JP2003348723A

JP2003348723A - 架空線等の張力異常検出システム

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Publication number: JP2003348723A
Application number: JP2002151787A
Authority: JP
Inventors: Fumio Okimoto; 文男沖本; Toru Uchikoshi; 徹打越; Akio Imai; 章雄今井; Hiroki Honda; 博樹本多; Nobuyuki Hara; 伸之原
Original assignee: Dengyo Inc; Central Japan Railway Co
Current assignee: Dengyo Inc; Central Japan Railway Co
Priority date: 2002-05-27
Filing date: 2002-05-27
Publication date: 2003-12-05

Abstract

(57)【要約】【課題】架空線Ｔに所定の張力を与えるために、ガス
ばね式テンションバランサＢを用いた架空線等の張力異
常検出システムにおいて、ガスばね式テンションバラン
サＢ及び架空線の現在の状態を演算し、表示するように
して、異常の検出を迅速かつ正確に行うことができるよ
うにした架空線等の張力異常検出システムを提供するこ
と。【解決手段】架空線Ｔに所定の張力を与えるために、
ガスばね式テンションバランサＢを用いた架空線等の張
力異常検出システムにおいて、ガスばね式テンションバ
ランサＢのガス圧変化を検出する圧力検出手段Ｓの検出
値を電気信号に変換するとともに、この検出値、外気温
等の計測データ及び各種設定値から、ガスばね式テンシ
ョンバランサＢ及び架空線Ｔの現在の状態を演算し、表
示するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吊架線、補助吊架
線、トロリ線等の電車線（本明細書において、「架空
線」と総称する。）等の張力異常検出システムに関し、
特に、架空線に所定の張力を与えるために、ガスばね式
テンションバランサを用いたものにおいて、ガスばね式
テンションバランサ及び架空線の現在の状態を演算し、
表示するようにして、異常の検出を迅速かつ正確に行う
ことができるようにした架空線等の張力異常検出システ
ムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、架空線にあっては、ジュール熱等
による温度変化に起因する伸縮、クリープ、摩耗による
弾性伸び、さらに、経年変化による支持物の傾斜、電車
線上への積雪などにより、架空線の張力が影響を受ける
ため、架空線の張力を一定に保持する必要があり、ま
た、その張力調整を自動的に行って、メンテナンスフリ
ー化するため、架空線の端部に自動張力調整装置とし
て、テンションバランサを配設するようにしている。

【０００３】このテンションバランサとしては、従来よ
り、滑車を用いてウェイトにより張力をかけるようにし
た滑車式のものが汎用されてきたが、これは、張力を一
定にする性能に優れていたためである。しかしながら、
この滑車式のものは、据付工事が煩雑化したり、ワイヤ
の劣化を防ぐために定期的な保守を必要とするなどの問
題があった。

【０００４】そして、近年になって、小形化、軽量化、
さらには、メンテナンスフリー化を達成し得るばね式テ
ンションバランサが注目され、実用化されている。この
ばね式のものとしては、コイルばねを用いたもの、ガス
ばねを用いたもの等が用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記テンシ
ョンバランサのうち、コイルばねを用いたものは、テン
ションバランサによる実張力を、テンションバランサの
伸縮量として表示する表示手段、例えば、スケールを取
り付けるようにし、保守・点検を行う際に、テンション
バランサの伸縮量をスケールの目盛りから読み取ること
により把握するようにしていた。しかしながら、このコ
イルばねを用いたものは、地上からのスケールの目盛り
の正確な読み取りが行い難いという問題があった。

【０００６】また、ガスばねを用いたものは、外気温等
の温度変化に応じてガス室の体積及びガス室のガス圧が
変化するため、温度変化によるガス室の体積変化分と架
空線の伸縮量とを予め相殺できるように、温度と張力変
化の関係で設定範囲を定めている。しかしながら、現場
における実際の伸縮量は、コイルばねを用いたものと同
様にスケールの目盛りを読み取ることにより把握するこ
ととしていたため、地上からのスケールの目盛りの正確
な読み取りが行い難いという問題があった。また、現場
における実際の温度変化に対応した伸縮量が実現されて
いるか否かの判定には、温度計を持参し、さらに、架空
線の長さに対応した外気温と伸縮量の関係を示した数表
とスケールの目盛りの読み取り結果を照らし合わせると
いう煩雑な作業が必要であった。

【０００７】本発明は、上記従来のテンションバランサ
の有する問題点に鑑み、架空線に所定の張力を与えるた
めに、ガスばね式テンションバランサを用いたものにお
いて、ガスばね式テンションバランサ及び架空線の現在
の状態を演算し、表示するようにして、異常の検出を迅
速かつ正確に行うことができるようにした架空線等の張
力異常検出システムを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の架空線等の張力異常検出システムは、架空
線に所定の張力を与えるために、ガスばね式テンション
バランサを用いた架空線等の張力異常検出システムにお
いて、前記ガスばね式テンションバランサのガス圧変化
を検出する圧力検出手段の検出値を電気信号に変換する
とともに、該検出値、外気温等の計測データ及び各種設
定値から、ガスばね式テンションバランサ及び架空線の
現在の状態を演算し、表示するようにしたことを特徴と
する。

【０００９】この場合において、前記演算したガスばね
式テンションバランサ及び架空線の状態を示すデータを
蓄積することができる。

【００１０】そして、この架空線等の張力異常検出シス
テムにおいては、実張力の平均値が、予め設定したガス
ばね式テンションバランサ異常検出用張力上下限値を、
予め設定した時間継続して越えた場合に、ガスばね式テ
ンションバランサの異常と判定するようにすることがで
きる。

【００１１】また、実張力が、予め設定した架空線異常
検出用張力上下限値を越えた場合や、実張力を時間微分
した絶対値が、予め設定した架空線異常検出用張力微分
値を越えた場合に、架空線の異常と判定するようにする
ことができる。

【００１２】この架空線等の張力異常検出システムは、
ガスばね式テンションバランサのガス圧変化を検出する
圧力検出手段の検出値、外気温等の計測データ及び各種
設定値から、ガスばね式テンションバランサ及び架空線
の現在の状態を演算し、表示するようにしているので、
ガスばね式テンションバランサ及び架空線の異常の検出
を、現場における実際の外気温等を総合的に勘案して、
迅速かつ正確に行うことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の架空線等の張力異
常検出システムの実施の形態を、図面を参照して説明す
る。

【００１４】図１に、本発明の架空線等の張力異常検出
システムを示す。この架空線等の張力異常検出システム
は、一端を取付金具Ｆを介して支柱Ｐ等の支持物に固定
し、他端に碍子Ｇ等を介して架空線Ｔを接続したガスば
ね式テンションバランサＢと、支柱Ｐ等の支持物に取り
付けた太陽電池Ｃと、ガスばね式テンションバランサＢ
に配設した、ガスばね式テンションバランサＢのガス圧
変化を検出する圧力検出手段としての圧力センサＳと、
この圧力センサＳの検出値、外気温等の計測データ及び
各種設定値から、ガスばね式テンションバランサ及び架
空線の現在の状態を演算し、表示するデータ解析・表示
装置Ｄとにより構成され、圧力センサＳとデータ解析・
表示装置ＤとをケーブルＫで接続したり、無線通信機能
を付加することにより、圧力センサＳの検出値を電気信
号としてデータ解析・表示装置Ｄに入力することができ
るようにしている。

【００１５】このガスばね式テンションバランサＢは、
ガス圧変化を検出する圧力検出手段としての圧力センサ
Ｓを取り付けるようにした点を除き、公知のガスばね式
テンションバランサと同様の構造を有するもので、特に
限定されるものではないが、例えば、図２に示すよう
に、ケーシング１０内に、内部を金属製ベローズ１３に
より区画してガス室１２及び油室１４を形成したガスば
ね体１１を、ケーシング１０の一端側に固定して配設
し、ガスばね体１１の油室１４内に基端側を挿入するよ
うにした本体ロッド１５の先端に端面板１６を固定し、
端面板１６に連結ロッド１７の基端を固定して構成され
ている。ところで、ガス室１２のガス圧の変化を検出す
る圧力検出手段としての圧力センサＳは、ガス室１２の
ガス圧を直接測定するようにすることもできるが、本実
施例においては、ガスばね式テンションバランサＢのガ
ス室１２のガス圧がかかる油室１４に充填された油の圧
力を測定することにより、ガスばね式テンションバラン
サＢのガス圧変化を検出するようにしている。なお、ガ
ス室１２及び油室１４を形成したガスばね体１１の本体
ロッド１５の挿通部には、油室１４に充填された油の漏
れを防止するシール機構１９を設けるようにしている。

【００１６】そして、ガスばね式テンションバランサＢ
は、例えば、一端５（連結ロッド１７の先端に固定した
端面板１８）を絶縁碍子Ｇを介して架空線Ｔに、他端２
（ケーシング１０の他端側）を支柱Ｐ等の支持物に取り
付ける固定端４に、それぞれ接続して使用するようにす
る。

【００１７】支柱Ｐ等の支持物に取り付けた太陽電池Ｃ
は、データ解析・表示装置Ｄに電力を供給するためのも
ので、太陽電池Ｃを配設する。この太陽電池Ｃは、特に
限定されるものではないが、例えば、図３に示すよう
に、支柱Ｐ等に取り付け易いように取付台Ｃｂを形成
し、この取付台Ｃｂの表面を、発電効率のよい傾斜角と
し、この太陽電池Ｃにより発電した電力を、電源ケーブ
ルＫを介して、データ解析・表示装置Ｄに備えたバッテ
リに充電するようにしている。なお、データ解析・表示
装置Ｄの電源は、必ずしも太陽電池Ｃに限定されるもの
でなく、例えば、商用電源を用いることもできる。

【００１８】データ解析・表示装置Ｄの外観を図４に、
その回路構成を図５に、それぞれ示す。データ解析・表
示装置Ｄは、支柱Ｐ等にバンド等の固定具によって簡易
に、かつ強固に取り付けられるケーシング２０に、外部
から容易に識別できるようにＬＣＤ表示器によりデジタ
ル表示を行うディスプレイ２１を取り付け、このディス
プレイ２１に隣接して、圧力センサＳの検出値、外気温
等の計測データ及び各種設定値から、ガスばね式テンシ
ョンバランサＢ及び架空線Ｔの現在の状態の良否を判定
して表示するガスばね式テンションバランサ異常フラグ
２２及び架空線異常フラグ２３を配設し、その下方にキ
ースイッチ２４及び電源スイッチ２５を配設し、さら
に、その下方には太陽電池Ｃから供給される電力によっ
て充電されるバッテリ２６を内蔵するとともに、底面に
は測温抵抗体２７、太陽電池接続ケーブル２８、圧力セ
ンサ入力用コネクタ２９、通信ケーブル用コネクタ（例
えば、ＲＳ−２３２コネクタ）３０を配設するようにす
る。

【００１９】ＬＣＤ表示器によるディスプレイ２１に
は、ガス圧実測値（ＭＰａ）、実張力値（ｋＮ）、スト
ローク値（ｍｍ）、外気温（℃）等の測定値をデジタル
表示するとともに、各種パラメータ／設定値表示を適宜
選択して切り替え表示できるようにし、さらに、異常履
歴の消去、異常履歴の表示等を行えるようにする。ガス
ばね式テンションバランサ異常フラグ２２は、監視機能
により異常と判定された時に、例えば、赤色に反転する
ように構成し、架空線異常フラグ２３は、同様に、監視
機能により異常と判定された時に、例えば、黄色に反転
するように構成されている。キースイッチ２４は、各種
パラメータ／設定値の表示及び変更並びに異常履歴の表
示を行う。電源スイッチ２５は、電源をオン／オフする
ものである。ケーシング２０の底面に配設した測温抵抗
体２７は、外気温を測定し、ガスばね式テンションバラ
ンサＢ及び架空線Ｔの現在の状態の良否の判定に利用で
きるようにするとともに、外気温をディスプレイ２１に
表示するようにする。太陽電池接続ケーブル２８は、太
陽電池Ｃの直出しケーブルと接続するようにする。圧力
センサ入力用コネクタ２９は、防水型コネクタとし、こ
れに圧力変換器又は圧力トランスミッタを接続する。通
信ケーブル用コネクタ３０は、圧力センサ入力用コネク
タ２９と同様に、防水型コネクタとし、中継ケーブル又
は直接ＲＳ−２３２通信ケーブル（図示省略）を介して
パソコン（図示省略）と接続するとともに、各種データ
を指定フォーマットでパソコンに取り込み、各種データ
を保存したり、データ解析・表示装置Ｄの時計設定、各
種パラメータ／設定値の変更、異常履歴の消去等を行う
ことができるようにする。

【００２０】データ解析・表示装置Ｄの回路は、実際に
はケーシング２０内に組み込まれ、特に限定されるもの
ではないが、図５に示すように構成される。このデータ
解析・表示装置Ｄの回路は、圧力センサＳによるガスば
ね式テンションバランサＢのガス圧の検出値を圧力変換
器又は圧力トランスミッタ３１を介して、一方、測温抵
抗体２７による外気温の測定値を、それぞれ電気信号に
変え、切替器３３、Ａ／Ｄコンバータ３４を経て、フラ
ッシュメモリを備えたＣＰＵに接続し、さらに、ＲＳ−
２３２Ｃドライバ／レシーバ、通信ケーブル用コネクタ
３０を介してパソコン（図示省略）と、また、ガスばね
式テンションバランサ異常フラグ２２、架空線異常フラ
グ２３、ディスプレイ２１を接続する。また、電源スイ
ッチ２５にて電源をオン／オフする電源回路を経てＣＰ
Ｕに電力を供給するようにする。

【００２１】次に、この架空線等の張力異常検出システ
ムの動作について説明する。この架空線等の張力異常検
出システムに用いられるガスばね式テンションバランサ
Ｂは、外気温が変動すると、ガスばね体１１のガス室１
２内のガスの体積が増減するため、これに合わせて金属
製ベローズ１３内の油室１４の体積が増減することにな
るが、油室１４に充填された油量は一定であるため、こ
れが油室１４内に基端側を挿入するようにした本体ロッ
ド１５の進入量（体積）によって相殺され、この結果、
本体ロッド１５が伸縮（突出量が変化）することとな
る。具体的には、例えば、外気温が上昇すると、ガスば
ね体１１のガス室１２内のガスの体積が増加するため、
これに合わせて金属製ベローズ１３内の油室１４の体積
が減少し、本体ロッド１５の進入量が減少して、本体ロ
ッド１５が伸長（突出量が増大）する。本体ロッド１５
が伸長すると、ガスばね式テンションバランサＢの全長
が縮小して、外気温が上昇することによる架空線Ｔの伸
長を吸収することができる。一方、外気温が低下する
と、ガスばね体１１のガス室１２内のガスの体積が減少
するため、これに合わせて金属製ベローズ１３内の油室
１４の体積が増加し、本体ロッド１５の進入量が増加し
て、本体ロッド１５が縮小（突出量が減少）する。本体
ロッド１５が縮小すると、ガスばね式テンションバラン
サＢの全長が伸長して、外気温が低下することによる架
空線Ｔの縮小を吸収することができる。このため、ガス
ばね式テンションバランサＢは、通常、外気温の変動に
よる架空線Ｔの伸縮量と、ガスばね体１１の油室１４内
に基端側を挿入するようにした本体ロッド１５の伸縮量
（突出量）とが一致するように設計される。

【００２２】このように、このガスばね式テンションバ
ランサＢは、外気温の変動によって架空線Ｔの張力が変
動しないようにすることができるようにし、基本的に
は、定期保守を必要としないようにしている。しかしな
がら、ガスばね式テンションバランサＢのガス室１２か
らのガス漏れや油漏れ等に起因するガスばね式テンショ
ンバランサＢの異常や、架空線Ｔへの飛来物、車両等の
接触、異常風圧、破損したパンタグラフの通過等に起因
する架空線Ｔの異常が発生することがあり、これを放置
すると、架空線Ｔの断線等の重大な事故を引き起こすお
それがあることから、ここでは、以下の方法により、ガ
スばね式テンションバランサＢのガス圧変化を検出する
圧力センサＳによる検出値、測温抵抗体２７による外気
温等の計測データ及び各種設定値から、ガスばね式テン
ションバランサＢ及び架空線Ｔの現在の状態を、データ
解析・表示装置Ｄにより演算し、データ解析・表示装置
Ｄのディスプレイ２１並びにガスばね式テンションバラ
ンサ異常フラグ２２及び架空線異常フラグ２３に表示す
るようにしている。

【００２３】次に、ガスばね式テンションバランサＢ及
び架空線Ｔの異常の有無の判定方法の一例を、図６及び
図７を用いて説明する。

【００２４】［ガスばね式テンションバランサＢの異常
の有無の判定方法］ガスばね式テンションバランサＢの
異常の有無は、実張力の平均値が、表１に示す、予め設
定したガスばね式テンションバランサ異常検出用張力上
下限値を、予め設定した時間継続して越えた場合に、ガ
スばね式テンションバランサの異常と判定するようにす
る。図６は、４個分の実張力の平均値に基づいて、ガス
ばね式テンションバランサＢの異常の有無の判定を行っ
た例を示す。ガスばね式テンションバランサＢの異常と
判定した場合には、発生時刻及び実張力値（平均値を含
む。）を記録し、ガスばね式テンションバランサ異常フ
ラグ２２を赤色に反転させる。

【００２５】［架空線Ｔの異常の有無の判定方法］架空
線Ｔの異常の有無は、実張力が、表１に示す、予め設
定した架空線異常検出用張力上下限値を越えた場合及び
実張力を時間微分した絶対値が、表１に示す、予め設
定した架空線異常検出用張力微分値を越えた場合に、架
空線の異常と判定するようにする。この場合、及び
のいずれの条件（のみの場合、のみの場合、と
両方の場合）で異常と判定するかは、自由に設定するこ
とができる。図７は、架空線Ｔの異常の有無の判定を行
った例を示す。架空線Ｔの異常と判定した場合には、発
生時刻、実張力値及び実張力の微分値を記録し、架空線
異常フラグ２３を黄色に反転させる。

【００２６】

【表１】

【００２７】この場合において、計算張力Ｔｋ（ｋ
Ｎ）、実張力Ｔ（ｋＮ）、ストロークＳ（ｍｍ）は、そ
れぞれ次式で求められる。なお、使用するパラメータ
は、表２に示すとおりである。Ｔｋ＝Ｔｇ−（Ｌｇ−Ｌｋ）×Ｋ×（ｔ₀−ｔ）×ＡＴ＝Ｇ×Ｚ／１０Ｓ＝Ｌｋ×１０００×Ｋ×（ｔ₀−ｔ）ここで、Ｇはガスばね式テンションバランサＢのガス室
１２のガス圧（ＭＰａ）、ｔは外気温（℃）である。

【００２８】

【表２】

【００２９】このように、この架空線等の張力異常検出
システムを用いることによって、ガスばね式テンション
バランサＢ及び架空線Ｔの異常の検出を、現場における
実際の外気温等を総合的に勘案して、迅速かつ正確に行
うことができ、これにより、架空線Ｔの断線等の事故の
発生を未然に防止することができるとともに、保守・点
検作業においても、架空線Ｔの張力を適正値に容易に調
整することができ、作業負担を軽減することができるも
のとなる。

【００３０】以上、本発明の架空線等の張力異常検出シ
ステムについて、その実施例に基づいて説明したが、本
発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものでは
なく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成
を変更することができるものである。

【００３１】

【発明の効果】本発明の架空線等の張力異常検出システ
ムによれば、ガスばね式テンションバランサのガス圧変
化を検出する圧力検出手段の検出値、外気温等の計測デ
ータ及び各種設定値から、ガスばね式テンションバラン
サ及び架空線の現在の状態を演算し、表示するようにし
ているので、ガスばね式テンションバランサ及び架空線
の異常の検出を、現場における実際の外気温等を総合的
に勘案して、迅速かつ正確に行うことができ、これによ
り、架空線の断線等の事故の発生を未然に防止すること
ができるとともに、保守・点検作業においても、架空線
の張力を適正値に容易に調整することができ、作業負担
を軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の架空線等の張力異常検出システムの設
置例を示す全体の装柱説明図である。

【図２】圧力センサを取り付けたガスばね式テンション
バランサの概略構造を示す断面図である。

【図３】太陽電池を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側
面図である。

【図４】データ解析・表示装置を示し、（Ａ）は正面
図、（Ｂ）は側面図である。

【図５】データ解析・表示装置の回路構成を示すブロッ
ク図である。

【図６】ガスばね式テンションバランサの異常の有無の
判定方法を示すタイムチャートである。

【図７】架空線の異常の有無の判定方法を示すタイムチ
ャートである。

【符号の説明】

Ｂガスばね式テンションバランサＣ太陽電池Ｄデータ解析・表示装置ＫケーブルＰ支柱Ｓ圧力センサＴ架空線１０ケーシング１１ガスばね体１２ガス室１３金属製ベローズ１４油室１５本体ロッド１６端面板１７連結ロッド１８端面板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者打越徹愛知県名古屋市中村区名駅一丁目１番４号東海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者今井章雄愛知県名古屋市中村区名駅一丁目１番４号東海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者本多博樹大阪府東大阪市高井田中２丁目５番25号株式会社電業内 (72)発明者原伸之大阪府東大阪市高井田中２丁目５番25号株式会社電業内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】架空線に所定の張力を与えるために、ガ
スばね式テンションバランサを用いた架空線等の張力異
常検出システムにおいて、前記ガスばね式テンションバ
ランサのガス圧変化を検出する圧力検出手段の検出値を
電気信号に変換するとともに、該検出値、外気温等の計
測データ及び各種設定値から、ガスばね式テンションバ
ランサ及び架空線の現在の状態を演算し、表示するよう
にしたことを特徴とする架空線等の張力異常検出システ
ム。
【請求項２】前記演算したガスばね式テンションバラ
ンサ及び架空線の状態を示すデータを蓄積するようにし
たことを特徴とする請求項１記載の架空線等の張力異常
検出システム。
【請求項３】実張力の平均値が、予め設定したガスば
ね式テンションバランサ異常検出用張力上下限値を、予
め設定した時間継続して越えた場合に、ガスばね式テン
ションバランサの異常と判定するようにしたことを特徴
とする請求項１又は２記載の架空線等の張力異常検出シ
ステム。
【請求項４】実張力が、予め設定した架空線異常検出
用張力上下限値を越えた場合に、架空線の異常と判定す
るようにしたことを特徴とする請求項１、２又は３記載
の架空線等の張力異常検出システム。
【請求項５】実張力を時間微分した絶対値が、予め設
定した架空線異常検出用張力微分値を越えた場合に、架
空線の異常と判定するようにしたことを特徴とする請求
項１、２、３又は４記載の架空線等の張力異常検出シス
テム。