(57)【要約】  【課題】  電気鉄道の信号区間の区分点に設けられたレール絶縁部で発生するアーク放電を抑制する。  【解決手段】  電気鉄道の信号区分の境界に形成されるレール絶縁部の両端に接続されて前記両端間の電圧を検出する電圧検出回路と、入力操作によって作動電圧が設定される電圧調整回路と、前記レール絶縁部の両端に接続されて、前記電圧検出回路に検出された電圧が前記電圧調整回路に設定されている作動電圧を越えた場合に前記両端間を導通させてバイパス電流を流すとともに該バイパス電流のエネルギーを熱エネルギーに変換して放出する電力吸収回路とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気鉄道の信号区分の境界に形成されるレール絶縁部の両端に接続されて前記両端間の電圧を検出する電圧検出回路と、
入力操作によって作動電圧が設定される電圧調整回路と、
前記レール絶縁部の両端に接続されて、前記電圧検出回路に検出された電圧が前記電圧調整回路に設定されている作動電圧を越えた場合に前記両端間を導通させてバイパス電流を流すとともに該バイパス電流のエネルギーを熱エネルギーに変換して放出する電力吸収回路と、
を備えたことを特徴とする電気鉄道におけるアーク放電抑制装置。
【請求項２】
前記電圧検出回路および電力吸収回路は、インピーダンスボンドの接続に関係なくアーク放電を抑制することを特徴とする請求項１に記載の電気鉄道におけるアーク放電抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気鉄道におけるアーク放電抑制装置に関し、詳しくは隣り合う信号区間の境界となるレールの絶縁部に設置されて、絶縁部を電気車が通過するときに発生するアーク放電を抑制するアーク放電抑制装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気鉄道の軌道は車両の位置を検出するために一定長さの信号区間に分割されている。図５に示されるように、信号区間では、隣接する区間との区分点にレールの絶縁部２１，２２を設け、信号区間内の車両２３の有無を軌道回路により電気的に検知している。一方、電気車電流( 電気車のモータを駆動する電流）を区分点の前後に支障なく通過させるため、インピーダンスボンド２４，２５と呼ばれるトランスの中性タップを経由して隣接した信号区間のレールと接続している。なお、軌道回路の境界部分のように、ＡＴＣ信号の送出されない無信号区間を正確に判別して列車制御を行う技術として、特許文献１に記載の列車制御装置がある。
【特許文献１】特開平０９−１４２３０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このように、レールの絶縁部に、インピーダンスボンド２４，２５を設けたことで、絶縁部２１，２２を通過する電気車に支障なく電流を供給することができる。しかしながら、インピーダンスボンド２４，２５を設けたことにより、次の問題点がある。
（１）左右のレールに流れる電流i1，i2が等しくない場合、若しくは左右の車輪がそれぞれ絶縁部２２を通過する時刻に時間差がある場合には、インピーダンスボンド２５内に不平衡電流により磁束が発生するが、車輪が絶縁部２２を通過する際には、この磁束が急激に減少するため、主にインピーダンスボンド２５に蓄えられた磁気エネルギーが電気エネルギーに変換され、レールの絶縁部２２におけるレール端部と車輪との間にアーク放電が発生する。
（２）インピーダンスボンド２５とレールを結ぶ配線２６について、その配線が無接続もしくはインピーダンスが大きい場合には、電気車がレールの絶縁部２２を通過するときにレールに流れていた電気車電流が急激に減少するため、主にレールに蓄えられた磁気エネルギーが電気エネルギーに変換され、絶縁部２２におけるレール端部と車輪との間にアーク放電が発生する。
このように、レール端部と車輪との間にアーク放電が発生すると、レールを著しく溶損するだけでなく、騒音を発生して周辺住民に不快感を与えている。そのため、レールの絶縁部でのアーク放電の発生を抑制することが強く望まれていた。そこで、本発明は、電気鉄道の信号区間の区分点に設けられたレール絶縁部で発生するアーク放電を抑制することを目的とした。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明は、電気鉄道の信号区分の境界に形成されるレール絶縁部の両端に接続されて前記両端間の電圧を検出する電圧検出回路と、入力操作によって作動電圧が設定される電圧調整回路と、前記レール絶縁部の両端に接続されて、前記電圧検出回路に検出された電圧が前記電圧調整回路に設定されている作動電圧を越えた場合に前記両端間を導通させてバイパス電流を流すとともに該バイパス電流のエネルギーを熱エネルギーに変換して放出する電力吸収回路とを備えたことを特徴とする。
なお、前記電圧検出回路および電力吸収回路は、インピーダンスボンドの接続に関係なくアーク放電を抑制することが可能である。
【発明の効果】
【０００５】
以上述べたように本発明によれば、電気鉄道の信号区分の境界に形成されるレール絶縁部の両端間の電圧を検出し、その検出電圧が予め設定されている作動電圧を越えたら両端間を導通させて、両端間の電圧を所定電圧以下に保持するようにしたことで、レール絶縁部でのアーク放電の発生が抑制されるようになる。その結果、従来技術では不可能であった左右のレールに流れる電流が等しくない場合、または、左右の車輪の絶縁部通過に時間差がある場合、およびインピーダンスボンドが設置できない箇所またはインピーダンスボンドとレール間のインピーダンスが大きい箇所でのアーク発生を抑制することが可能となる。さらに、本発明に電圧調整回路を備えたことで、軌道回路の動作電圧に応じて、アーク放電抑制装置の動作開始電圧を、部品交換によらずその場で調整することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、図に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明に係るアーク放電抑制装置を電気鉄道のレールに接続した状態を示す回路図である。図において、レールの信号区分の境界には、レール絶縁部１，２が形成され、それら絶縁部１，２の両端には、インピーダンスボンド３，４が接続されている。このレール絶縁部２の両端には、アーク放電抑制装置５が接続されている。アーク放電抑制装置５は、電圧検出回路６、電圧調整回路７、電力吸収回路８により構成されている。電圧検出回路６は、上流レールと下流レールの電位差を監視し、これがあらかじめ電圧調整回路７により設定されている電圧を超えると、電力吸収回路８の動作を開始させる。電力吸収回路８では、レール間の電圧を電圧調整回路７により設定されている一定の電圧に保ちながら電流（バイパス電流）を流すことにより、エネルギーを熱に変換し吸収する。
【０００７】
以上のように構成されたアーク放電抑制装置５により、アーク発生のきっかけとなるレール電流の変化分またはインピーダンスボンド４の不平衡電流の変化分を電力吸収回路８内にバイパスさせながらエネルギーを吸収し、導電性の高いアークプラズマの発生を阻止しアーク放電を抑制することが可能である。ここで、電圧調整回路７を適切に設定すれば、本発明のアーク放電抑制装置５を接続しなかったときにアークに流れていた電流の大半は電力吸収回路８に流れる。するとバイパス電流の二乗と電力吸収回路８の抵抗値の積に比例したジュール熱が発生するので、その熱量分のエネルギーが電力吸収回路８に吸収される。
【０００８】
図２はアーク放電抑制装置５の他の構成例を示す回路図である。図では、電圧検出回路として整流用ダイオード１１、電圧調整回路として安定化電源１２、電力吸収回路としてコンデンサ１３および抵抗１４を使用して構成した例であり、回路設計が容易である。
【０００９】
図３はアーク放電抑制装置５のさらに他の構成例を示す回路図である。図では、電圧検出回路として差動増幅器１７、電圧調整回路として安定化電源および可変抵抗１８、電力吸収回路として電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１９を使用して構成した例であり、大容量のＦＥＴを用いた場合に装置の小型化が可能である。なお、図中のC1, C2, C3は電源電圧の急速な変動を抑制するコンデンサである。R1はLED（基準電圧を発生する素子）への供給電流値を決定する抵抗器である。R2は電圧検出回路を構成するQ1,Q2(差動増幅器) が、基準電圧とレール電圧の差を増幅する倍率を決定付ける抵抗器である。R3は本回路の電源電圧をトランジスタQ4（電源低下検出回路）に伝達する抵抗器である。R4はトランジスタQ1, Q2を差動増幅器として動作させるためにトランジスタ相互に負帰還を行なう抵抗器である。R5,R6,R7,R8はレール電圧に比例した電圧を電圧検出回路に伝達する抵抗器である。R9,R10は、電源電圧が低下し、かつ異常なレール電圧が発生したときに、電力吸収回路を電圧検出回路によらず動作させるための抵抗器である。R11, R12は電力吸収回路のFETの応答速度を調整する抵抗器である。R13は電力を吸収させるための抵抗器である。Q1,Q2は差動増幅器である。Q3はエミッタホロアである。
【００１０】
可変抵抗R7の可動点の電位は上流レールと下流レール間の電位差に比例する。これが設定した電圧以上になると、差動増幅器の効果により、Q1がOFF 、Q2がONとなりエミッタホロアQ3のベース電位が上昇する。すると、Q3のベース電位と電力吸収回路のFETのゲート電位が等しくなるまでFETのゲート電流が供給され、FETがONし、電流がR13 からFETへと流れ、R13とFETの抵抗分で電気的エネルギーを熱エネルギーに変換し消費させる。R9の一端は、電源電圧が正常な場合はトランジスタQ4（電源低下検出回路）により接地されているが、電源電圧が低下すると開放される。このため電源低下時にレール電圧が一定値以上に上昇した場合、電圧検出回路によらず電力吸収回路のFET を導通させFET を高電圧から保護する。
【００１１】
この回路ではレール間の電位差が一定値を超えないようにFETの抵抗分が自動的に増減されるので、動作中はバイパス電流値によらずレール継ぎ目間はほぼ一定の電圧となる。したがってレール側から本回路を見ると、動作中にはあたかも静電容量の大きいコンデンサが接続されたような電気的状態になっている。
【００１２】
図４は本発明に係るアーク放電抑制装置における設定電圧と発生したアーク光量の関係を示すグラフである。図示されるように、アークを発生させないためには設定電圧を１５ボルト以下にすればよい。しかしながら、本装置の設置により軌道回路の動作に悪影響を与えないようにするためには、電力吸収回路の動作電圧を、軌道回路の動作電圧より高く設定する必要がある。
【００１３】
このように構成された本発明のアーク放電抑制装置により次のような効果が得られる。（１）従来のアーク抑制技術は、左右のレールに流れる電気車電流がいかなる場合にも等しいという条件下でのみ成立するが、実際にはこの条件が満たされない場合が多く、かなりの頻度でアークが発生している。本発明の装置では、アーク発生点でのレール間の電圧を直接検出しアーク開始電圧以上に上昇することを抑制するので、前述の条件の成否は問題にならない。
（２）従来のアーク抑制技術ではインピーダンスボンドの一次巻線と二次巻線の両方がレールと結線されているかどうか、また接続線のインピーダンスの大きさがアーク抑制効果に影響したが、本発明の装置はアーク発生点に直接接続されるので、それらは問題にならない。
（３）本発明による装置では動作開始電圧を部品交換によらずその場で任意に設定できる。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
本発明は、インピーダンスボンドが接続されたレール絶縁部に設置される以外には、インピーダンスボンドが接続されていないレール絶縁部にも設置可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るアーク放電抑制装置を電気鉄道のレールに接続した状態を示す回路図である。
【図２】アーク放電抑制装置の他の構成例を示す回路図である。
【図３】アーク放電抑制装置のさらに他の構成例を示す回路図である。
【図４】アーク放電抑制装置における設定電圧と発生したアーク光量の関係を示すグラフである。
【図５】従来の電気鉄道におけるレールの絶縁部を示す図である。
【符号の説明】
【００１６】
１，２  レール絶縁部
３，４  インピーダンスボンド
５  アーク放電抑制装置
６  電圧検出回路
７  電圧調整回路
８  電力吸収回路
１１  整流用ダイオード
１２  安定化電源
１３  コンデンサ
１４  抵抗
１７  差動増幅器
１８  安定化電源および可変抵抗
１９  電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）
C1〜C3  コンデンサ
Q1,Q2 トランジスタ（差動増幅器）
Q3  エミッタホロア
Q4  トランジスタ（電源低下検出回路）
R1〜R13 抵抗器
【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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