故障検出システム，方法，プログラム及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体
【課題】 地絡故障が起きた故障点を高い精度で検出することが可能な故障検出システム，方法，プログラム及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供する。
【解決手段】 本発明の故障検出システムは、き電線及びトロリ線とを有する直流き電電圧印加部分を、それらの施設方向に沿った複数個の箇所で、それぞれ絶縁してレール沿いの予定の高さで支持する部材を含む構造物と、トロリ線とが接触し、トロリ線が前記構造物を介して地絡した故障を検出し、かつ故障点を標定するものであり、トロリ線が地絡したときに保護線に印加される直流電圧を測定し、構造物及び保護線間の短絡故障（地絡故障）検出手段と、地絡電圧により故障点から保護線上に生成されるサージ電圧を検出した時刻を測定する保護線の両端に各々設けられたサージ電圧伝搬時間検出手段と、サージ電圧伝搬時間検出手段各々の検出した時刻から、故障点の位置を算出する故障点算出手段とを有する。
【解決手段】 本発明の故障検出システムは、き電線及びトロリ線とを有する直流き電電圧印加部分を、それらの施設方向に沿った複数個の箇所で、それぞれ絶縁してレール沿いの予定の高さで支持する部材を含む構造物と、トロリ線とが接触し、トロリ線が前記構造物を介して地絡した故障を検出し、かつ故障点を標定するものであり、トロリ線が地絡したときに保護線に印加される直流電圧を測定し、構造物及び保護線間の短絡故障（地絡故障）検出手段と、地絡電圧により故障点から保護線上に生成されるサージ電圧を検出した時刻を測定する保護線の両端に各々設けられたサージ電圧伝搬時間検出手段と、サージ電圧伝搬時間検出手段各々の検出した時刻から、故障点の位置を算出する故障点算出手段とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電気鉄道のき電回路における地絡故障を検出し、この地絡故障の発生した点、すなわち故障点を標定する故障検出システム，方法，プログラム及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
直流き電回路の保護方式は、故障時の電流変化分（増加分）を検出するΔI型故障選択装置が主として用いられており、また高速度気中遮断器（直流高速度遮断器）では遮断器自身にも選択特性がある。
しかし、これらの保護方式は、故障点抵抗が０Ωに近い回路の短絡故障を前提としたものであり、故障点抵抗が高く故障電流が小さい地絡事故には、実際に地絡が起こったか否かを有効に判定することができず、かつ、この小さな故障電流から故障点を標定することは不可能である。
【０００３】
例えば、電車線（トロリ線、き電線）は、がいしにより絶縁され電柱に支持されている構造が標準的である。
また、電柱としてコンクリート柱が最も一般的であり、このコンクリート柱の接地抵抗値は、高々３００Ω〜１ｋΩ程度であり、近年使用されるようになってきた鋼管柱の接地抵抗値は５０Ω〜２００Ω程度である。
【０００４】
そして、直流電車線路のき電電圧は、直流１５００Ｖであるから、トロリ線と電柱とが接触するような地絡故障電流は多くても数十Ａ程度にしかならない。
したがって、電流検知方式である既存の保護システムで地絡故障を検出することは不可能と言える。
この場合、コンクリート柱は、電柱バンドと鉄筋との間に対し、１５００Ｖが加圧されることになり、コンクリートが加熱されて、破壊に至ることがある。
【０００５】
このため、故障点検出システムとして、電柱と、この電柱に対して絶縁された保護線との間にダイオードと抵抗とを直列接続した構成により、保護線を変電所の電圧検出器に接続し、保護線に直流電圧が発生したことにより、地絡故障を検出して、その電圧値により故障点を標定する保護システムが考案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３４２９５４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１に示す保護システムにあっては、それぞれ異なる抵抗値の抵抗を各地点に配置し、地絡して流れる電流を、変電所にて電圧値に変更し、この電圧値に基づいて、いずれの抵抗に値絡電流が流れたかを判定して故障点を検出する。
しかしながら、特許文献１の保護システムにあっては、保護線の抵抗及び地絡したときの電柱及びトロリ線間の抵抗などのバラツキにより、実際に地絡電流が流れた抵抗の配置してある場所が精度良く判定できないという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、地絡故障が起きた故障点を高い精度で検出することが可能な故障点標定システム，方法，プログラム及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の故障検出システムは、き電線及びトロリ線とを有する直流き電電圧印加部分を、それらの施設方向に沿った複数個の箇所で、それぞれ絶縁してレール沿いの予定の高さで支持する部材を含む構造物と、トロリ線とが接触し、トロリ線が前記構造物を介して地絡した故障を検出するシステムと故障点を標定する故障点標定システムであって、トロリ線が地絡したときに保護線に印加される直流電圧を測定し、前記構造物とトロリ線との短絡故障（地絡故障）検出手段（地絡判定部）と、地絡電圧により、故障点から保護線上に生成されるサージパルスを検出した時刻を測定する、保護線の両端に各々設けられたサージ電圧伝搬時間検出手段と、該サージ電圧伝搬時間検出手段各々の検出した時刻から、前記故障点の位置を算出する故障点算出手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の故障検出システムは、前記保護線の両端に各々設けられ、保護線に印加される直流電圧を測定し、直流電圧が所定の値を超えることを検出すると地絡であることを検出する地絡判定手段を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の故障検出システムは、前記短絡故障検出手段が、前記構造物と前記保護線間に接続されたＳ状ホーンとの間に放電管を介挿して構成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の故障検出システムは、地絡が起こったときに、放電管の放電現象が継続する電圧値及び電流値となる抵抗値の抵抗が、前記保護線の所定の位置に設けられていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の故障検出方法は、き電線及びトロリ線とを有する直流き電電圧印加部分を、それらの施設方向に沿った複数個の箇所で、それぞれ絶縁してレール沿いの予定の高さで支持する部材を含む構造物と、トロリ線とが接触し、トロリ線が前記構造物を介して地絡した故障を検出するシステムと故障点を標定する故障点標定方法であって、前記構造物と保護線との間に介挿される抽出手段により、トロリ線が地絡したときに保護線に印加される電圧の地絡電流抽出過程と、保護線の両端に各々設けられたサージ電圧伝搬時間検出手段により、地絡電圧によって、故障点から保護線上に生成されるサージパルスを検出し、この検出した時刻を測定するサージ電圧検出過程と、該サージ電圧伝搬時間検出手段各々の検出した時刻から、前記故障点の位置を算出する故障点算出過程とを有する。
【００１２】
本発明の故障検出方法は、前記保護線の両端に各々設けられた地絡故障判定手段により、保護線に印加される直流電圧測定し、直流電圧が所定の値を超えることを検出すると地絡であることを検出する地絡判定過程を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明のプログラムは、き電線及びトロリ線とを有する直流き電電圧印加部分を、それらの施設方向に沿った複数個の箇所で、それぞれ絶縁してレール沿いの予定の高さで支持するを部材を含む構造物と、トロリ線とが接触し、トロリ線が前記構造物を介して地絡した故障を検出するシステムと故障点を標定する故障点標定処理を行うものであり、前記構造物と保護線との間に介挿される抽出手段により、トロリ線が地絡したときに地絡電圧が保護線に印加され、この地絡電圧に起因して発生するサージ電圧が各々保護線の両端において検出された時刻を入力するサージ電圧入力処理と、該サージ電圧伝搬時間検出処理の検出した各々の時刻から、前記故障点の位置を算出する故障点算出処理とを有する処理を行うコンピュータが実行可能なプログラムである。
【００１４】
本発明のプログラムは、前記保護線の両端に各々設けられた地絡判定手段が地絡故障時に保護線に印加される直流電圧測定し、直流電圧が所定の値を超えることを検出すると地絡であることを検出する地絡判定処理を有するコンピュータが実行可能なプログラムである。
【００１５】
本発明の記録媒体は、上記プログラムのいずれかが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、地絡した故障点から、短絡故障検出手段により印加される地絡電圧（後に述べる放電素子により保護線に印加される放電電圧）によるサージパルスのパルスが保護線を伝搬し、この保護線の両端に各々設けられたサージ電圧伝搬時間検出手段がそれぞれサージパルスのパルスが検出された時刻を検出し、故障点算出手段がこの時刻の差から、地絡電流が注入された保護線の位置を算出し、この位置を故障点として出力するため、高い信頼性により地絡した故障点を標定することが可能となる。
【００１７】
上記パルスを検出した時刻は、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からのＧＰＳ時計信号（タイムコード信号）を基に、同一時刻からパルス検出を開始し、任意の周波数を作り出して複数の同期時計を構成して、各々のサージ電圧伝搬時間検出手段が測定する。ここで、複数のサージ電圧伝搬時間検出手段はＧＰＳ時計信号により常に、時刻経過の同期が取られている。
このため、本発明によれば、保護線の両端で測定するサージ電圧のパルスの検出時刻を、常に時刻同期が取られた状態にて、検出することが可能である。
【００１８】
また、本発明によれば、保護線と構造物との間に放電装置からなる短絡故障検出手段を設けることにより、他に直流き電回路に特別な装置を設けることなく、故障点の検出が行えるため、容易にシステムとして構成することができ、安価なシステムとして運用することが可能である。
【００１９】
さらに、本発明によれば、地絡故障時に保護線に発生する直流電圧を測定し、その直流電圧が所定値より高ければ地絡故障として検出するため、電車のパンタグラフとトロリ線との接触時に発生するようなノイズを、地絡故障と誤検出することがなく、高い精度で地絡故障の検出を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態による故障点標定システムを図面を参照して説明する。図１は同実施形態が用いられる直流き電方式の系統構成例を示す概念図である。
この図において、直流き電方式は、図におけるき電用変電所（または電鉄用変電所，直流変電所とも言う）Ｋ１及びＫ２が、送電系統より受電する三相交流特別高圧電圧を整流器用の変圧器１００により適切な電圧（直流１５００Ｖの場合は、三相交流１２００Ｖ）に降圧し、シリコン整流器，サイリスタ整流器等の整流器１０１により直流に整流し、き電線１を介して、架空電車線または剛体電車線やサイドレール（図１で言うトロリ線２）を介して電気車Ｄへ電力を供給し、き電用変電所に対する電流帰路として、走行レール（図１で言うレール３）が利用される方式である。
【００２１】
上述した各き電線１は、図１に示すように、レール３に沿った方向に対して、所定の長さにおいて複数に分割されており、他のき電線と独立して、き電用変電所と接続を切断できるようになっている（その部分のき電線１だけき電用変電所から切り離せるようになっている）。
ここで、電気車Ｄの駆動に必要な電力は、１電動車あたり１５００Ｖ／５００Ａ程度であるため、一編成としては１５００Ｖ／何千アンペアとなり、トロリ線２のみでは電流容量が不足し、電圧降下が大きくなるため、電流容量の大きなき電線１とトロリ線２とを、２５０ｍ〜５００ｍ毎に分岐線を介して接続している。
【００２２】
トロリ線２は、図１に示すように、き電線１に対応した同様な長さで、き電線１と同様な位置にて分割されている。
また、高速度遮断機１０２は、き電変電所において地絡故障が発生したことが確認されると、後に述べる故障点標定システムにより切断状態とされ、その部分のき電線１をき電用変電所から切り離す。
すなわち、き電線１は、き電用変電所の整流器１０１と、高速度遮断機１０２を介して接続されている。
【００２３】
次に、図２は上述した分割されたトロリ線２の１つ（直流き電電圧印加部分の一つ）、すなわち保護対象区間に注目して記載した、本発明の実施例を説明する概念図である。
ここで、き電線１及びトロリ線２とは図１に示すように並列して、レール３に沿って施設されているが、図を簡単にするため、き電線１を省略している。
ＤＣ電源Ｖ部分で、図示しないき電線１から分岐線を介して、ＤＣ電圧（例えば１５００Ｖ）が、トロリ線２に電力が供給されている。
この保護対象区間を、トロリ線２及びレール３の施設方向に沿った複数個の箇所において、それぞれ絶縁してレール３沿いの予定の高さで支持するための部材を含む構造物に配設されている。
【００２４】
ここで、上記構造物としては、例えば、すでに従来例にて説明した電柱（コンクリート柱または鋼管柱）Ａ，Ｃ，Ｄなどが用いられる。
コンクリート柱の場合には接地抵抗が３００Ω〜１ｋΩ程度であり、鋼管柱の場合には接地抵抗が５０Ω〜２００Ω程度である。
また、絶縁して高さを支持する部材としては、がいしなどの絶縁体が用いられ、各き電線，保護線２各々と上記電柱（電柱Ａ，Ｃ，Ｄ）とを電気的に絶縁状態として配設している。
【００２５】
また、保護線４には、本発明の構成の一つである短絡故障検出手段が、上記支持する部材とともに設けられている。
すなわち、保護線４は、保護対象区間において、がいし７（例えば懸垂１８０ｍｍがいし）を介して、所定の高さに電柱に支持されている。
図２に示すように、このがいし７の両端各々にＳ状ホーン６を設け、このＳ状ホーン６の間に、所定の放電電圧（例えば、３００Ｖ）を有する放電素子として放電管５を設ける。
ここで、放電素子として放電管５を用いて説明したが、所定の電圧により放電する素子であれば、ツェナーダイオード等も用いることができる。
同様に、放電素子をがいし７間に接続するために、Ｓ状ホーン６を用いて説明したが、導電性で十分電流容量がある部材を用いても良い。
【００２６】
この保護線４の両端には、各々き電用変電所があり、このき電用変電所それぞれにおいて、所定の抵抗値の抵抗Ｒ１が、トロリ線２と帰還回路であるレール３との間に介挿されている。
この抵抗Ｒ１は、地絡故障を確実に検出するために、地絡故障時に放電素子における放電を安定した状態で保つために設けられている。
例えば、検出対象のトロリ線２に１５００ＶのＤＣ電圧が供給されているとすると、抵抗値を２００Ω程度にすることにより、地絡故障時に７〜８Ａ程度の安定的な放電電流を得ることができる。また、保護線４を抵抗Ｒ１を介してレール３に接続するため、フローティング状態となることを防止し、保護線４に併設されるトロリ線２からの誘導電圧を抑止することも期待できる。
【００２７】
保護線４とレール３との間には、抵抗Ｒ２及び抵抗Ｒ３が直列接続されて介挿されており、抵抗Ｒ２及び抵抗Ｒ３の接続部とレール３との間に直流電圧検出部８が、上記き電用変電所において設けられている。すなわち、保護線４の両端に直流電圧検出部８が設けられている。
直流電圧検出部８各々は、抵抗Ｒ２及び抵抗Ｒ３各々の抵抗値により、保護線Ｒ４の電圧が抵抗分割された電圧値を測定し、この測定した電圧値を出力する。
また、保護線４と接地点（接地電位、すなわちグランド）との間には、抵抗Ｒ４及び抵抗Ｒ５が直列接続されて介挿されており、抵抗Ｒ４及び抵抗Ｒ５の接続部と接地点との間にサージ電圧検出部９が、上記き電用変電所Ｋ１，Ｋ２各々において設けられている。
【００２８】
ここで、抵抗Ｒ２及び抵抗Ｒ３を保護線４とレール３との間に配設し、抵抗Ｒ４及び抵抗Ｒ５を保護線２と接地点との間に配設する理由を以下に示す。
直流電圧検出部８は、直流き電回路における保護線４の電位がレール３の電位に対して、どの程度上昇したかを判定するための電圧を測定するために用いられるため、抵抗Ｒ２及び抵抗Ｒ３を、保護線２とレール３との間に配設する必要がある。
また、保護線４に流れる電流を金属回路で電源にもどすことにより放電管の放電を安定させる効果がある。
一方、サージ電圧検出部９は、純粋に、接地点からのサージ電圧を測定するため、抵抗Ｒ４及び抵抗Ｒ５を保護線２と接地点との間に配設する必要がある。
【００２９】
次に、図３を用いて、き電用変電所Ｋ１，Ｋ２及び情報センタＧに設けられた地絡故障の故障点を検出するシステムについて説明する。
き電用変電所Ｋ１，Ｋ２及び情報センタＧは、各々伝送路（公衆回線網，専用回線網，インターネット，無線などの情報通信網）により接続されている。
この図３においては、き電用変電所Ｋ１及びＫ２の変圧器１００，整流器１０１及び高速度遮断器１０２が省略されており、トロリ線２の終端接続部Ｓ１及びＳ２において、終端接続部Ｓ１がき電用変電所Ｋ１の高速度遮断器１０２に接続され、終端接続部Ｓ２がき電用変電所Ｋ２の高速度遮断器１０２に接続されている。
【００３０】
き電用変電所Ｋ１及びＫ２各々には、故障点標定システムの構成として、ＧＰＳ受信機１０，地絡判定部１１，サージ電圧伝搬時間検出部１２および制御部１３が設けられている。
また、情報センタＧには、故障点標定システムの構成として故障点算出部１４及び出力部１５が設けられている。
この故障点算出部１４及び出力部１５は、情報センタＧに設けずに、き電用変電所Ｋ１及びＫ２それぞれに設けられるようにしてもよい。
【００３１】
ＧＰＳ受信機１０は、ＧＰＳ衛星からタイムコード信号を受信し、制御部１３へこのタイムコード信号を受信する。
制御部１３は、タイムコード信号を受信すると、サージ電圧伝搬時間検出部１２内に設けられたタイマ（時計）の時刻を、このタイムコード信号の入力される周期で校正する。
これにより、き電用変電所Ｋ１及びＫ２の制御部１３の時計は、常に同期が取れた状態とすることができる。
【００３２】
地絡判定部１１は、直流電圧検出部８から入力される電圧が、設定された電圧値を超えることを検出すると、地絡故障と判定し、制御部１３へ通知する。
抵抗Ｒ１によって、放電管５の放電が維持されるため、直流電圧を検出することができる。
サージ電圧伝搬時間検出部１２は、サージ電圧検出部９から入力される電圧が、設定された電圧値を超えたことを検出すると、この検出した時刻、すなわちサージパルスが入力された検出時刻を制御部１３へ通知する。
【００３３】
制御部１３は、地絡判定部１１から地絡故障と判定した通知が入力されると、地絡故障によるサージパルスが入力されたことを検出して、対応するトロリ線２に接続された高速度遮断機１０２をオフ状態として、電力の供給を停止する。
また、制御部１３は、自身及び地絡故障のあったトロリ線２の識別番号と、地絡故障が起こったことを示す制御信号と、上記検出時刻のデータとを含む地絡データを情報センタＧの故障点算出部１４へ出力する。
故障点算出部１４は、上記地絡データを入力すると、トロリ線２及び制御部１３（き電用変電所）の識別番号とにより、検出時刻のデータと検出したき電用変電所との対応を検出し、サージ電圧伝搬時間検出部１２各々のサージパルスを検出した検出時刻の差から、地絡故障の起こった位置を算出することで、故障点の標定を行う。
出力部１５は表示装置や印刷装置などであり、故障点算出部１４から入力される地絡故障の故障点の位置を表示する。
【００３４】
次に、図１，図２，図３及び図４を参照して、本発明の実施例である故障検出システムの動作を説明する。図４は、地絡故障が起こった電柱から放電管５を介して印加される放電電圧により発生するサージ電圧、すなわちサージパルスの伝搬を示す波形図であり、縦軸が電圧を示し、横軸が時刻を示している。
以下の説明は、例えば、図２において、トロリ線２と電柱Ａとの間に導電性の異物が接触することで電気的に接続された状態になり、地絡故障を起こしたとして説明する。
【００３５】
トロリ線２と電柱Ａとの間において地絡故障が発生した際、電柱Ａには数十Ω以上の接地抵抗値があるため、電柱Ａに流れる故障電流は小さく、トロリ線２の電圧はほとんど低下しない。
このため、地絡故障が発生すると電柱Ａの上部（保護線４がガイシ７を介して電柱Ａに支持されている近傍）の対地電圧は１５００Ｖ程度まで上昇すると考えられる。
この結果、電柱Ａと保護線４との間に設けられた放電管５は、例えば３００Ｖを放電電圧とると、両端にほぼ１５００Ｖの電圧差が生じるため、放電を開始する。
これにより、保護線４は、放電電圧が印加されることにより、１５００Ｖ程度に充電される。
【００３６】
そして、図４において、地絡故障が時刻ｔ0で発生したとすると、上記放電電圧によりサージ電圧（上記１５００Ｖ）が発生するため、この電圧変化がサージパルスとして故障点から、保護線４の両端（すなわち、き電用変電所Ｋ１及びＫ２各々）に対して伝搬を開始することになる。
次に、き電用変電所Ｋ１，Ｋ２各々の直流電圧検出部８は保護線４の電圧を抵抗分圧により、測定可能な電圧値にとするために所定の比率によって分圧を行うので、入力される電圧を分圧し、この電圧を直流電圧検出部８へ出力する。
【００３７】
図２においては、抵抗Ｒ２が約１００ｋΩであり、抵抗Ｒ３が約１ｋΩであるため、１５００Ｖの直流電圧は、１００対１の比率で分圧され、直流電圧検出部８には１５Ｖとして入力されることになる。
ここで、直流電圧検出部８は、入力される電圧を測定し、測定された電圧値を地絡判定部１１へ出力する。
そして、各直流電圧検出部８は、入力される電圧値が設定された電圧値を超える場合、地絡故障と判定して、制御部１３へ通知する。
【００３８】
次に、各制御部１３は、地絡故障を示す制御信号が入力されると、高速度遮断器１０２をオフ状態として、トロリ線２を整流器１０１から切り離す。
地絡故障となったトロリ線２の両端にあるき電用変電所Ｋ１及びＫ２各々において、上記地絡故障の判断及び高速度遮断器１０２の制御が行われる。
また、き電用変電所Ｋ１，Ｋ２各々の抵抗Ｒ４及び抵抗Ｒ５からなる分圧器は保護線４の電圧を抵抗分圧により、測定可能な電圧値にするために所定の比率によって分圧を行うので、入力されるサージパルスのサージ電圧を分圧し、この分圧した電圧をサージ電圧検出部９へ出力する。
【００３９】
図２においては、抵抗Ｒ４が約１００ｋΩであり、抵抗Ｒ５が約１ｋΩであるため、１５００Ｖのサージ電圧は、１００対１の比率で分圧され、サージ電圧検出部９には１５Ｖとして入力されることになる。
そして、サージ電圧検出部９は、上記分圧された電圧値を測定して、測定結果を電圧伝搬時間検出部１２へ出力する。
そして、サージ電圧伝搬時間検出部１２は、入力される電圧値が所定の電圧値を超えるか否かを判定して、所定の電圧値を超えた時点の時刻を、検出時刻として制御部１３へ出力する。
【００４０】
そして、き電用変電所Ｋ１，Ｋ２各々の制御部１３は、地絡故障のあったトロリ線２の識別番号と、地絡故障が起こったことを示す制御信号と、上記検出時刻のデータとを含む地絡データを情報センタＧの故障点算出部１４へ出力する。
次に、故障点算出部１４は、上記地絡データを入力すると、サージ電圧伝搬時間検出部１２各々のサージパルスを検出した検出時刻の差から、地絡故障の起こった位置を算出することで、故障点の標定を行う。
【００４１】
すなわち、故障点算出部１４は、地絡データにおける識別番号から同一のトロリ線２の両端にあるき電用変電所Ｋ１及びＫ２から入力された地絡データであることを認識すると、これらき電用変電所Ｋ１及びＫ２から得た検出時刻の時間差を求める。
すでに述べたように、地絡故障点で発生したサージパルスは、地絡故障が起こった故障点から対向する両側のき電用変電所に向って伝搬していく。
【００４２】
そして、サージパルスの伝搬速度が同一の保護線４内において一定であるから、サージパルスが各き電用変電所（き電用変電所Ｋ１，Ｋ２）に到達する時間は、地絡故障の起こった故障点からき電用変電所までの距離に比例すると考えられる。
したがって、図４に示すように、故障点で発生したサージパルスが、保護線４上を伝搬して、き電用変電所Ｋ１及びＫ２各々に到達する時刻には時間差が生じる。
【００４３】
例えば、き電用変電所Ｋ１にサージパルスが到達した時刻をｔ１とし（すなわち、き電用変電所Ｋ１を標定の基準点とおいた場合）、き電用変電所Ｋ２（基準点に対応する地点）にサージパルスが到達した時刻をｔ２とし、この時間差をｔとすると、故障点の位置を以下の式により、故障点算出部１４は算出することができる。
Ｘ＝（Ｌ／２）＋（ｔ／２）・ｖ
ここで、Ｌはき電用変電所Ｋ１とき電用変電所Ｋ２との間の距離（単位：ｍ）であり、ｔはサージパルス到達時間差（単位：秒）であり、ｖはサージパルスの伝搬速度（単位：ｍ／秒）、Ｘは標定値（単位：ｍ）である。Ｘが正の値であればき電変電所Ｋ１からの距離であり、Ｘが０であればき電用変電所Ｋ１とき電用変電所Ｋ２との中間地点であり、Ｘが負であればき電変電所Ｋ２からの距離である。
【００４４】
また、情報センタＧに故障点算出部１４を設置せず、各き電用変電所にそれぞれ配置した場合、同一のトロリ線２の両端のき電用変電所が伝送路により接続し、地絡故障と判定した場合に、それぞれの測定した測定時刻を接続相手のき電用変電所へ通知することにより、各き電用変電所が独立して故障点の標定を行うことができる。
この場合、き電用変電所それぞれが故障点を標定するため、情報センタＧに確認しなくても、自身のほうが他より近いか否かが判断でき、故障点に近い方のき電用変電所の係員が、地絡故障の調査・回復に出向く効果がある。
【００４５】
なお、図１における地絡判定部１１，サージ電圧伝搬時間検出部１２，制御部１３，故障点算出部１４の各機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより地絡故障の判定や故障点の標定処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【００４６】
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施例が用いられる直流き電方式の系統構成の一例を示す概念図である。
【図２】本発明の実施例にて使用する直流電圧検出部８とサージ電圧検出部９との配置を示す直流き電方式の系統構成の概念図である。
【図３】各き電用変電所及び情報センタに配設される故障点標定システムの構成例を示すブロック図である。
【図４】故障点からのサージパルスの到達時刻が各き電用変電所で異なることを示す波形図である。
【符号の説明】
【００４８】
１…き電線 ２…トロリ線
３…レール ４…保護線
５…放電素子（放電管） ６…Ｓ状ホーン
７…がいし ８…直流電圧検出部
９…サージ電圧検出部 １０…ＧＰＳ
１１…地絡判定部 １２…サージ電圧伝搬時間検出部
１３…制御部 １４…故障点算出部
１５…出力部 １００…変圧器
１０１…整流器 １０２…高速度遮断器
Ｇ…情報センタ Ｄ…電気車
Ｋ１，Ｋ２…き電用変電所
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電気鉄道のき電回路における地絡故障を検出し、この地絡故障の発生した点、すなわち故障点を標定する故障検出システム，方法，プログラム及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
直流き電回路の保護方式は、故障時の電流変化分（増加分）を検出するΔI型故障選択装置が主として用いられており、また高速度気中遮断器（直流高速度遮断器）では遮断器自身にも選択特性がある。
しかし、これらの保護方式は、故障点抵抗が０Ωに近い回路の短絡故障を前提としたものであり、故障点抵抗が高く故障電流が小さい地絡事故には、実際に地絡が起こったか否かを有効に判定することができず、かつ、この小さな故障電流から故障点を標定することは不可能である。
【０００３】
例えば、電車線（トロリ線、き電線）は、がいしにより絶縁され電柱に支持されている構造が標準的である。
また、電柱としてコンクリート柱が最も一般的であり、このコンクリート柱の接地抵抗値は、高々３００Ω〜１ｋΩ程度であり、近年使用されるようになってきた鋼管柱の接地抵抗値は５０Ω〜２００Ω程度である。
【０００４】
そして、直流電車線路のき電電圧は、直流１５００Ｖであるから、トロリ線と電柱とが接触するような地絡故障電流は多くても数十Ａ程度にしかならない。
したがって、電流検知方式である既存の保護システムで地絡故障を検出することは不可能と言える。
この場合、コンクリート柱は、電柱バンドと鉄筋との間に対し、１５００Ｖが加圧されることになり、コンクリートが加熱されて、破壊に至ることがある。
【０００５】
このため、故障点検出システムとして、電柱と、この電柱に対して絶縁された保護線との間にダイオードと抵抗とを直列接続した構成により、保護線を変電所の電圧検出器に接続し、保護線に直流電圧が発生したことにより、地絡故障を検出して、その電圧値により故障点を標定する保護システムが考案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３４２９５４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１に示す保護システムにあっては、それぞれ異なる抵抗値の抵抗を各地点に配置し、地絡して流れる電流を、変電所にて電圧値に変更し、この電圧値に基づいて、いずれの抵抗に値絡電流が流れたかを判定して故障点を検出する。
しかしながら、特許文献１の保護システムにあっては、保護線の抵抗及び地絡したときの電柱及びトロリ線間の抵抗などのバラツキにより、実際に地絡電流が流れた抵抗の配置してある場所が精度良く判定できないという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、地絡故障が起きた故障点を高い精度で検出することが可能な故障点標定システム，方法，プログラム及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の故障検出システムは、き電線及びトロリ線とを有する直流き電電圧印加部分を、それらの施設方向に沿った複数個の箇所で、それぞれ絶縁してレール沿いの予定の高さで支持する部材を含む構造物と、トロリ線とが接触し、トロリ線が前記構造物を介して地絡した故障を検出するシステムと故障点を標定する故障点標定システムであって、トロリ線が地絡したときに保護線に印加される直流電圧を測定し、前記構造物とトロリ線との短絡故障（地絡故障）検出手段（地絡判定部）と、地絡電圧により、故障点から保護線上に生成されるサージパルスを検出した時刻を測定する、保護線の両端に各々設けられたサージ電圧伝搬時間検出手段と、該サージ電圧伝搬時間検出手段各々の検出した時刻から、前記故障点の位置を算出する故障点算出手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の故障検出システムは、前記保護線の両端に各々設けられ、保護線に印加される直流電圧を測定し、直流電圧が所定の値を超えることを検出すると地絡であることを検出する地絡判定手段を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の故障検出システムは、前記短絡故障検出手段が、前記構造物と前記保護線間に接続されたＳ状ホーンとの間に放電管を介挿して構成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の故障検出システムは、地絡が起こったときに、放電管の放電現象が継続する電圧値及び電流値となる抵抗値の抵抗が、前記保護線の所定の位置に設けられていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の故障検出方法は、き電線及びトロリ線とを有する直流き電電圧印加部分を、それらの施設方向に沿った複数個の箇所で、それぞれ絶縁してレール沿いの予定の高さで支持する部材を含む構造物と、トロリ線とが接触し、トロリ線が前記構造物を介して地絡した故障を検出するシステムと故障点を標定する故障点標定方法であって、前記構造物と保護線との間に介挿される抽出手段により、トロリ線が地絡したときに保護線に印加される電圧の地絡電流抽出過程と、保護線の両端に各々設けられたサージ電圧伝搬時間検出手段により、地絡電圧によって、故障点から保護線上に生成されるサージパルスを検出し、この検出した時刻を測定するサージ電圧検出過程と、該サージ電圧伝搬時間検出手段各々の検出した時刻から、前記故障点の位置を算出する故障点算出過程とを有する。
【００１２】
本発明の故障検出方法は、前記保護線の両端に各々設けられた地絡故障判定手段により、保護線に印加される直流電圧測定し、直流電圧が所定の値を超えることを検出すると地絡であることを検出する地絡判定過程を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明のプログラムは、き電線及びトロリ線とを有する直流き電電圧印加部分を、それらの施設方向に沿った複数個の箇所で、それぞれ絶縁してレール沿いの予定の高さで支持するを部材を含む構造物と、トロリ線とが接触し、トロリ線が前記構造物を介して地絡した故障を検出するシステムと故障点を標定する故障点標定処理を行うものであり、前記構造物と保護線との間に介挿される抽出手段により、トロリ線が地絡したときに地絡電圧が保護線に印加され、この地絡電圧に起因して発生するサージ電圧が各々保護線の両端において検出された時刻を入力するサージ電圧入力処理と、該サージ電圧伝搬時間検出処理の検出した各々の時刻から、前記故障点の位置を算出する故障点算出処理とを有する処理を行うコンピュータが実行可能なプログラムである。
【００１４】
本発明のプログラムは、前記保護線の両端に各々設けられた地絡判定手段が地絡故障時に保護線に印加される直流電圧測定し、直流電圧が所定の値を超えることを検出すると地絡であることを検出する地絡判定処理を有するコンピュータが実行可能なプログラムである。
【００１５】
本発明の記録媒体は、上記プログラムのいずれかが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、地絡した故障点から、短絡故障検出手段により印加される地絡電圧（後に述べる放電素子により保護線に印加される放電電圧）によるサージパルスのパルスが保護線を伝搬し、この保護線の両端に各々設けられたサージ電圧伝搬時間検出手段がそれぞれサージパルスのパルスが検出された時刻を検出し、故障点算出手段がこの時刻の差から、地絡電流が注入された保護線の位置を算出し、この位置を故障点として出力するため、高い信頼性により地絡した故障点を標定することが可能となる。
【００１７】
上記パルスを検出した時刻は、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からのＧＰＳ時計信号（タイムコード信号）を基に、同一時刻からパルス検出を開始し、任意の周波数を作り出して複数の同期時計を構成して、各々のサージ電圧伝搬時間検出手段が測定する。ここで、複数のサージ電圧伝搬時間検出手段はＧＰＳ時計信号により常に、時刻経過の同期が取られている。
このため、本発明によれば、保護線の両端で測定するサージ電圧のパルスの検出時刻を、常に時刻同期が取られた状態にて、検出することが可能である。
【００１８】
また、本発明によれば、保護線と構造物との間に放電装置からなる短絡故障検出手段を設けることにより、他に直流き電回路に特別な装置を設けることなく、故障点の検出が行えるため、容易にシステムとして構成することができ、安価なシステムとして運用することが可能である。
【００１９】
さらに、本発明によれば、地絡故障時に保護線に発生する直流電圧を測定し、その直流電圧が所定値より高ければ地絡故障として検出するため、電車のパンタグラフとトロリ線との接触時に発生するようなノイズを、地絡故障と誤検出することがなく、高い精度で地絡故障の検出を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態による故障点標定システムを図面を参照して説明する。図１は同実施形態が用いられる直流き電方式の系統構成例を示す概念図である。
この図において、直流き電方式は、図におけるき電用変電所（または電鉄用変電所，直流変電所とも言う）Ｋ１及びＫ２が、送電系統より受電する三相交流特別高圧電圧を整流器用の変圧器１００により適切な電圧（直流１５００Ｖの場合は、三相交流１２００Ｖ）に降圧し、シリコン整流器，サイリスタ整流器等の整流器１０１により直流に整流し、き電線１を介して、架空電車線または剛体電車線やサイドレール（図１で言うトロリ線２）を介して電気車Ｄへ電力を供給し、き電用変電所に対する電流帰路として、走行レール（図１で言うレール３）が利用される方式である。
【００２１】
上述した各き電線１は、図１に示すように、レール３に沿った方向に対して、所定の長さにおいて複数に分割されており、他のき電線と独立して、き電用変電所と接続を切断できるようになっている（その部分のき電線１だけき電用変電所から切り離せるようになっている）。
ここで、電気車Ｄの駆動に必要な電力は、１電動車あたり１５００Ｖ／５００Ａ程度であるため、一編成としては１５００Ｖ／何千アンペアとなり、トロリ線２のみでは電流容量が不足し、電圧降下が大きくなるため、電流容量の大きなき電線１とトロリ線２とを、２５０ｍ〜５００ｍ毎に分岐線を介して接続している。
【００２２】
トロリ線２は、図１に示すように、き電線１に対応した同様な長さで、き電線１と同様な位置にて分割されている。
また、高速度遮断機１０２は、き電変電所において地絡故障が発生したことが確認されると、後に述べる故障点標定システムにより切断状態とされ、その部分のき電線１をき電用変電所から切り離す。
すなわち、き電線１は、き電用変電所の整流器１０１と、高速度遮断機１０２を介して接続されている。
【００２３】
次に、図２は上述した分割されたトロリ線２の１つ（直流き電電圧印加部分の一つ）、すなわち保護対象区間に注目して記載した、本発明の実施例を説明する概念図である。
ここで、き電線１及びトロリ線２とは図１に示すように並列して、レール３に沿って施設されているが、図を簡単にするため、き電線１を省略している。
ＤＣ電源Ｖ部分で、図示しないき電線１から分岐線を介して、ＤＣ電圧（例えば１５００Ｖ）が、トロリ線２に電力が供給されている。
この保護対象区間を、トロリ線２及びレール３の施設方向に沿った複数個の箇所において、それぞれ絶縁してレール３沿いの予定の高さで支持するための部材を含む構造物に配設されている。
【００２４】
ここで、上記構造物としては、例えば、すでに従来例にて説明した電柱（コンクリート柱または鋼管柱）Ａ，Ｃ，Ｄなどが用いられる。
コンクリート柱の場合には接地抵抗が３００Ω〜１ｋΩ程度であり、鋼管柱の場合には接地抵抗が５０Ω〜２００Ω程度である。
また、絶縁して高さを支持する部材としては、がいしなどの絶縁体が用いられ、各き電線，保護線２各々と上記電柱（電柱Ａ，Ｃ，Ｄ）とを電気的に絶縁状態として配設している。
【００２５】
また、保護線４には、本発明の構成の一つである短絡故障検出手段が、上記支持する部材とともに設けられている。
すなわち、保護線４は、保護対象区間において、がいし７（例えば懸垂１８０ｍｍがいし）を介して、所定の高さに電柱に支持されている。
図２に示すように、このがいし７の両端各々にＳ状ホーン６を設け、このＳ状ホーン６の間に、所定の放電電圧（例えば、３００Ｖ）を有する放電素子として放電管５を設ける。
ここで、放電素子として放電管５を用いて説明したが、所定の電圧により放電する素子であれば、ツェナーダイオード等も用いることができる。
同様に、放電素子をがいし７間に接続するために、Ｓ状ホーン６を用いて説明したが、導電性で十分電流容量がある部材を用いても良い。
【００２６】
この保護線４の両端には、各々き電用変電所があり、このき電用変電所それぞれにおいて、所定の抵抗値の抵抗Ｒ１が、トロリ線２と帰還回路であるレール３との間に介挿されている。
この抵抗Ｒ１は、地絡故障を確実に検出するために、地絡故障時に放電素子における放電を安定した状態で保つために設けられている。
例えば、検出対象のトロリ線２に１５００ＶのＤＣ電圧が供給されているとすると、抵抗値を２００Ω程度にすることにより、地絡故障時に７〜８Ａ程度の安定的な放電電流を得ることができる。また、保護線４を抵抗Ｒ１を介してレール３に接続するため、フローティング状態となることを防止し、保護線４に併設されるトロリ線２からの誘導電圧を抑止することも期待できる。
【００２７】
保護線４とレール３との間には、抵抗Ｒ２及び抵抗Ｒ３が直列接続されて介挿されており、抵抗Ｒ２及び抵抗Ｒ３の接続部とレール３との間に直流電圧検出部８が、上記き電用変電所において設けられている。すなわち、保護線４の両端に直流電圧検出部８が設けられている。
直流電圧検出部８各々は、抵抗Ｒ２及び抵抗Ｒ３各々の抵抗値により、保護線Ｒ４の電圧が抵抗分割された電圧値を測定し、この測定した電圧値を出力する。
また、保護線４と接地点（接地電位、すなわちグランド）との間には、抵抗Ｒ４及び抵抗Ｒ５が直列接続されて介挿されており、抵抗Ｒ４及び抵抗Ｒ５の接続部と接地点との間にサージ電圧検出部９が、上記き電用変電所Ｋ１，Ｋ２各々において設けられている。
【００２８】
ここで、抵抗Ｒ２及び抵抗Ｒ３を保護線４とレール３との間に配設し、抵抗Ｒ４及び抵抗Ｒ５を保護線２と接地点との間に配設する理由を以下に示す。
直流電圧検出部８は、直流き電回路における保護線４の電位がレール３の電位に対して、どの程度上昇したかを判定するための電圧を測定するために用いられるため、抵抗Ｒ２及び抵抗Ｒ３を、保護線２とレール３との間に配設する必要がある。
また、保護線４に流れる電流を金属回路で電源にもどすことにより放電管の放電を安定させる効果がある。
一方、サージ電圧検出部９は、純粋に、接地点からのサージ電圧を測定するため、抵抗Ｒ４及び抵抗Ｒ５を保護線２と接地点との間に配設する必要がある。
【００２９】
次に、図３を用いて、き電用変電所Ｋ１，Ｋ２及び情報センタＧに設けられた地絡故障の故障点を検出するシステムについて説明する。
き電用変電所Ｋ１，Ｋ２及び情報センタＧは、各々伝送路（公衆回線網，専用回線網，インターネット，無線などの情報通信網）により接続されている。
この図３においては、き電用変電所Ｋ１及びＫ２の変圧器１００，整流器１０１及び高速度遮断器１０２が省略されており、トロリ線２の終端接続部Ｓ１及びＳ２において、終端接続部Ｓ１がき電用変電所Ｋ１の高速度遮断器１０２に接続され、終端接続部Ｓ２がき電用変電所Ｋ２の高速度遮断器１０２に接続されている。
【００３０】
き電用変電所Ｋ１及びＫ２各々には、故障点標定システムの構成として、ＧＰＳ受信機１０，地絡判定部１１，サージ電圧伝搬時間検出部１２および制御部１３が設けられている。
また、情報センタＧには、故障点標定システムの構成として故障点算出部１４及び出力部１５が設けられている。
この故障点算出部１４及び出力部１５は、情報センタＧに設けずに、き電用変電所Ｋ１及びＫ２それぞれに設けられるようにしてもよい。
【００３１】
ＧＰＳ受信機１０は、ＧＰＳ衛星からタイムコード信号を受信し、制御部１３へこのタイムコード信号を受信する。
制御部１３は、タイムコード信号を受信すると、サージ電圧伝搬時間検出部１２内に設けられたタイマ（時計）の時刻を、このタイムコード信号の入力される周期で校正する。
これにより、き電用変電所Ｋ１及びＫ２の制御部１３の時計は、常に同期が取れた状態とすることができる。
【００３２】
地絡判定部１１は、直流電圧検出部８から入力される電圧が、設定された電圧値を超えることを検出すると、地絡故障と判定し、制御部１３へ通知する。
抵抗Ｒ１によって、放電管５の放電が維持されるため、直流電圧を検出することができる。
サージ電圧伝搬時間検出部１２は、サージ電圧検出部９から入力される電圧が、設定された電圧値を超えたことを検出すると、この検出した時刻、すなわちサージパルスが入力された検出時刻を制御部１３へ通知する。
【００３３】
制御部１３は、地絡判定部１１から地絡故障と判定した通知が入力されると、地絡故障によるサージパルスが入力されたことを検出して、対応するトロリ線２に接続された高速度遮断機１０２をオフ状態として、電力の供給を停止する。
また、制御部１３は、自身及び地絡故障のあったトロリ線２の識別番号と、地絡故障が起こったことを示す制御信号と、上記検出時刻のデータとを含む地絡データを情報センタＧの故障点算出部１４へ出力する。
故障点算出部１４は、上記地絡データを入力すると、トロリ線２及び制御部１３（き電用変電所）の識別番号とにより、検出時刻のデータと検出したき電用変電所との対応を検出し、サージ電圧伝搬時間検出部１２各々のサージパルスを検出した検出時刻の差から、地絡故障の起こった位置を算出することで、故障点の標定を行う。
出力部１５は表示装置や印刷装置などであり、故障点算出部１４から入力される地絡故障の故障点の位置を表示する。
【００３４】
次に、図１，図２，図３及び図４を参照して、本発明の実施例である故障検出システムの動作を説明する。図４は、地絡故障が起こった電柱から放電管５を介して印加される放電電圧により発生するサージ電圧、すなわちサージパルスの伝搬を示す波形図であり、縦軸が電圧を示し、横軸が時刻を示している。
以下の説明は、例えば、図２において、トロリ線２と電柱Ａとの間に導電性の異物が接触することで電気的に接続された状態になり、地絡故障を起こしたとして説明する。
【００３５】
トロリ線２と電柱Ａとの間において地絡故障が発生した際、電柱Ａには数十Ω以上の接地抵抗値があるため、電柱Ａに流れる故障電流は小さく、トロリ線２の電圧はほとんど低下しない。
このため、地絡故障が発生すると電柱Ａの上部（保護線４がガイシ７を介して電柱Ａに支持されている近傍）の対地電圧は１５００Ｖ程度まで上昇すると考えられる。
この結果、電柱Ａと保護線４との間に設けられた放電管５は、例えば３００Ｖを放電電圧とると、両端にほぼ１５００Ｖの電圧差が生じるため、放電を開始する。
これにより、保護線４は、放電電圧が印加されることにより、１５００Ｖ程度に充電される。
【００３６】
そして、図４において、地絡故障が時刻ｔ0で発生したとすると、上記放電電圧によりサージ電圧（上記１５００Ｖ）が発生するため、この電圧変化がサージパルスとして故障点から、保護線４の両端（すなわち、き電用変電所Ｋ１及びＫ２各々）に対して伝搬を開始することになる。
次に、き電用変電所Ｋ１，Ｋ２各々の直流電圧検出部８は保護線４の電圧を抵抗分圧により、測定可能な電圧値にとするために所定の比率によって分圧を行うので、入力される電圧を分圧し、この電圧を直流電圧検出部８へ出力する。
【００３７】
図２においては、抵抗Ｒ２が約１００ｋΩであり、抵抗Ｒ３が約１ｋΩであるため、１５００Ｖの直流電圧は、１００対１の比率で分圧され、直流電圧検出部８には１５Ｖとして入力されることになる。
ここで、直流電圧検出部８は、入力される電圧を測定し、測定された電圧値を地絡判定部１１へ出力する。
そして、各直流電圧検出部８は、入力される電圧値が設定された電圧値を超える場合、地絡故障と判定して、制御部１３へ通知する。
【００３８】
次に、各制御部１３は、地絡故障を示す制御信号が入力されると、高速度遮断器１０２をオフ状態として、トロリ線２を整流器１０１から切り離す。
地絡故障となったトロリ線２の両端にあるき電用変電所Ｋ１及びＫ２各々において、上記地絡故障の判断及び高速度遮断器１０２の制御が行われる。
また、き電用変電所Ｋ１，Ｋ２各々の抵抗Ｒ４及び抵抗Ｒ５からなる分圧器は保護線４の電圧を抵抗分圧により、測定可能な電圧値にするために所定の比率によって分圧を行うので、入力されるサージパルスのサージ電圧を分圧し、この分圧した電圧をサージ電圧検出部９へ出力する。
【００３９】
図２においては、抵抗Ｒ４が約１００ｋΩであり、抵抗Ｒ５が約１ｋΩであるため、１５００Ｖのサージ電圧は、１００対１の比率で分圧され、サージ電圧検出部９には１５Ｖとして入力されることになる。
そして、サージ電圧検出部９は、上記分圧された電圧値を測定して、測定結果を電圧伝搬時間検出部１２へ出力する。
そして、サージ電圧伝搬時間検出部１２は、入力される電圧値が所定の電圧値を超えるか否かを判定して、所定の電圧値を超えた時点の時刻を、検出時刻として制御部１３へ出力する。
【００４０】
そして、き電用変電所Ｋ１，Ｋ２各々の制御部１３は、地絡故障のあったトロリ線２の識別番号と、地絡故障が起こったことを示す制御信号と、上記検出時刻のデータとを含む地絡データを情報センタＧの故障点算出部１４へ出力する。
次に、故障点算出部１４は、上記地絡データを入力すると、サージ電圧伝搬時間検出部１２各々のサージパルスを検出した検出時刻の差から、地絡故障の起こった位置を算出することで、故障点の標定を行う。
【００４１】
すなわち、故障点算出部１４は、地絡データにおける識別番号から同一のトロリ線２の両端にあるき電用変電所Ｋ１及びＫ２から入力された地絡データであることを認識すると、これらき電用変電所Ｋ１及びＫ２から得た検出時刻の時間差を求める。
すでに述べたように、地絡故障点で発生したサージパルスは、地絡故障が起こった故障点から対向する両側のき電用変電所に向って伝搬していく。
【００４２】
そして、サージパルスの伝搬速度が同一の保護線４内において一定であるから、サージパルスが各き電用変電所（き電用変電所Ｋ１，Ｋ２）に到達する時間は、地絡故障の起こった故障点からき電用変電所までの距離に比例すると考えられる。
したがって、図４に示すように、故障点で発生したサージパルスが、保護線４上を伝搬して、き電用変電所Ｋ１及びＫ２各々に到達する時刻には時間差が生じる。
【００４３】
例えば、き電用変電所Ｋ１にサージパルスが到達した時刻をｔ１とし（すなわち、き電用変電所Ｋ１を標定の基準点とおいた場合）、き電用変電所Ｋ２（基準点に対応する地点）にサージパルスが到達した時刻をｔ２とし、この時間差をｔとすると、故障点の位置を以下の式により、故障点算出部１４は算出することができる。
Ｘ＝（Ｌ／２）＋（ｔ／２）・ｖ
ここで、Ｌはき電用変電所Ｋ１とき電用変電所Ｋ２との間の距離（単位：ｍ）であり、ｔはサージパルス到達時間差（単位：秒）であり、ｖはサージパルスの伝搬速度（単位：ｍ／秒）、Ｘは標定値（単位：ｍ）である。Ｘが正の値であればき電変電所Ｋ１からの距離であり、Ｘが０であればき電用変電所Ｋ１とき電用変電所Ｋ２との中間地点であり、Ｘが負であればき電変電所Ｋ２からの距離である。
【００４４】
また、情報センタＧに故障点算出部１４を設置せず、各き電用変電所にそれぞれ配置した場合、同一のトロリ線２の両端のき電用変電所が伝送路により接続し、地絡故障と判定した場合に、それぞれの測定した測定時刻を接続相手のき電用変電所へ通知することにより、各き電用変電所が独立して故障点の標定を行うことができる。
この場合、き電用変電所それぞれが故障点を標定するため、情報センタＧに確認しなくても、自身のほうが他より近いか否かが判断でき、故障点に近い方のき電用変電所の係員が、地絡故障の調査・回復に出向く効果がある。
【００４５】
なお、図１における地絡判定部１１，サージ電圧伝搬時間検出部１２，制御部１３，故障点算出部１４の各機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより地絡故障の判定や故障点の標定処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【００４６】
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施例が用いられる直流き電方式の系統構成の一例を示す概念図である。
【図２】本発明の実施例にて使用する直流電圧検出部８とサージ電圧検出部９との配置を示す直流き電方式の系統構成の概念図である。
【図３】各き電用変電所及び情報センタに配設される故障点標定システムの構成例を示すブロック図である。
【図４】故障点からのサージパルスの到達時刻が各き電用変電所で異なることを示す波形図である。
【符号の説明】
【００４８】
１…き電線 ２…トロリ線
３…レール ４…保護線
５…放電素子（放電管） ６…Ｓ状ホーン
７…がいし ８…直流電圧検出部
９…サージ電圧検出部 １０…ＧＰＳ
１１…地絡判定部 １２…サージ電圧伝搬時間検出部
１３…制御部 １４…故障点算出部
１５…出力部 １００…変圧器
１０１…整流器 １０２…高速度遮断器
Ｇ…情報センタ Ｄ…電気車
Ｋ１，Ｋ２…き電用変電所
【特許請求の範囲】
【請求項１】
き電線及びトロリ線とを有する直流き電電圧印加部分を、それらの施設方向に沿った複数個の箇所で、それぞれ絶縁してレール沿いの予定の高さで支持する部材を含む構造物と、トロリ線とが接触し、トロリ線が前記構造物を介して地絡した故障を検出するシステムと故障点を標定する故障点標定システムであって、
トロリ線が地絡したときに保護線に印加される直流電圧を測定し、前記構造物とトロリ線との間の短絡故障（地絡故障）検出手段と、
地絡電圧により、故障点から保護線上に生成されるサージパルスを検出した時刻を測定する、保護線の両端に各々設けられたサージ電圧伝搬時間検出手段と、
該サージ電圧伝搬時間検出手段各々の検出した時刻から、前記故障点の位置を算出する故障点算出手段と
を有することを特徴とする故障検出システム。
【請求項２】
前記保護線の両端に各々設けられ、保護線に印加される直流電圧が所定の値を超えることを検出すると地絡であることを検出する地絡判定手段を有することを特徴とする請求項１記載の故障検出システム。
【請求項３】
前記短絡故障検出手段が、前記構造物と、前記保護線の間に接続された放電管を介挿して構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の故障検出システム。
【請求項４】
地絡が起こったときに、放電管の放電現象が継続する電圧値及び電流値となる抵抗値の抵抗が、前記保護線の所定の位置に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の故障検出システム。
【請求項５】
き電線及びトロリ線とを有する直流き電電圧印加部分を、それらの施設方向に沿った複数個の箇所で、それぞれ絶縁してレール沿いの予定の高さで支持する部材を含む構造物と、トロリ線とが接触し、トロリ線が前記構造物を介して地絡した故障点を標定する故障点標定方法であって、
前記構造物と保護線との間に介挿される抽出手段により、トロリ線が地絡したときに保護線に印加される電圧の抽出過程と
保護線の両端に各々設けられたサージ電圧伝搬時間検出手段により、地絡電圧によって、故障点から保護線上に生成されるサージパルスを検出し、この検出した時刻を測定するサージ電圧検出過程と、
該サージ電圧伝搬時間検出手段各々の検出した時刻から、前記故障点の位置を算出する故障点算出過程と
を有することを特徴とする故障検出方法。
【請求項６】
前記保護線の両端に各々設けられた地絡判定手段により、地絡故障時に保護線に印加される直流電圧を測定し、直流電圧が所定の値を超えることを検出すると地絡であることを検出する地絡判定過程を有することを特徴とする請求項５記載の故障検出方法。
【請求項７】
き電線及びトロリ線とを有する直流き電電圧印加部分を、それらの施設方向に沿った複数個の箇所で、それぞれ絶縁してレール沿いの予定の高さで支持する部材を含む構造物と、トロリ線とが接触し、トロリ線が前記構造物を介して地絡した故障点を標定する故障点標定処理を行うプログラムであって、
前記構造物と保護線との間に介挿される抽出手段により、トロリ線が地絡したときに地絡電圧の一部が保護線に印加され、この地絡電圧に起因して発生するサージパルスが各々保護線の両端において検出された時刻を入力するサージ電圧入力処理と、
該サージ電圧伝搬時間検出処理の検出した各々の時刻から、前記故障点の位置を算出する故障点算出処理と
を有する処理を行うコンピュータが実行可能なプログラム。
【請求項８】
前記保護線の両端に各々設けられた地絡判定手段が地絡故障時に保護線に印加される直流電圧を測定し、直流電圧が所定の値を超えることを検出すると地絡であることを検出する地絡判定処理を有する請求項７記載のコンピュータが実行可能なプログラム。
【請求項９】
請求項７または請求項８のいずれかのプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項１】
き電線及びトロリ線とを有する直流き電電圧印加部分を、それらの施設方向に沿った複数個の箇所で、それぞれ絶縁してレール沿いの予定の高さで支持する部材を含む構造物と、トロリ線とが接触し、トロリ線が前記構造物を介して地絡した故障を検出するシステムと故障点を標定する故障点標定システムであって、
トロリ線が地絡したときに保護線に印加される直流電圧を測定し、前記構造物とトロリ線との間の短絡故障（地絡故障）検出手段と、
地絡電圧により、故障点から保護線上に生成されるサージパルスを検出した時刻を測定する、保護線の両端に各々設けられたサージ電圧伝搬時間検出手段と、
該サージ電圧伝搬時間検出手段各々の検出した時刻から、前記故障点の位置を算出する故障点算出手段と
を有することを特徴とする故障検出システム。
【請求項２】
前記保護線の両端に各々設けられ、保護線に印加される直流電圧が所定の値を超えることを検出すると地絡であることを検出する地絡判定手段を有することを特徴とする請求項１記載の故障検出システム。
【請求項３】
前記短絡故障検出手段が、前記構造物と、前記保護線の間に接続された放電管を介挿して構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の故障検出システム。
【請求項４】
地絡が起こったときに、放電管の放電現象が継続する電圧値及び電流値となる抵抗値の抵抗が、前記保護線の所定の位置に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の故障検出システム。
【請求項５】
き電線及びトロリ線とを有する直流き電電圧印加部分を、それらの施設方向に沿った複数個の箇所で、それぞれ絶縁してレール沿いの予定の高さで支持する部材を含む構造物と、トロリ線とが接触し、トロリ線が前記構造物を介して地絡した故障点を標定する故障点標定方法であって、
前記構造物と保護線との間に介挿される抽出手段により、トロリ線が地絡したときに保護線に印加される電圧の抽出過程と
保護線の両端に各々設けられたサージ電圧伝搬時間検出手段により、地絡電圧によって、故障点から保護線上に生成されるサージパルスを検出し、この検出した時刻を測定するサージ電圧検出過程と、
該サージ電圧伝搬時間検出手段各々の検出した時刻から、前記故障点の位置を算出する故障点算出過程と
を有することを特徴とする故障検出方法。
【請求項６】
前記保護線の両端に各々設けられた地絡判定手段により、地絡故障時に保護線に印加される直流電圧を測定し、直流電圧が所定の値を超えることを検出すると地絡であることを検出する地絡判定過程を有することを特徴とする請求項５記載の故障検出方法。
【請求項７】
き電線及びトロリ線とを有する直流き電電圧印加部分を、それらの施設方向に沿った複数個の箇所で、それぞれ絶縁してレール沿いの予定の高さで支持する部材を含む構造物と、トロリ線とが接触し、トロリ線が前記構造物を介して地絡した故障点を標定する故障点標定処理を行うプログラムであって、
前記構造物と保護線との間に介挿される抽出手段により、トロリ線が地絡したときに地絡電圧の一部が保護線に印加され、この地絡電圧に起因して発生するサージパルスが各々保護線の両端において検出された時刻を入力するサージ電圧入力処理と、
該サージ電圧伝搬時間検出処理の検出した各々の時刻から、前記故障点の位置を算出する故障点算出処理と
を有する処理を行うコンピュータが実行可能なプログラム。
【請求項８】
前記保護線の両端に各々設けられた地絡判定手段が地絡故障時に保護線に印加される直流電圧を測定し、直流電圧が所定の値を超えることを検出すると地絡であることを検出する地絡判定処理を有する請求項７記載のコンピュータが実行可能なプログラム。
【請求項９】
請求項７または請求項８のいずれかのプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−２３４４６１（Ｐ２００６−２３４４６１Ａ）
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−４６７２８（Ｐ２００５−４６７２８）
【出願日】平成１７年２月２３日（２００５．２．２３）
【出願人】（０００１９６５８７）西日本旅客鉄道株式会社 (202)
【出願人】（０００１７３７８４）財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月２３日（２００５．２．２３）
【出願人】（０００１９６５８７）西日本旅客鉄道株式会社 (202)
【出願人】（０００１７３７８４）財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Ｆターム（参考）】
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