(57)【要約】      （修正有）【課題】保護線の絶縁劣化及び隣接する電車線路支持柱近傍のき電線に対する雷撃による影響を受けず、雷撃による電圧に耐える直流電車線路の保護線用素子及び高抵抗地絡検出システムを提供する。【解決手段】直流電車線路の保護線用素子３０５Ａは、直流電気鉄道の高抵抗地絡検出システムにおける保護線１００に対してき電線１５０からの地絡電流を流すために用いる保護線用素子３０５Ａであり、第１のバリスタ３０５Ａ−２と、第１のバリスタ３０５Ａ−２と並列回路を構成するダイオード３０５Ａ−１と、並列回路と直列に接続される第２のバリスタ３０５Ａ−３とを有し、ダイオード３０５Ａ−１のアノード側の端子がき電線１５０側に接続され、カソード側の端子が保護線１００に接続される。【選択図】図１
2016000577.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電気鉄道の高抵抗地絡検出システムにおける保護線に対してき電線からの地絡電流を流す直流電車線路の保護線用素子であり、
第１のバリスタと、
前記第１のバリスタと並列回路を構成するダイオードと、
前記並列回路と直列に接続される第２のバリスタと
を有し、
前記ダイオードのアノード側の端子が前記き電線側に接続され、カソード側の端子が前記保護線に接続される
ことを特徴とする直流電車線路の保護線用素子。
【請求項２】
前記第１のバリスタのバリスタ電圧が前記ダイオードの逆方向における耐圧より低い
ことを特徴とする請求項１に記載の直流電車線路の保護線用素子。
【請求項３】
前記第２のバリスタのバリスタ電圧が前記き電線の最低電圧より低い
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直流電車線路の保護線用素子。
【請求項４】
前記第１のバリスタのバリスタ電圧と第２のバリスタのバリスタ電圧の和が電車線の最高電圧より高い
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の直流電車線路の保護線用素子。
【請求項５】
前記並列回路において、前記ダイオードに対して抵抗が直列に介挿されている
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の直流電車線路の保護線用素子。
【請求項６】
き電線が碍子を介して接続された電車線支持柱に一端が接続され、他端が保護線に対して接続された保護線用素子と、
一端が前記保護線の一端に接続され、他端がレールに接続された保護線用抵抗器と、
前記保護線用抵抗器に対し、前記保護線の一端と前記レールとの間に並列に接続された保護線電圧リレーと
を備え、
前記保護線用素子が請求項１から請求項５のいずれか一項の直流電車線路の保護線用素子が用いられ、
前記保護線用抵抗器の端子間電圧が、前記保護線電圧リレーに予め設定された電圧を超えた場合、前記保護線電圧リレーが、前記き電線と前記き電線に対してき電電圧を供給する整流器との間を遮断する
ことを特徴とする高抵抗地絡検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電車線路の給電回路（き電回路）の地絡から電車線路及び電車線路に設けられた設備機器等の損傷を防止するための直流電気鉄道の高抵抗地絡検出システムにおける保護線に対してき電線からの地絡電流を流すために用いる直流電車線路の保護線用素子及び高抵抗地絡検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気鉄道における直流電化区間の給電回路（直流き電回路ともいう）の電線は、直流の高電圧が印加されており、碍子等の絶縁体を用いて大地および支持柱から絶縁されている。また、導電性飛来物や雷などの原因により給電回路の電気的絶縁が破れたとき、これを地絡といい、支持柱には直流高電圧が印加され、地絡電流が支持柱を経由して大地へ流出する。このときの地絡電流が、電車や電気機関車が走行するために消費する電流よりも小さいと、給電回路に給電する直流変電所では地絡電流を検知することができない。さらに、電源が直流であるがゆえに、絶縁が破れた場所に生じた直流アーク放電が長時間持続することがある。これらの結果により、碍子の沿面のアークの熱で碍子が割損して給電回路の電線が垂下したり、支持柱が溶損したりする場合や、地絡点近傍に設置された電車線路の設備機器である電力、通信及び信号設備等に絶縁破壊等の障害が生じる場合がある。これらの障害の対策として、給電回路からき電線に対する高電圧大電流を遮断する必要がある。
【０００３】
上述の対策において、図５に示すように、直流き電回路において、給電回路（き電回路）の近傍に金属線路からなる保護線１００を設け、この保護線１００をレール１０１Ａ（１０１Ｂ）に対し、保護線用抵抗器２００Ａ（２００Ｂ）と保護線電圧リレー２０１Ａ（２０１Ｂ）との並列回路を介して接続している。図５は、従来の直流電気鉄道の高抵抗地絡検出システムの構成を示している。また、保護線１００を抵抗３０１Ａ（３０１Ｂ）とダイオード３０２Ａ（３０２Ｂ）の直列回路を介して、電車線路支持柱３００Ａに接続していた。ここで、ダイオード３０２Ａの向きは、アノードが電車線路支持柱３００Ａ側であり、カソードが保護線１００側である。
【０００４】
また、同様に、抵抗３０１Ｂとダイオード３０２Ｂとの直列回路を、電車線路支持柱３００Ｂと保護線１００との間に介挿する。ダイオード３０２Ｂの向きは、アノードが電車線路支持柱３００Ｂ側であり、カソードが保護線１００側である。
このような構成によって、き電回路における電車線路支持柱３００Ａ近傍で地絡が発生すると、電車線路支持柱３００Ａ（３００Ｂ）を介してき電線１５０の電圧が抵抗３０１Ａ（３０１Ｂ）とダイオード３０２Ａ（３０２Ｂ）の直列回路に対して与えられる。
【０００５】
これにより、抵抗３０１Ａ（３０１Ｂ）とダイオード３０２Ａ（３０２Ｂ）の直列回路を介して、保護線１００にき電線１５０の電圧が印加される。保護線１００に対してき電線１５０の電圧が印加されることにより、保護線１００から保護線用抵抗器２００Ａ（２００Ｂ）を介してレール１０１Ａ（１０１Ａ）に電流が流れる。そして、保護線電圧リレー２０１Ａ（２０１Ｂ）は、予め設定された閾値電圧となると、オン状態となり、遮断器２０５Ａ（２０５Ｂ）に対して遮断信号を出力する。
【０００６】
遮断器２０５Ａは、遮断信号が供給されることにより、変電所の整流器２０６Ａ（２０６Ａ）とき電線１５０との接続を遮断する。これにより、電車線路における設備における障害の発生を防止している（例えば、非特許文献１参照）。
また、保護線１００の電圧がき電線１５０の電圧となっても、ダイオード３０２Ｂ（３０２Ａ）により、電車線路支持柱３００Ａ（３００Ｂ）に対して保護線１００から電流が流れ込むことが無くなる。
これにより、電車線路支持柱３００Ａ（３００Ｂ）近傍で発生した地絡の影響が、隣接する電車線路支持柱３００Ｂ（３００Ａ）に対して及ぶことはない。
【０００７】
しかしながら、ダイオード３０２Ａ（３０２Ｂ）の制限抵抗として、高抵抗の抵抗３０１Ａ（３０１Ｂ）を用いるため、環境要因によって保護線１００が絶縁劣化することにより、保護線１００から電流がリークすることになる。このため、電車線路支持柱３００Ａ近傍で地絡が発生しても、保護線電圧リレー２０１Ａ（２０１Ｂ）に対して閾値電圧を超える電圧が印加されなくなる。
【０００８】
また、電車線路支持柱３００Ａ（３００Ｂ）近傍に雷撃（落雷）があると、ダイオード３０２Ａ（３０２Ｂ）に対し、き電線１５０の電圧より非常に高い電圧が印加され、ダイオード３０２Ａ（３０２Ｂ）が破壊されることになる。この結果、以降の保護線１００による地絡の検出ができなくなってしまう。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】阿部智、伊東利勝、伊藤二朗、伊藤健、”電圧検知式接地故障検出装置の開発”、平成６年電気学会産業応用部門全国大会
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたもので、隣接する電車線路支持柱近傍のき電線に対する雷撃による影響を受けず、雷撃による電圧に耐える直流電車線路の保護線用素子及び高抵抗地絡検出システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の直流電車線路の保護線用素子は、直流電気鉄道の高抵抗地絡検出システムにおける保護線に対してき電線からの地絡電流を流す保護線用素子であり、第１のバリスタと、前記第１のバリスタと並列回路を構成するダイオードと、前記並列回路と直列に接続される第２のバリスタとを有し、前記ダイオードのアノード側の端子が前記き電線側に接続され、カソード側の端子が前記保護線に接続されることを特徴とする。
【００１２】
本発明の直流電車線路の保護線用素子は、前記第１のバリスタのバリスタ電圧が前記ダイオードの逆方向における耐圧より低いことを特徴とする。
【００１３】
本発明の直流電車線路の保護線用素子は、前記第２のバリスタのバリスタ電圧が前記き電線の最低電圧より低いことを特徴とする。
本発明の直流電車線路の保護線用素子は、前記第１のバリスタのバリスタ電圧と第２のバリスタのバリスタ電圧の和が電車線の最高電圧より高いことを特徴とする。
【００１４】
本発明の直流電車線路の保護線用素子は、前記並列回路において、前記ダイオードに対して抵抗が直列に介挿されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の高抵抗地絡検出システムは、き電線が碍子を介して接続された電車線支持柱に一端が接続され、他端が保護線に対して接続された保護線用素子と、一端が前記保護線の一端に接続され、他端がレールに接続された保護線用抵抗器と、前記保護線用抵抗器に対し、前記保護線の一端と前記レールとの間に並列に接続された保護線電圧リレーとを備え、前記保護線用素子が上記いずれか一つの直流電車線路の保護線用素子が用いられ、前記保護線用抵抗器の端子間電圧が、前記保護線電圧リレーに予め設定された電圧を超えた場合、前記保護線電圧リレーが、前記き電線と前記き電線に対してき電電圧を供給する整流器との間を遮断することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、隣接する電車線路支持柱近傍のき電線に対する雷撃による影響を受けず、雷撃による電圧に耐える直流電車線路の保護線用素子及び高抵抗地絡検出システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態による直流電気鉄道の高抵抗地絡検出システムの構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態における保護線用素子３０５ＡのＶ−Ｉ特性のグラフを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態における保護線用素子３０５Ａの変形例を示す図である。
【図４】ダイオード３０５Ａ＿１の代わりに、複数のダイオードから構成されるダイオード群３０５Ａ＿５を用いた場合を示す図である。
【図５】従来の直流電気鉄道の高抵抗地絡検出システムの構成を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態による直流電気鉄道の高抵抗地絡検出システムを図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態による保護線用素子を用いた直流電気鉄道の高抵抗地絡検出システムの構成例を示すブロック図である。
電車線路の領域に含まれる高抵抗地絡検出システムの構成から説明する。
電車線路支持柱３００Ａ及び電柱線路支持柱３００Ｂの各々は、鉄柱、鋼管柱あるいはビームである。電車線路支持柱３００Ａには、上部にロッド状の上部腕部材３０１Ａが略水平に取り付けられている。この上部腕部材３０１Ａには、碍子３０３Ａを介して電車線（トロリー線）に電気を送るき電線１５０が取付けられている。電車線路支持柱３００Ａには、下部にロッド状の下部腕部材３０２Ａが略水平に取り付けられている。この下部腕部材３０２Ａには、碍子３０４Ａを介して保護線１００が取付けられている。
【００１９】
保護線用素子３０５Ａは、下部腕部材３０２Ａと保護線１００との間に、碍子３０４Ａと並列に設けられている。保護線用素子３０５Ｂは、下部腕部材３０２Ｂと保護線１００との各々に電気的に接続して、機械的に十分な強度で取り付けることができる金具であれば、どのような形状の部材を用いても良い。例えば、碍子３０４ＢにＳ状ホーンを取り付けて、このＳ状ホーンのそれぞれの端子間に介挿させたり、あるいはねじで下部腕部材３０２Ｂと保護線１００との各々に締結する構成でも良い。ここで、上部腕部材３０１Ａ及び下部腕部材３０２Ａの各々は、導電性を有する金属で構成されている。下部腕部材３０２Ａは、電車線路支持柱３００Ａにおいて、上部腕部材３０１Ａの下側に設けられている。また、電車線路支持柱３００Ａがコンクリート柱の場合、上部腕部材３０１Ａ及び下部腕部材３０２Ａの各々は、金属で構成される地絡導体５００Ａで電気的に接続されている。
【００２０】
保護線用素子３０５Ａは、ダイオード３０５Ａ＿１、バリスタ３０５Ａ＿２及びバリスタ３０５Ａ＿３の各々から構成されている。バリスタ３０５Ａ＿２は、例えば、酸化亜鉛バリスタを用いている。ダイオード３０５Ａ＿１は例えばＳi（シリコン）ダイオードである。ダイオード３０５Ａ＿１は、アノードが下部腕部材３０２Ａに接続され、カソードがバリスタ３０５Ａ＿３の一方の端子に接続されている。すなわち、ダイオード３０５Ａ＿１の向きは、アノードが電車線路支持柱３００Ａ側であり、カソードが保護線１００側である。また、バリスタ３０５Ａ＿２は、ダイオード３０５Ａ＿１と並列接続の回路を構成し、一方の端子が下部腕部材３０２Ａに接続され、他方の端子がバリスタ３０５Ａ＿３の一方の端子に接続されている。バリスタ３０５Ａ＿３は、他方の端子が保護線１００に接続されている。
【００２１】
同様に、電車線路支持柱３００Ｂには、上部にロッド状の上部腕部材３０１Ｂが略水平に取り付けられている。この上部腕部材３０１Ｂには、碍子３０３Ｂを介して電車線に電気を送るき電線１５０が取付けられている。電車線路支持柱３００Ｂには、下部にロッド状の下部腕部材３０２Ｂが略水平に取り付けられている。この下部腕部材３０２Ｂには、碍子３０４Ｂを介して保護線１００が取付けられている。保護線用素子３０５Ｂは、下部腕部材３０２Ｂと保護線１００との間に、碍子３０４Ｂと並列に設けられている。保護線用素子３０５Ｂは、下部腕部材３０２Ｂと保護線１００との各々に電気的に接続して、機械的に十分な強度で取り付けることができる金具であれば、どのような形状の部材を用いても良い。例えば、碍子３０４ＢにＳ状ホーンを取り付けて、このＳ状ホーンのそれぞれの端子間に介挿させたり、あるいはねじで下部腕部材３０２Ｂと保護線１００との各々に締結する構成でも良い。ここで、上部腕部材３０１Ｂ及び下部腕部材３０２Ｂの各々は、導電性を有する金属で構成されている。下部腕部材３０２Ｂ、電車線路支持柱３００Ｂにおいて、上部腕部材３０１Ｂの下側に設けられている。また、電車線路支持柱３００Ｂがコンクリート柱の場合、上部腕部材３００Ｂ及び下部腕部材３０２Ｂの各々は、金属で構成される地絡導体５００Ｂで電気的に接続されている。
【００２２】
保護線用素子３０５Ｂは、ダイオード３０５Ｂ＿１、バリスタ３０５Ｂ＿２及びバリスタ３０５Ｂ＿３の各々から構成されている。バリスタ３０５Ｂ＿２は、例えば、酸化亜鉛バリスタを用いている。ダイオード３０５Ｂ＿１は、アノードが下部腕部材３００Ｂに接続され、カソードがバリスタ３０５Ｂ＿３の一方の端子に接続されている。すなわち、ダイオード３０５Ｂ＿１の向きは、アノードが電車線路支持柱３００Ｂ側であり、カソードが保護線１００側である。また、バリスタ３０５Ｂ＿２は、ダイオード３０５Ｂ＿１と並列接続の回路を構成し、一方の端子が下部腕部材３０２Ｂに接続され、他方の端子がバリスタ３０５Ｂ＿３の一方の端子に接続されている。バリスタ３０５Ｂ＿３は、他方の端子が保護線１００に接続されている。
【００２３】
次に、変電所の領域に含まれる高抵抗地絡検出システムの構成を説明する。
変電所Ａの領域における高抵抗地絡検出システムの構成は、保護線用抵抗器２００Ａ、保護線電圧リレー２０１Ａ、遮断器２０５Ａ及び整流器２０６Ａの各々を備えている。保護線用抵抗器２００Ａは、一端が保護線１００の一端に接続され、他端がレール１０１Ａに接続されている。保護線電圧リレー２０１Ａは、保護線用抵抗器２００Ａと並列に設けられ、一端が保護線１００の一端に接続され、他端がレール１０１Ａに接続されている。遮断器２０５Ａは、一端がき電線１５０の一端に接続され、他端が整流器２０６Ａの出力端に接続されている。整流器２０６Ａは、入力端がレール１０１Ａに接続されている。すなわち、遮断器２０５Ａ及び整流器２０６Ａの直列回路が、き電線１５０の一端とレール１０１Ａとの間に介挿されている。
【００２４】
変電所Ｂの領域における高抵抗地絡検出システムの構成は、保護線用抵抗器２００Ｂ、保護線電圧リレー２０１Ｂ、遮断器２０５Ｂ及び整流器２０６Ｂの各々を備えている。保護線用抵抗器２００Ｂは、一端が保護線１００の他端に接続され、他端がレール１０１Ｂに接続されている。保護線電圧リレー２０１Ｂは、保護線用抵抗器２００Ｂと並列に設けられ、一端が保護線１００の他端に接続され、他端がレール１０１Ｂに接続されている。遮断器２０５Ｂは、一端がき電線１５０の他端に接続され、他端が整流器２０６Ｂの出力端に接続されている。整流器２０６Ｂは、入力端がレール１０１Ｂに接続されている。すなわち、遮断器２０５Ｂ及び整流器２０６Ｂの直列回路が、き電線１５０の他端とレール１０１Ｂとの間に介挿されている。
【００２５】
次に、本実施形態における保護線用素子３０５Ａについて説明する。以下、き電線の直流電圧がＤＣ１５００Ｖとして説明を行う。
保護線用素子３０５Ａについては、以下に示す特定を満足する必要がある。
電車線路支持柱３００Ａに地絡が発生した場合、保護線用素子３０５Ａは、確実に放電（すなわち導通）して続流を通電できる必要がある。
また、電車線路支持柱３００Ｂに地絡が発生した場合、地絡が発生していない電車線路支持柱３００Ａにおいて、保護線用素子３０５Ａは、逆せん絡が発生しないようにし、発生したとしても保護線が直接に接地されない特性を有する必要がある。ここで、逆せん絡とは、電車線路支持柱３００Ａから見て、隣接する電車線路支持柱３００Ｂが地絡を発生した場合を示している。
【００２６】
上述した理由により、保護線用素子３０５Ａは、以下に示す条件を満足する構成でなくてはならないことが判る。
ａ．電車線路支持柱３００Ａを含むき電線１５０を支持する支持物に地絡があった場合、導通して保護線１００に対し、き電線１５０の電圧（例えば、標準電圧ＤＣ１５００Ｖの場合においては、電車線の最低電圧ＤＣ９００Ｖから電車線の最高電圧ＤＣ１８００Ｖまでの間））を伝達する。すなわち、直流電圧の電圧レベルの如何によって、導通状態及び絶縁状態が切り替わる特性を有する。
【００２７】
ｂ．変電所Ａのレール１０１Ａの電位が変化する（例えば、通常列車運行時にＤＣ±２００Ｖmax程度）と、保護線１００にも対地電位が生じるが、このとき導通しないことが望ましい。また、直流電圧が印加された状態でなんらかのサージが印加された状態でも続流を流さないことが望ましい。このため、保護線用素子３０５Ａは、導通時にほぼ一定の電圧降下があるバリスタ（例えば酸化亜鉛バリスタ）の使用を基本とする必要がある。
【００２８】
ｃ．保護線１００の対地電位は、き電線１５０の電圧降下、故障点の空間のアーク電圧、地絡箇所の電車線路支持柱３００Ａの接地抵抗、レール１０１Ａの特性抵抗の各々の按分で決定される。したがって、保護線１００の対地電位は正または負のいずれの状態にもなり得る。保護線１００の対地電位は、概して正であるが、レール１０１Ａの特性抵抗を無限大と仮定すると、負の電位となる。このため、保護線用素子３０５Ａは、印加される電圧の方向が下部腕部材３０２Ａから保護線１００の向きである場合、導通し易く、逆に保護線１００から下部腕部材３０２Ａの向きである場合、導通し難いことが望ましい。
【００２９】
すなわち、保護線用素子３０５Ａは、Ｖ−Ｉ特性が非対称特性とする。バリスタを用いることにより、順方向にも相当量の電圧降下を持たせることができ、保護線１００の対接地電位が若干負の場合にも容易に導通しないため、都合が良くなる。また、変電所Ａ構内での地絡時には、レール１０１Ａの電位が最も低下した場合に最悪−１５００Ｖとなり、保護線用抵抗器２００Ａを介して保護線１００の対地電圧も負になる。この場合、保護線用素子３０５Ａに電流が流れることを許容する必要があるが、順方向にも相当量の電圧降下を持たせることができるため、保護線用素子３０５Ａに流れる電流を低下させることができる。
【００３０】
ｄ．保護線用素子３０５Ａは、誘導雷（雷撃）程度では壊れないことが望ましい。しかしながら、直撃雷の場合においては、保護線用素子３０５Ａの短絡モードでの焼損損傷を予め設定された漏洩電流値まで許容する。
【００３１】
上述したａからｄまでの理由により、本実施形態における保護線用素子３０５Ａは、図１に示すダイオード３０５Ａ＿１及びバリスタ３０５Ａ＿２の並列回路に対し、バリスタ３０５Ａ＿３が直列に接続された構成となる。
図２は、本発明の一実施形態における保護線用素子３０５ＡのＶ−Ｉ特性のグラフを示す図である。図２において、横軸が下部腕部材３０２Ａから保護線１００に対して印加される電圧を示し、縦軸が保護線用素子３０５Ａに流れる電流を示している。図２に示すように、印加される電圧の方向が下部腕部材３０２Ａから保護線１００の向きである場合、電圧Ｖpで電流Ｉが保護線用素子３０５Ａに流れ始める。一方、印加される電圧の方向が保護線１００から下部腕部材３０２Ａの向きである場合、電圧Ｖmで電流Ｉが保護線用素子３０５Ａに流れ始める。ここで、電圧Ｖpは、バリスタ３０５Ａ＿３のバリスタ電圧（バリスタが動作する電圧）である。
【００３２】
一方、電圧Ｖmは、バリスタ３０５Ａ＿２のバリスタ電圧とバリスタ３０５Ａ＿３のバリスタ電圧との加算値である。バリスタ３０５Ａ＿２は、バリスタ３０５Ａ＿３よりバリスタ電圧の高いバリスタを用いる。これにより、誘導雷電流がダイオード３０５Ａ＿１の逆方向に通過する際、バリスタ３０５Ａ＿２がバイパスとなって誘導雷電流を流すため、ダイオード３０５Ａ＿１の損傷を防止する。したがって、バリスタ３０５Ａ＿２のバリスタ電圧は、ダイオード３０５Ａ＿１の逆方向耐圧より低く設定されている。また、ダイオード３０５＿１と直列に接続されるバリスタ３０５Ａ＿３は、バリスタ電圧及び抵抗値が高すぎると続流が流れなくなるため、実験による測定により、続流が流れるバリスタ電圧、抵抗値及びダイオードの定格電流値が設定される。
【００３３】
一例として、本実施形態の場合、き電線１５０の標準電圧をＤＣ１５００Ｖとしているため、バリスタ３０５Ａ＿２は、バリスタ電圧が１８００Ｖの酸化亜鉛バリスタを用いる。バリスタ３０５Ａ＿３は、バリスタ電圧が５００Ｖの酸化亜鉛バリスタを用いる。ダイオード３０５Ａ＿１は、逆方向電圧の耐圧が少なくともバリスタ３０５Ａ＿２のバリスタ電圧より高いものを用いる。
これにより、図２において、電圧Ｖpはバリスタ３０５Ａ＿３のバリスタ電圧５００Ｖとなり、Ｖmはバリスタ３０５Ａ＿３のバリスタ電圧５００Ｖとバリスタ３０５Ａ＿２のバリスタ電圧１８００Ｖを加算した２３００Ｖとなる。
【００３４】
この結果、電車線路支持柱３００Ａが地絡した場合、保護線用素子３０５Ａにおける下部腕部材３０２Ａに接続された一端と、保護線用素子３０５Ａにおける保護線１００に接続された他端との電位差が５００Ｖ以上となれば、下部腕部材３０２Ａから保護線１００に対して地絡による電流が流れる。
一方、電車線路支持柱３００Ａに隣接した電車線路支持柱３００Ｂが地絡し、保護線用素子３０５Ｂを介して保護線１００に地絡による電流が流れた場合、保護線用素子３０５Ａにおける下部腕部材３０２Ａに接続された一端と、保護線用素子３０５Ａにおける保護線１００に接続された他端との電位差が−２３００Ｖ以下となるまで、保護線１００から保護線用素子３０５Ａを介して下部腕部材３０２Ａに対して、地絡による電流が流れない。
また、保護線用素子３０５Ｂについては、上述した保護線用素子３０５Ａと同様の構成のため、説明を省略する。
【００３５】
次に、図１を参照して、本実施形態の直流電気鉄道の保護線用素子を用いた高抵抗地絡検出システムの動作を説明する。以下、電車線路支持柱３００Ａに雷撃による地絡が発生したとして説明を行う。
電車線路支持柱３００Ａ近傍で地絡が発生すると、電車線路支持柱３００Ａ及び下部腕部材３０２Ａを介して、き電線１５０の電圧が印加される。これにより、保護線用素子３０５Ａを介して、すなわちダイオード３０５Ａ＿１及びバリスタ３０５Ａ＿３を介して、保護線１００に対してき電線１５０の電圧からバリスタ３０５Ａ＿３の電圧降下分を差し引いた電圧が印加される。
【００３６】
これにより、保護線１００から保護線用抵抗器２００Ａを介してレール１０１Ａに電流が流れる。そして、保護線用抵抗器２００Ａの電圧降下により、保護線用抵抗器２００Ａの両端に、計測電圧が発生する。保護線電圧リレー２０１Ａは、この発生した計測電圧が予め設定された閾値電圧を超えると、オン状態となる。そして、保護線電圧リレー２０１Ａからオン状態となることにより、遮断器２０５Ａに対して遮断信号が与えられる。すなわち、保護線電圧リレー２０１Ａは、遮断器２０５Ａに対して遮断信号を出力する。
遮断器２０５Ａは、保護線電圧リレー２０１Ａから遮断信号が供給されることにより、変電所の整流器２０６Ａとき電線１５０との接続を遮断する。これにより、電車線路における設備における障害の発生を防止する。
【００３７】
このとき、保護線１００の電位は、バリスタ３０５Ａ＿３の電圧降下分があるため、き電線１５０の電圧より低い電位となる。このため、隣接する電車線路支持柱３００Ｂに配設されている保護線用素子３０５Ｂに対して電流が流れることを抑制する。すなわち、ダイオード３０５Ｂ＿１に対しては逆方向であり、保護線１００の電圧がき電線１５０の電圧より低く、かつ電圧バリスタ３０５Ｂ＿２及びバリスタ３０５Ｂ＿３の直列接続により、バリスタ電圧がき電線１５０の電圧より高いためである。
【００３８】
また、変電所Ａにおいて地絡が発生し、レール１０１Ａが負の高電圧となった場合、保護線用素子３０５Ａから、保護線１００及び保護線用抵抗器２００Ａを介して、レール１０１Ａに対して地絡電流が流れる。すなわち、保護線用素子３０５Ａにおけるダイオード３０５Ａ＿１及びバリスタ３０５Ａ＿３に地絡電流が流れる。
しかしながら、保護線用素子３０５Ａにおける電流値は、保護線用抵抗器２００Ａ及び保護線用抵抗器２００Ｂの抵抗値により制限される。この結果、ダイオード３０５Ａ＿１の地絡電流による劣化を低減することができる。上述した動作は、保護線用素子３０５Ｂについても、保護線用素子３０５Ａと同様のため、説明を省略する。
【００３９】
上述したように、本実施形態は、ダイオード３０５Ａ＿１及びバリスタ３０５Ａ＿２の並列回路に対し、バリスタ３０５Ａ＿３が直列に接続された構成の保護線用素子３０５Ａとしている。このため、本実施形態によれば、導通開始電圧が正と負とで非対称となり、負側がき電線の最高電圧よりも高い電圧であるため、隣接した他の電車線路支持柱の雷撃により導通して電流が流れることはない。一方、本実施形態によれば、雷撃により負側に高い電圧が印加された場合、ダイオード３０５Ａ＿１ではなく、バリスタ電圧がダイオード３０５Ａ＿１の逆方向電圧より低いバリスタ３０５Ａ＿２に地絡に対して直流電流が流れることで、ダイオード３０５Ａ＿１の地絡による直流電流による劣化を抑制することができる。
【００４０】
また、本実施形態によれば、保護線用素子３０５Ａを用いることにより、隣接した電車線路支持柱３００Ｂが地絡し、保護線用素子３０５Ｂを介して保護線１００に地絡による電流が流れ、保護線１００の電位が上昇しても、バリスタ３０５Ａ＿２及びバリスタ３０５Ａ＿３の各々のバリスタ電圧を加算した電圧以上とならなければ、保護線用素子３０５Ａに電流が流れることは無く、保護線１００の電位が下降して、変電所Ｂにおいて地絡の検出ができなくなるという問題を防止することができる。
【００４１】
また、本実施形態によれば、保護線用素子３０５Ａを用いることにより、変電所Ａにおいて地絡が発生し、レール１０１Ａの負の電位となり、保護線用素子３０５Ａに地絡による直流電流が流れても、保護線用抵抗器２００Ａ及び保護線用抵抗器２００Ｂの抵抗値があるため、ダイオード３０５Ａ＿１に流れる地絡電流が低減し、ダイオード３０５Ａ＿１及びバリスタ３０５Ａ＿２に流れる地絡直流電流が低減し、ダイオード３０５Ａ＿１及びバリスタ３０５Ａ＿２の劣化を低減することができる。上述した実施形態による効果は、保護線用素子３０５Ｂについても、保護線用素子３０５Ａと同様のため、説明を省略する。
【００４２】
図３は、本発明の一実施形態における保護線用素子３０５Ａの変形例を示す図である。図３において、保護線用素子３０５Ａは、ダイオード３０５Ａ＿１及び抵抗３０５Ａ＿４の直列回路と、バリスタ３０５Ａ＿２とが並列回路を構成し、この並列回路に対してバリスタ３０５Ａ＿３が直列に接続されて構成されている。すなわち、すでに説明した保護線用素子３０５Ａにおいて、ダイオード３０５Ａ＿１のアノードとバリスタ３０５Ａ＿３の一端との間に、新たに抵抗３０５Ａ＿４を介挿している。
【００４３】
抵抗３０５Ａ＿４を介挿することにより、ダイオード３０５Ａ＿１に対して、順方向インパルス電流が流れる場合、抵抗３０５Ａ＿４の電圧降下を追加することにより、バリスタ３０５Ａ＿２に対して電流を分担させることができる。この結果、ダイオード３０５Ａ＿１に流れる順方向インパルス電流を低減することができるため、ダイオード３０５Ａ＿１の電流容量を小さい値とすることができる。保護線用素子３０５Ｂについても、保護線用素子３０５Ａと同様のため、説明を省略する。
【００４４】
図４は、ダイオード３０５Ａ＿１の代わりに、複数のダイオード（例えば、Ｓiダイオード）から構成されるダイオード群３０５Ａ＿１ｎを用いた場合を示す図である。図４において、バリスタ３０５Ａ＿２およびバリスタ３０５Ａ＿３の各々のバリスタ電圧を上げた場合、バリスタ３０５Ａ＿２のバリスタ電圧より、ダイオード３０５Ａ＿１の逆方向耐圧の電圧値（ＶRRM、繰り返しピーク逆電圧）を上げる必要がある。ここで、ダイオード３０（図１及び図３におけるダイオード５Ａ＿１）の逆方向耐圧の電圧値が単体では満たされない場合、必要な逆方向耐圧の電圧値となるように、複数の同様あるいは異なった逆方向耐圧の電圧値のダイオードを複数個直列に接続して、上述したダイオード群３０５Ａ＿１ｎを構成しても良い。また、ダイオード３０５Ａ＿１の電流容量が不足する場合、複数のダイオードを並列に接続する構成としても良い。保護線用素子３０５Ｂについても、保護線用素子３０５Ａと同様のため、説明を省略する。
【００４５】
以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。したがって、本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【符号の説明】
【００４６】
１００…保護線
１０１Ａ，１０１Ｂ…レール
１５０…き電線
２００Ａ，２００Ｂ…保護線用抵抗器
２０１Ａ，２０１Ｂ…保護線電圧リレー
２０５Ａ，２０５Ｂ…遮断器
２０６Ａ，２０６Ｂ…整流器
３００Ａ，３００Ｂ…電車線路支持柱
３０１Ａ，３０１Ｂ…上部腕部材
３０２Ａ，３０２Ｂ…下部腕部材
３０３Ａ，３０３Ｂ，３０４Ａ，３０４Ｂ…碍子
３０５Ａ，３０５Ｂ…保護線用素子
３０５Ａ＿１，３０５Ｂ＿１…ダイオード
３０５Ａ＿２，３０５Ｂ＿２，３０５Ａ＿３，３０５Ｂ＿３…バリスタ
３０５Ａ＿４…抵抗
３０５Ａ＿１ｎ…ダイオード群  
【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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