器の開閉を制御する制御装置とから構成されたＬＳＭき電回路の地絡点を標定する磁気浮上式鉄道用地絡点標定方法であって、地絡事故が発生し前記インバータがゲートブロックした時に、前記出力フィルタ、前記三相き電ケーブル、地絡事故が発生したき電セクション三相推進コイル、及びアースとで形成された閉回路の健全相の共振周波数ｆｎ又は非健全相の共振周波数ｆｆに基づいて前記き電セクション三相推進コイルの一端から地絡点までの距離ｘｃを標定することを特徴とする磁気浮上式鉄道用地絡点標定方法。
【請求項２】
三相交流電力を出力するインバータ、三相き電ケーブル、き電区分開閉器を介して前記三相き電ケーブルに接続された複数のき電セクション三相推進コイル、一端が前記インバータの出力端子に接続され他端がアースされた出力フィルタ、及び前記き電区分開閉器の開閉を制御する制御装置とから構成されたＬＳＭき電回路の地絡点を標定する磁気浮上式鉄道用地絡点標定方法であって、地絡事故が発生し前記インバータがゲートブロックした時に、前記出力フィルタ、前記三相き電ケーブル、地絡事故が発生したき電セクション三相推進コイル、及びアースとで形成された閉回路の健全相の共振周波数ｆｎ又は非健全相の共振周波数ｆｆに基づいて下式の演算を行って前記き電セクション三相推進コイルの一端から地絡点までの距離ｘｃを標定する磁気浮上式鉄道用地絡点標定方法。
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又は
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但し、Ｌは出力フィルタのインダクタンス、Ｃは出力フィルタのキャパシタンス、Ｌｃは三相推進コイルの相毎の全インダクタンス、Ｌｆ は三相き電ケーブルの単位距離当りの単位インダクタンス、ｄｆ は地絡事故が発生したき電セクションまでの三相き電ケーブルの距離、ｄｃ  はき電セクション三相推進コイの距離である。
【請求項３】
三相交流電力を出力するインバータ、三相き電ケーブル、き電区分開閉器を介して前記三相き電ケーブルに接続された複数のき電セクション三相推進コイル、一端が前記インバータの出力端子に接続され他端がアースされた出力フィルタ、及び前記き電区分開閉器の開閉を制御する制御装置とから構成されたＬＳＭき電回路の地絡点を標定する磁気浮上式鉄道用地絡点標定装置であって、地絡事故が発生し前記インバータがゲートブロックした時に、前記出力フィルタ、前記三相き電ケーブル、地絡事故が発生したき電セクション三相推進コイル、及びアースとで形成された閉回路の健全相の共振周波数ｆｎ又は非健全相の共振周波数ｆｆを検出する周波数検出器と、前記共振周波数ｆｎ又はｆｆに基づいて下式の演算を行って前記き電セクション三相推進コイルの一端から地絡点までの距離ｘｃを標定する演算器とから構成された磁気浮上式鉄道用地絡点標定装置。
2004343883.tif 000012
又は
2004343883.tif 000013
但し、Ｌは出力フィルタのインダクタンス、Ｃは出力フィルタのキャパシタンス、Ｌｃは三相推進コイルの相毎の全インダクタンス、Ｌｆ は三相き電ケーブルの単位距離当りの単位インダクタンス、ｄｆ は地絡事故が発生したき電セクションまでの三相き電ケーブルの距離、ｄｃ  はき電セクション三相推進コイル距離である。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車上に界磁装置を備え且つ地上のガイドウエイに三相推進コイルを配置した地上一次リニアシンクロナスモータ（以下ＬＳＭと呼ぶ）方式を採用した磁気浮上式鉄道において、前記三相推進コイル及び三相き電ケーブルが地絡した際の地絡点標定を行う磁気浮上式鉄道用地絡点標定装置に関する。前記三相き電ケーブルは前記三相推進コイルに電力を送電するための電力ケーブルである。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＭ方式を採用した磁気浮上式鉄道の三相推進コイルは、列車運行区間の端から端まで構築されているコンクリートのガイドウエイの側壁に配置されている。三相推進コイルは、き電セクション毎に配置されている。き電セクションは列車運行区間の距離を分割したものである。き電セクション長は列車長よりも長いものが一般的で、例えば５００ｍである。各き電セクション三相推進コイルは、夫々のき電区分開閉器を介して、三相き電ケーブルに接続されている。三相き電ケーブルの一端は変電所のインバータの出力端子に接続されている。変電所の制御装置は、プログラムに従って、き電区分開閉器の開閉を制御する。き電区分開閉器をオンにされたき電セクションの三相推進コイルは、三相き電ケーブルを介してインバータから電力が供給され、通電状態となる。この通電状態のき電セクションの三相推進コイルに地絡事故が発生すると、三相き電ケーブルを流れる電流が異常な変化を示す。この異常な電流変化は変電所の電流検出器で検出される。すると、前記き電区分開閉器の開閉を制御する制御装置は、どのき電セクションに地絡事故が発生したかを特定し、表示装置にその旨を表示させる。このように、ＬＳＭ方式を採用した磁気浮上式鉄道においては、地絡事故がどのき電セクションで発生したかは直ちに把握できる。ところが、例えば５００ｍもの長さのどの位置で地絡事故が発生したかは、これまでの制御装置では判定できない。
【０００３】
鉄道等における配電線において地絡事故を起こした場合に、送電側から地絡点までの距離を標定する地絡点標定装置としては、配電線によっていわゆるマレーループを形成し、このマレーループを形成した配電線と大地との間に標定用電圧を印加したときに各線に流れる電流の大きさを測定し、その大きさから地絡点を標定するものがある。
【０００４】
特開２００１−１６７６２号公報（特許文献１）には、中間タップを接地する送電線側変圧器と、各配電線の送電端における対地間電圧、接地点から中間点に流入する故障電流、及び各配電線の受電端における対地間電圧のそれぞれを測定する測定部と、地絡事故発生時に故障電流が流れることによって生じた各配電線の送電端における対地間電圧の差、受電端における対地間電圧の差、及び故障電流の測定値を用いて送電線が持つインピーダンスの大きさを求め、このインピーダンスの大きさによって送電端から地絡点までの距離を算出する演算部とを有して構成されたものである。
【０００５】
ところで、ＬＳＭ方式を採用した磁気浮上式鉄道において、各き電セクションの三相推進コイルは５００ｍもの長さのき電セクション長にわたって所定間隔で配置された数１００個もの個別の三相推進コイルで構成されている。個別の三相推進コイルは直径１ｍ程度で、車両の編成両数や必要加速度等に基づいて決められているが数ターンから１０ターンの巻回数である。このような構成の三相推進コイルであるため、通常の鉄道における直線的に配線された配電線回路に比べて、桁違いに大きなインダクタンスを有する。この桁違いに大きなインダクタンスを有するために、上述のマレーループを形成する地絡点標定装置も、特許文献１に開示された信号高圧配電線の地絡点標定装置も、ＬＳＭ方式を採用した磁気浮上式鉄道の三相推進コイル及びき電線の地絡点の標定には全く利用できない。このため、これまでは地絡事故が特定されたき電セクションの三相推進コイルを作業員が目視でチェックし、地絡点を標定する以外に方法がなかった。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１６７６２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、ＬＳＭき電回路に利用できる磁気浮上式鉄道用地絡点標定装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、地絡事故の発生によって形成された閉回路、即ち、三相交流電力を出力するインバータの出力端子に接続された出力フィルタ、三相き電ケーブル、地絡事故が発生したき電セクション三相推進コイル、及びアースとで形成された閉回路の健全相又は非健全相の共振周波数を利用して地絡点を標定するようにした。
【０００９】
即ち、上記課題を解決する磁気浮上式鉄道用地絡点標定方法は、三相交流電力を出力するインバータ、三相き電ケーブル、き電区分開閉器を介して前記三相き電ケーブルに接続された複数のき電セクション三相推進コイル、一端が前記インバータの出力端子に接続され他端がアースされた出力フィルタ、及び前記き電区分開閉器の開閉を制御する制御装置とから構成されたＬＳＭき電回路の地絡点を標定するものであって、地絡事故が発生し前記インバータがゲートブロックした時に、前記出力フィルタ、前記三相き電ケーブル、地絡事故が発生したき電セクション三相推進コイル及びアースとで形成される閉回路の健全相の共振周波数ｆｎ又は非健全相の共振周波数ｆｆにづいて下式の演算を行って前記き電セクション三相推進コイルの一端から地絡点までの距離ｘｃを標定するものである。
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又は
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但し、Ｌは出力フィルタのインダクタンス、Ｃは出力フィルタのキャパシタンス、  Ｌｃは三相推進コイルの相毎の全インダクタンス、Ｌｆ は三相き電ケーブルの単位距離当りの単位インダクタンス、ｄｆ は地絡事故が発生したき電セクションまでの三相き電ケーブルの距離、ｄｃ  はき電セクション三相推進コイルの距離である。
【００１０】
地絡事故が発生し前記インバータがゲートブロックした時に、前記出力フィルタ、前記三相き電ケーブル、地絡事故が発生したき電セクション三相推進コイル及びアースとで形成される閉回路の健全相の共振周波数ｆｎ又は非健全相の共振周波数ｆｆは、周波数検出器により検出される。また、上記した演算式の演算は、前記周波数検出器と前記制御装置から入力された信号に基づいて、演算器が演算する。前記周波数検出器は、三相き電ケーブルの電流を検出する電流検出器に接続されている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
ＬＳＭき電回路は、本発明の一実施形態のブロック回路図である図１に示す如く、三相交流電力を出力するインバータ１、三相き電ケーブル２Ｕ  、２Ｖ  、２Ｗ、一端がインバータ１の出力端子に接続され且つ他端がアースされた出力フィルタ４、三相推進コイル５、き電区分開閉器６、プログラムに従ってインバータ１とき電区分開閉器６とを制御する制御装置７とから構成されている。三相推進コイル５とき電区分開閉器６はき電セクション毎に配置されている。
【００１２】
き電セクションは、列車運行区間の距離をき電セクション長によって分割したものである。き電セクション長は列車長よりも長いものが一般的で、例えば５００ｍである。図１には、第１き電セクション、第２き電セクション、及び第３き電セクションのみが示されている。第１き電セクションの三相推進コイル５１Ｕ、５１Ｖ、５１Ｗの一端は、き電区分開閉器６１Ｕ、６１Ｖ、６１Ｗを介して三相き電ケーブル２Ｕ  、２Ｖ  、２Ｗに夫々接続されており、且つ、他端は相互に接続されている。また、第２き電セクションの三相推進コイル５２Ｕ、５２Ｖ、５２Ｗの一端は、き電区分開閉器６２Ｕ、６２Ｖ、６２Ｗを介して三相き電ケーブル２Ｕ  、２Ｖ  、２Ｗに夫々接続されており、且つ、他端は相互に接続されている。更に、第３き電セクションの三相推進コイル５３Ｕ、５３Ｖ、５３Ｗの一端は、き電区分開閉器６３Ｕ、６３Ｖ、６３Ｗを介して三相き電ケーブル２Ｕ  、２Ｖ  、２Ｗに夫々接続されており、且つ、他端は相互に接続されている。
【００１３】
磁気浮上式鉄道用地絡点標定装置は、電流検出器８、周波数検出器９、及び演算装置１０とから構成されている。電流検出器８は三相き電ケーブル２Ｕ  、２Ｖ  、２Ｗの各相の電流を検出するものである。
【００１４】
本発明に係る地絡点の標定は、次の如くである。地絡事故が発生すると、インバータ１がゲートブロックして、三相き電ケーブル２Ｕ  、２Ｖ  、２Ｗはインバータ１の出力端子から瞬時に切り離される。すると、図２に示す如き閉回路、即ち、出力フィルタ、三相き電ケーブル、地絡事故が発生したき電セクション三相推進コイル、及びアースとで閉回路が形成される。
【００１５】
図２において、地絡は、三相き電ケーブルの距離ｄｆのき電セクションの三相推進コイルに発生し、地絡点Ｐは前記き電セクションのＷ相の推進コイルに存在している。そして、地絡点Ｐまでの距離はｘｃである。即ち、地絡事故が発生した三相推進コイルにおいて、Ｕ相は非健全相で、Ｖ相とＷ相は健全相である。
【００１６】
地絡点Ｐが発生したことにより、３つの閉回路が形成される。第１の閉回路は、Ｖ相の出力フィルタ、Ｖ相のき電ケーブル、Ｖ相の推進コイル、共通接続点Ｚから地絡点ＰまでのＵ相の推進コイル、及びアースとで形成されたものである。また、第２の閉回路は、Ｗ相の出力フィルタ、Ｗ相のき電ケーブル、Ｗ相の推進コイル、共通接続点Ｚから地絡点ＰまでのＵ相の推進コイル、及びアースとで形成されたものである。更に、第３の閉回路は、Ｕ相の出力フィルタ、Ｕ相のき電ケーブル、き電ケーブル側との接続点Ｕ２から地絡点ＰまでのＵ相の推進コイル、及びアースとで形成されたものである。ここで、第１の閉回路と第２の閉回路は健全相の閉回路と呼び、第３の閉回路は非健全相の閉回路と呼ぶことにする。
【００１７】
健全相の閉回路の総インダクタンスは、出力フィルタのインダクタンスＬ、地絡事故が発生したき電セクションまでのき電ケーブルのインダクタンスｄｆ  Ｌｆ 、三相推進コイルの相毎の全インダクタンスＬｃ、及び共通接続点Ｚから地絡点ＰまでのＵ相の推進コイルのインダクタンス（ｄｃ−ｘｃ）Ｌｃ／ｄｃの合計である。また、健全相の閉回路の総キャパシタンスは、出力フィルタのキャパシタンスＣである。但し、Ｌｆ はき電線の単位距離当りの単位インダクタンス、ｄｆ は地絡事故が発生したき電セクションまでの三相き電ケーブルの距離、ｄｃ  は三相推進コイルの距離である。
【００１８】
従って、健全相の閉回路を流れる電流の共振周波数ｆｎは、数式１で表される。
【数１】
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【００１９】
数式１から、距離ｘｃは数式２で与えられる。
【数２】
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【００２０】
上述の通り、出力フィルタのインダクタンスＬ並びにキャパシタンスＣ、地絡事故が発生したき電セクションまでの三相き電ケーブル距離ｄｆ  、き電セクション三相推進コイルの相毎の全インダクタンスＬｃ、き電線の単位距離当りの単位インダクタンスＬｆ 、地絡事故が発生したき電セクションまでの三相き電ケーブル距離ｄｆ 、推進コイルの距離ｄｃ  は既知である。従って、健全相の閉回路を流れる電流の共振周波数ｆｎを測定すれば、数式２から地絡点までの距離ｘｃが求められる。
【００２１】
地絡事故が発生したき電セクションまでの三相き電ケーブル距離ｄｆ は、地絡事故が発生したき電セクションが変電所の制御装置７によって自動的に特定されて、算出されるものである。また、健全相の共振周波数ｆｎは、図１に示す如く、三相き電ケーブル２の各相の電流を検出している電流検出器８に接続された周波数検出器９によって、自動的に測定される。そして、演算装置１０は、制御装置７から入力された三相き電ケーブル距離ｄｆ と、周波数検出器９から入力された健全相の閉回路の共振周波数ｆｎを数式２に代入し、地絡点までの距離ｘｃを自動的に算出する。
【００２２】
以上、地絡事故が発生しインバータ１がゲートブロックした時に、出力フィルタ４、三相き電ケーブル２、地絡事故が発生したき電セクション三相推進コイル５、及びアースとで形成された閉回路の健全相の共振周波数ｆｎに基づいて、前記き電セクション三相推進コイル５の一端から地絡点までの距離ｘｃを標定する方法と装置を説明した。次に、前記閉回路の非健全相の共振周波数ｆｆに基づいて、前記き電セクション三相推進コイル５の一端から地絡点までの距離ｘｃを標定する方法を説明する。
【００２３】
非健全相の閉回路の総インダクタンスは、出力フィルタのインダクタンスＬ、地絡事故が発生したき電セクションまでの三相き電ケーブルのインダクタンスｄｆ  Ｌｆ 、及び三相き電ケーブルとの接続点Ｕ２から地絡点ＰまでのＵ相の推進コイルのインダクタンスｘｃＬｃ／ｄｃの合計である。また、非健全相の閉回路の総キャパシタンスは、出力フィルタのキャパシタンスＣである。但し、Ｌｆ は三相き電線の単位距離当りの単位インダクタンス、Ｌｃは三相推進コイルの相毎の全インダクタンス、ｄｆ は地絡事故が発生したき電セクションまでの三相き電ケーブル距離、ｄｃ  は三相推進コイルの距離である。従って、非健全相の閉回路の共振周波数ｆｆは、数式３で与えられる。
【数３】
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【００２４】
数式３から、距離ｘｃは数式４で与えられる。
【数４】
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【００２５】
なお、健全相の閉回路の共振周波数の最小値ｆｍｉｎは、数式５で与えられる。これは、地絡点Ｐが共通接続点Ｚに発生した時の共振周波数である。
【数５】
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【００２６】
以上詳細に説明した通り、本発明はインバータ１の出力部に設けられている高調波低減用の出力フィルタ４のインダクタンス並びにキャパシタンスと地絡回路のインダクタンスとで形成された共振回路の共振を利用して、地絡点を標定するものである。ここに、前記地絡回路は、地絡事故が発生したき電セクションの三相推進コイルと当該き電セクションまでの三相き電ケーブル２を含む回路である。
【００２７】
なお、き電セクションの三相推進コイル５に地絡事故が発生した場合について詳細に説明したが、三相き電ケーブル２に地絡事故が発生した場合にも同様に共振周波数を検出することによって地絡点を標定することができる。また、三相き電ケーブル２にはインダクタンスだけでなく浮遊容量が存在するが、説明を複雑にしないために浮遊容量は無視した。しかしながら、実際のＬＳＭき電回路の地絡点を標定する場合には、三相き電ケーブル２の浮遊容量を考慮したものとなる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明により、ＬＳＭ方式を採用した磁気浮上式鉄道において、前記三相推進コイル及び三相き電ケーブルが地絡した際の地絡点標定を行う磁気浮上式鉄道用地絡点標定装置が提供された。
【００２９】
本発明はインバータ１の出力部に設けられている高調波低減用の出力フィルタ４のインダクタンス並びにキャパシタンスと地絡回路のインダクタンスとで形成された共振回路の共振を利用して地絡点を標定するものであるから、低価格の地絡点標定装置を構成することができる。また、地絡事故時の過渡現象そのものを利用するものであるから、通常の鉄道における直線的に配線された配電線回路に適用されている地絡点標定方法に比較しても、地絡点の標定に要する時間を大幅に短縮できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の磁気浮上式鉄道用地絡点標定装置のブロック回路図である。
【図２】本発明の磁気浮上式鉄道用地絡点標定の方法を説明するための回路図である。
【図３】本発明における地絡電流の周波数分析結果の一例を示したグラフで、縦軸は振幅値、横軸は周波数である。
【符号の説明】
１  インバータ
２  三相き電ケーブル
４  出力フィルタ
５  三相推進コイル
６  き電区分開閉器
７  制御装置
８  電流検出器
９  周波数検出器
１０  演算装置
Ｐ  地絡点
Ｚ  共通接続点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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