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レール電位低減交流き電回路

国内特許コード P07A011448
整理番号 /NO33238
掲載日 2007年11月9日
出願番号 特願2002-061722
公開番号 特開2003-260963
登録番号 特許第3816413号
出願日 平成14年3月7日(2002.3.7)
公開日 平成15年9月16日(2003.9.16)
登録日 平成18年6月16日(2006.6.16)
発明者
  • 持永 芳文
  • 久水 泰司
  • 吉舗 幸信
  • 増山 隆雄
出願人
  • (財)鉄道総合技術研究所
  • (株)東芝
発明の名称 レール電位低減交流き電回路
従来技術、競合技術の概要 電気鉄道においては、レールを帰回路として構成し、電気車電流を流すため、レールの特性インピーダンスと負荷電流に起因するレール電位が発生する。図7に、最も簡単な、トロリ線とレールのみで構成される直接き電方式の図を示す。(a)はき電系統図、(b)はレール電流分布図、(c)はレール電位分布図である。変電所10からトロリ線2を経て電気車11にき電されレール3を経て変電所10へ戻る。変電所10の位置をO点、電気車11の位置をQ点(負荷点)とし、O点からQ点までの距離をl1 とすると、O点から距離xのx点におけるレール電流Ix は数式1で表される。
【数1】
この数式1によって表される電流分布を示すのが図7の(b)である。レール電位は、レール電流にレールの特性インピーダンスZ0 を乗じて求められるが、数式1中のn0Iは電車線電流Iの電磁誘導作用によって流れる成分なので、レール電位には何ら関与しない。よってx点におけるレール電位Vx は、数式2のようになる。
【数2】
電気車11の存在するQ点(負荷点)のレール電位VQ は数式2にx=l1 を代入すればよいから、その結果数式3のようになり、最も高くなる。
【数3】
一方、変電所10の位置であるO点のレール電位VO は数式2にx=0を代入すればよいから、その結果、数式4のようになる。
【数4】
これを数式3の負荷点の電位と較べると大きさは同じで極性が反転していることが分かる。図7の(c)はこのことを示している。図8はATき電方式の場合を示す。ATき電方式においては電気車11に流れた負荷電流Iは進行方向前後の単巻変圧器(以下、ATとも呼ぶ)1に分流するので、直接き電方式の場合とはレール電位の分布が異なるが、例えば、電気車11が図8の(a)のようにAT間(距離l2)の中央Q点にいるときのQ点におけるレール電位は直接き電方式と同様に数式3のl1 の代りにl2 /2を代入して数式5で表される。
【数5】
上記数式5の値は、図8の(a)における、レール3と保護線(PWとも呼ぶ)7を結ぶCPW8がない場合の値であるが、通常ATとATの中央点ではレールがインピーダンスボンドを通して保護線と接続されていることから数式6の値の約70%位に低減する。一方、電気車11が(a)のようにQ点にいる状態でのATの位置即ちP点およびR点のレール電位は、負荷電流Iが前後のATに向って分流してレールに流れること、およびPW7への分流効果によって、負荷点(Q点)のレール電位に較べて逆極性で値が2分の1以下程度になる。このような状態でのレール電位を示すと図8の(b)のようになる。以上のようなレール電位の値は、在来線においては、負荷電流が小さいため実用上問題は発生していない。一方、新幹線においては負荷電流が大きいため、電車の通過直後のレール電位は高くなることがあるが、新幹線特例法によって一般の立入を禁止していること、および営業時間帯は保守作業を行わないため、問題は発生していない。以上から、従来一般区間において特段のレール電位抑制対策は実施されていない。
産業上の利用分野 本発明は、電気鉄道の単巻変圧器(AT)き電方式において、電気車走行時に発生するレール電位を低減する技術の分野に属する。
特許請求の範囲 【請求項1】 変電所のき電電圧を電車線電圧より高くし、線路に沿って所定距離ごとに設置された単巻変圧器(AT)により電車線電圧に降圧し、電気車に電力を供給するATき電回路であって、レール電位を低減するために3軌道回路以上の間隔でAT箇所およびその中間でレールと保護線(PW)を結ぶCPW箇所においてインピーダンスボンドの中性点を接地する多点接地回路を有することを特徴とするレール電位低減交流き電回路。
【請求項2】接地回路の接地電極として、高架区間では高架脚部鉄筋を利用し、トンネル区間ではトンネル用鉄筋または路盤鉄筋を利用することを特徴とする請求項1記載のレール電位低減交流き電回路。
【請求項3】接地回路の接地電極として、埋設接地線を用いることを特徴とする請求項1記載のレール電位低減交流き電回路。
【請求項4】直流電気鉄道が並行する区間においては、電食を防止するため、インピーダンスボンド中性点と接地電極との間にコンデンサとリアクトルからなる直列共振回路を設けたことを特徴とする請求項1、請求項2又は請求項3に記載のレール電位低減交流き電回路。
産業区分
  • 電力応用
  • 鉄道
国際特許分類(IPC)
出願権利状態 権利存続中
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