JP7447740B2 - Optical fiber-containing overhead wire and heavy simple overhead wire - Google Patents
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Description
本発明は、光ファイバ入りちょう架線、ヘビーシンプル架線、及びヘビーシンプル架線の監視システムに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a monitoring system for an optical fiber-containing overhead line, a heavy simple overhead line, and a heavy simple overhead line.
近年、新幹線の架線(架空電車線)系は、メンテナンスフリー化、速度向上などの目的で、ヘビーコンパウンド架線からヘビーシンプル架線への移行が進められている。ヘビーシンプル架線では、ヘビーコンパウンド架線で用いられていた補助ちょう架線を用いないため、トロリ線とちょう架線に掛かる張力が高く、強度負担が大きい。そのため、安全性を確保するため、警報線としての光ファイバが溝内に収容されたトロリ線(例えば、特許文献1参照)などを用いてトロリ線の状態を常時監視することが望ましい。 In recent years, Shinkansen overhead contact lines have been transitioning from heavy compound overhead lines to heavy simple overhead lines, with the aim of making them maintenance-free and increasing speed. Heavy simple overhead wires do not use the auxiliary overhead wires used in heavy compound overhead wires, so the tension on the contact wires and the overhead wires is high, which places a heavy burden on their strength. Therefore, in order to ensure safety, it is desirable to constantly monitor the state of the contact wire using a contact wire in which an optical fiber is housed in a groove as a warning wire (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、ヘビーコンパウンド架線をヘビーシンプル架線に変更すると、トロリ線だけでなく、ちょう架線も同様に強度負担が増す。ヘビーシンプル架線のちょう架線の公称断面積は200mm2(断面積が200sq)であり、ヘビーコンパウンド架線のちょう架線の公称断面積である150mm2よりも大きいが、それでも架線張力の高さから強度が不足する可能性がある。そして、その場合であっても、質量の増加や施工性の低下などの理由から、ちょう架線の公称断面積を200mm2よりも大きくすることは好ましくない。そのため、架線の安全性を確保するため、トロリ線と同様にちょう架線の状態を常時監視することが好ましい。 However, when the heavy compound overhead wire is changed to the heavy simple overhead wire, the strength burden increases not only on the contact wire but also on the bow overhead wire. The nominal cross-sectional area of the heavy simple overhead wire is 200 mm 2 (cross-sectional area is 200 sq), which is larger than the nominal cross-sectional area of the heavy compound overhead wire of 150 mm 2 , but the strength is still low due to the high tension of the overhead wire. There may be a shortage. Even in that case, it is not preferable to make the nominal cross-sectional area of the overhead wire larger than 200 mm 2 for reasons such as an increase in mass and a decrease in workability. Therefore, in order to ensure the safety of the overhead wire, it is preferable to constantly monitor the condition of the overhead wire, similar to the contact wire.
したがって、本発明の目的は、トロリ線とちょう架線の状態を常時監視することのできるヘビーシンプル架線の監視システム、並びにその監視システムに適用することができるヘビーシンプル架線及び光ファイバ入りちょう架線を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a heavy simple overhead wire monitoring system that can constantly monitor the status of contact wires and overhead overhead wires, and a heavy simple overhead wire and optical fiber-containing overhead overhead wire that can be applied to the monitoring system. It's about doing.
本発明は、上記課題を解決することを目的として、中空管の内部に光ファイバ検知線が収容された光ファイバ収容管と、前記光ファイバ収容管の周囲を囲むように撚り合わされた複数本の素線からなるちょう架線本体と、を備えた、光ファイバ入りちょう架線を提供する。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an optical fiber housing tube in which an optical fiber detection wire is housed inside a hollow tube, and a plurality of optical fiber detection wires twisted together so as to surround the optical fiber housing tube. To provide an optical fiber-containing overhead overhead wire, comprising: a overhead overhead wire body made of strands of wire;
また、本発明は、上記課題を解決することを目的として、第2の光ファイバ検知線を内部に収容する光ファイバ入りトロリ線と、前記光ファイバ入りトロリ線をハンガーを介して支持する、前記光ファイバ入りちょう架線と、を備えた、ヘビーシンプル架線を提供する。 Moreover, for the purpose of solving the above-mentioned problems, the present invention provides an optical fiber-containing contact wire that accommodates a second optical fiber detection line therein, and a contact wire that supports the optical fiber-containing contact wire via a hanger. To provide a heavy simple overhead line equipped with an optical fiber-containing overhead line.
また、本発明は、上記課題を解決することを目的として、第2の光ファイバ検知線を内部に収容する光ファイバ入りトロリ線と、前記光ファイバ入りトロリ線をハンガーを介して支持する、前記光ファイバ入りちょう架線とを備えたヘビーシンプル架線と、前記光ファイバ入りちょう架線に含まれる前記光ファイバ検知線及び前記光ファイバ入りトロリ線に含まれる第2の光ファイバ検知線に光学的に接続され、前記光ファイバ検知線及び前記第2の光ファイバ検知線の長手方向の温度分布を測定する光ファイバ温度分布測定装置と、を備えた、ヘビーシンプル架線の監視システムを提供する。 Moreover, for the purpose of solving the above-mentioned problems, the present invention provides an optical fiber-containing contact wire that accommodates a second optical fiber detection line therein, and a contact wire that supports the optical fiber-containing contact wire via a hanger. a heavy simple overhead line comprising an optical fiber-containing overhead contact line, and optically connected to the optical fiber detection line included in the optical fiber-containing overhead contact line and a second optical fiber detection line included in the optical fiber-contained contact wire. and an optical fiber temperature distribution measuring device that measures temperature distribution in the longitudinal direction of the optical fiber detection line and the second optical fiber detection line.
本発明によれば、トロリ線とちょう架線の状態を常時監視することのできるヘビーシンプル架線の監視システム、並びにその監視システムに適用することができるヘビーシンプル架線及び光ファイバ入りちょう架線を提供することができる。 According to the present invention, there is provided a monitoring system for heavy simple overhead wires that can constantly monitor the status of contact wires and overhead overhead wires, and heavy simple overhead wires and optical fiber-containing overhead overhead wires that can be applied to the monitoring system. Can be done.
〔実施の形態〕
図1は、本発明の実施の形態に係るヘビーシンプル架線1の模式図である。ヘビーシンプル架線1は、鉄道車両に電力を供給するための光ファイバ入りトロリ線20と、ハンガー30により光ファイバ入りトロリ線20を吊り下げて支持する光ファイバ入りちょう架線10とを備える。
[Embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram of a heavy simple overhead wire 1 according to an embodiment of the present invention. The heavy simple overhead wire 1 includes an optical fiber-containing contact wire 20 for supplying electric power to a railway vehicle, and an optical fiber-containing overhead contact wire 10 that suspends and supports the optical fiber-containing contact wire 20 by a hanger 30.
(光ファイバ入りちょう架線の構成)
図2(a)は、本発明の実施の形態に係る光ファイバ入りちょう架線10の一例の径方向の断面図である。図2(b)は、光ファイバ入りちょう架線10に含まれる光ファイバ収容管12の一例の径方向の断面図である。
(Configuration of overhead cable with optical fiber)
FIG. 2A is a radial cross-sectional view of an example of the optical fiber-containing overhead wire 10 according to the embodiment of the present invention. FIG. 2(b) is a radial cross-sectional view of an example of the optical fiber accommodation tube 12 included in the optical fiber-containing overhead wire 10. As shown in FIG.
光ファイバ入りちょう架線10は、中空管121の内部(中空部)123に光ファイバ検知線122が収容された光ファイバ収容管12と、光ファイバ収容管12の周囲を囲むように撚り合わされた複数本の素線111からなるちょう架線本体11とを備える。
The optical fiber-containing overhead wire 10 is twisted to surround the optical fiber housing tube 12 and the optical fiber housing tube 12 in which the optical
光ファイバ入りちょう架線10は、その内部に含まれる光ファイバ検知線122の温度を測定することによって、その状態を常時監視することができる。このため、ちょう架線本体11と光ファイバ収容管12の公称断面積を従来のヘビーシンプル架線のちょう架線と同じ200mm2としても、ちょう架線の伸びや損傷による事故などを未然に防ぎやすくなる。ここで、ちょう架線本体11と光ファイバ収容管12の公称断面積は、素線111の径方向の断面積に素線111の本数を乗じて、そこに中空管121の径方向の断面積を加えたもの(計算断面積)の近似値であり、例えば、計算断面積が192~209mm2の場合に公称断面積が200mm2となる。
The state of the optical fiber-containing overhead wire 10 can be constantly monitored by measuring the temperature of the optical
ちょう架線本体11を構成する素線111は、通常、図2(a)の例に示されるように、同心撚りで多層に撚り合わされる。この場合、ちょう架線10は、中心の1本の光ファイバ収容管12と、その光ファイバ収容管12の周囲に複数本の素線111を同心円状に撚り合わせてなる多層構造のちょう架線本体11を有する。素線111の撚り方向は、右撚り、左撚りのいずれでもよい。また、ちょう架線本体11は、右撚りの層と左撚りの層とを交互に多段配置させた異方向撚りで構成されていることが好ましい。 The strands 111 constituting the overhead wire body 11 are usually concentrically twisted in multiple layers, as shown in the example of FIG. 2(a). In this case, the butterfly overhead wire 10 has a multilayer structure consisting of one optical fiber housing tube 12 at the center and a plurality of wires 111 concentrically twisted around the optical fiber housing tube 12. has. The direction in which the wires 111 are twisted may be either right-handed or left-handed. Moreover, it is preferable that the overhead wire main body 11 is constructed by twisting in different directions, in which layers of right-handed twist and layers of left-handed twist are alternately arranged in multiple stages.
ちょう架線本体11を構成する素線111は、例えば、銅や銅合金からなり、“JIS C 3101 電気用硬銅線”の規格を満たす引張強さ(素線強度)などの特性を有する。例えば、直径が2.6mmのときは引張強さが434MPa以上、直径が2.7mmのときは引張強さが433MPa以上、直径が2.8mmのときは引張強さが432MPa以上、直径が3.2mmのときは引張強さが427MPa以上、直径が3.5mmのときは引張強さが424MPa以上、直径が3.7mmのときは引張強さが422MPa以上、である。 The wire 111 constituting the overhead wire main body 11 is made of copper or a copper alloy, for example, and has properties such as tensile strength (wire strength) that satisfies the standard of "JIS C 3101 Hard Copper Wire for Electrical Use." For example, when the diameter is 2.6 mm, the tensile strength is 434 MPa or more, when the diameter is 2.7 mm, the tensile strength is 433 MPa or more, when the diameter is 2.8 mm, the tensile strength is 432 MPa or more, and when the diameter is 3 When the diameter is .2 mm, the tensile strength is 427 MPa or more, when the diameter is 3.5 mm, the tensile strength is 424 MPa or more, and when the diameter is 3.7 mm, the tensile strength is 422 MPa or more.
また、ちょう架線本体11を構成する素線111の本数は、ちょう架線本体11と光ファイバ収容管12の公称断面積が200mm2になるように、素線111と中空管121の径方向の断面積に応じて設定される。例えば、素線111の直径が3.2~3.7mm、中空管121の外径と厚さがそれぞれ3.2~3.7mmと1.0~1.1mmの場合は、図2(a)の例に示されるように、18本の素線111を用いる(素線111と中空管121の合計本数を19本とする)ことにより、ちょう架線本体11と光ファイバ収容管12の公称断面積が200mm2になる。 In addition, the number of strands 111 constituting the overhead wire body 11 is determined in the radial direction of the strands 111 and the hollow tube 121 so that the nominal cross-sectional area of the overhead wire body 11 and the optical fiber accommodation tube 12 is 200 mm2 . Set according to the cross-sectional area. For example, if the diameter of the wire 111 is 3.2 to 3.7 mm, and the outer diameter and thickness of the hollow tube 121 are 3.2 to 3.7 mm and 1.0 to 1.1 mm, respectively, As shown in the example a), by using 18 strands 111 (the total number of strands 111 and hollow tubes 121 is 19), the connection between the overhead wire body 11 and the optical fiber accommodation tube 12 is reduced. The nominal cross-sectional area will be 200 mm2 .
また、例えば、素線111の直径が2.6mm以上2.8mm以下、中空管121の外径が2.6mm以上2.8mm以下の場合は、36本の素線111を用いる(素線111と中空管121の合計本数を37本とする)ことにより、ちょう架線本体11と光ファイバ収容管12の公称断面積が200mm2になる。 Further, for example, when the diameter of the strands 111 is 2.6 mm or more and 2.8 mm or less, and the outer diameter of the hollow tube 121 is 2.6 mm or more and 2.8 mm or less, 36 strands 111 are used. 111 and hollow tubes 121 is 37), the nominal cross-sectional area of the overhead wire main body 11 and the optical fiber accommodation tube 12 becomes 200 mm 2 .
素線111は、所定の径の荒引線を引抜加工で伸線することにより形成されるため、直径が小さいほど強度が向上する。例えば、素線111の直径を3.7mmから2.6mmに変更することにより、強度を約3%以上向上させることができる。このため、直径が3.2~3.7mm(引張強さが422MPa以上)の素線111を18本用いる場合よりも、直径が2.6~2.8mm(引張強さが432MPa以上)の素線111を36本用いる場合の方が、ちょう架線本体11の引張荷重(引張試験において試料が耐えうる最大の荷重)が大きくなる。 The wire 111 is formed by drawing a roughly drawn wire of a predetermined diameter by drawing, so the smaller the diameter, the higher the strength. For example, by changing the diameter of the wire 111 from 3.7 mm to 2.6 mm, the strength can be improved by about 3% or more. Therefore, compared to using 18 strands 111 with a diameter of 3.2 to 3.7 mm (tensile strength of 422 MPa or more), wires with a diameter of 2.6 to 2.8 mm (tensile strength of 432 MPa or more) When 36 strands 111 are used, the tensile load of the overhead wire body 11 (the maximum load that the sample can withstand in the tensile test) is larger.
以下の表1に、光ファイバ入りちょう架線10の構成と特性の例(例1~3)を示す。表1に示される光ファイバ入りちょう架線10の構成及び特性は、いずれも“JIS C 3105 硬銅より線”の規格を満たす。表1における「素線径」は素線111及び光ファイバ収容管12の直径であり、「素線数」は素線111の本数に光ファイバ収容管12の本数である1を加えた数であり、「引張荷重」、「外径」、「電気抵抗」、「質量」はそれぞれ光ファイバ入りちょう架線10の引張荷重、外径、電気抵抗、質量である。 Table 1 below shows examples (Examples 1 to 3) of the configuration and characteristics of the optical fiber-containing overhead wire 10. The configuration and characteristics of the optical fiber-containing overhead wire 10 shown in Table 1 all meet the standard of "JIS C 3105 hard copper stranded wire". The "wire diameter" in Table 1 is the diameter of the wire 111 and the optical fiber housing tube 12, and the "number of wires" is the number of wires 111 plus 1, which is the number of optical fiber housing tubes 12. "Tensile load," "outer diameter," "electrical resistance," and "mass" are the tensile load, outer diameter, electrical resistance, and mass of the optical fiber-containing overhead wire 10, respectively.
ファイバ収容管12の中空管121は、例えば、銅や銅合金からなる。また、中空管121の内部123に収容される光ファイバ検知線122としては、例えば、通常のシングルモードの光ファイバを用いることができる。光ファイバ検知線122の直径は、例えば、0.9~1.1mmである。
The hollow tube 121 of the fiber accommodation tube 12 is made of copper or a copper alloy, for example. Moreover, as the optical
光ファイバ収容管12における光ファイバ検知線122の充填率は、50%以上、70%以下であることが好ましい。ここで、光ファイバ収容管12における光ファイバ検知線122の充填率は、中空管121の内部123の径方向の断面積に対する光ファイバ検知線122の径方向の断面積の比の値に等しい。
The filling rate of the optical
光ファイバ検知線122の充填率を70%以下とすることにより、光ファイバ収容管12の局部曲げが生じた箇所での光ファイバ検知線122の曲がり度合いを抑え、光ファイバ検知線122の伝送損失を抑えることができる。
By setting the filling rate of the optical
また、光ファイバ検知線122の充填率を50%以上とすることにより、列車振動により中空管121の内部123を光ファイバ検知線122が移動することを抑制できる。なお、光ファイバ検知線122の充填率が50%に満たない場合は、中空管121の内部123にジェリーなどの充填剤を充填することにより、列車振動により中空管121の内部123を光ファイバ検知線122が移動することを抑制できる。
Further, by setting the filling rate of the optical
中空管121の厚さは、中空管121の周囲に素線111を撚り合わせる際の撚り荷重に耐えられる強度を有するように設定される。例えば、ちょう架線本体11が18本の素線111からなり、素線111が、3.2~3.7mmの直径を有する場合、中空管121が1.0mm以上の厚さを有する銅管又は銅合金管であれば、中空管121が周囲に素線111を撚り合わせる際の撚り荷重に耐えられる。 The thickness of the hollow tube 121 is set so that it has a strength that can withstand the twisting load when the wires 111 are twisted around the hollow tube 121. For example, when the overhead wire main body 11 is made up of 18 strands of wire 111 and the strands 111 have a diameter of 3.2 to 3.7 mm, the hollow tube 121 is a copper tube with a thickness of 1.0 mm or more. Or, if it is a copper alloy tube, the hollow tube 121 can withstand the twisting load when the wires 111 are twisted around the hollow tube 121.
中空管121の外径は、中空管121を撚線の中心線とするため、素線111の直径と等しいことが好ましい。 The outer diameter of the hollow tube 121 is preferably equal to the diameter of the strand 111 in order to make the hollow tube 121 the center line of the stranded wire.
以下の表2に、光ファイバ収容管12の構成と特性の3つの例(例1~3)と光ファイバ検知線122の伝送損失が大きい例である比較例を示す。表2における「外径」、「内径」、「厚さ」はそれぞれ中空管121の外径、内径、厚さであり、「光ファイバ径」は光ファイバ検知線122の直径であり、「充填率」は光ファイバ検知線122の充填率であり、「ジェリー」は中空管121の内部123に充填される充填剤としてのジェリーの有無であり、「伝送損失」は素線111が直径3.7mmの18本の銅線である場合の光ファイバ検知線122の伝送損失である。
Table 2 below shows three examples (Examples 1 to 3) of the configuration and characteristics of the optical fiber housing tube 12 and a comparative example in which the transmission loss of the optical
表2の例1~3においては、中空管121の厚さが1.0mm以上であり、光ファイバ検知線122の充填率が70%以下であるために、光ファイバ検知線122の伝送損失が0.5dB/km以下と低く抑えられている。一方で、比較例においては、中空管121の厚さが1.0mmに満たないために光ファイバ検知線122の伝送損失が大きくなっている。
In Examples 1 to 3 of Table 2, the thickness of the hollow tube 121 is 1.0 mm or more and the filling rate of the optical
(光ファイバ入りトロリ線の構成)
図3は、本発明の実施の形態に係る光ファイバ入りトロリ線20の径方向の断面図である。光ファイバ入りトロリ線20は、トロリ線本体21と、トロリ線本体21の内部に長手方向に沿って設けられた孔214に収容された光ファイバ検知線22を有する。光ファイバ入りトロリ線20は、その内部に含まれる光ファイバ検知線22の温度を測定することによって、その状態を常時監視することができる。
(Configuration of optical fiber-containing contact wire)
FIG. 3 is a radial cross-sectional view of the optical fiber-containing contact wire 20 according to the embodiment of the present invention. The optical fiber-containing contact wire 20 includes a contact wire main body 21 and an optical
トロリ線本体21は、例えば、JRS(日本国有鉄道規格)、JISE2101、EN50149に規定されたみぞ付硬銅トロリ線に該当する異形丸形のトロリ線であり、上部の小弧面211、下部の大弧面212、両側部の小弧面211と大弧面212の間のV字状のイヤー溝213とを有する。トロリ線本体21は、銅合金、例えば、Cu-Sn-In系合金又はCu-Sn系合金を主成分とする。トロリ線本体21の公称断面積は、例えば、150mm2、又は170mm2である。 The contact wire main body 21 is, for example, an irregular round contact wire that corresponds to the grooved hard copper contact wire specified in JRS (Japanese National Railway Standards), JISE2101, and EN50149, and has a small arc surface 211 on the upper part and a small arc surface 211 on the lower part. It has a large arc surface 212 and a V-shaped ear groove 213 between the small arc surfaces 211 and the large arc surfaces 212 on both sides. The main component of the contact wire main body 21 is a copper alloy, for example, a Cu-Sn-In alloy or a Cu-Sn alloy. The nominal cross-sectional area of the contact wire main body 21 is, for example, 150 mm 2 or 170 mm 2 .
孔214は、トロリ線本体21の上下方向の中間点よりも下側(大弧面212側)に設けられていることが好ましい。これは、パンタグラフと接触するトロリ線本体21の底部の温度変化を検知し易くして、トロリ線本体21の底部の氷や霜の付着を予測し易くするためである。
The
図3に示される例では、2つの孔214がトロリ線本体21に含まれている。この場合、2つの孔214に収容される光ファイバ検知線22は、光ファイバ入りトロリ線20の光ファイバ温度分布測定装置40と反対側の端部で光接続され、光学的に連続した1本の光ファイバとなって折り返されて、光ファイバ入りトロリ線20を往復して貫通する。
In the example shown in FIG. 3, two
光ファイバ検知線22が孔214を1つだけ有する、すなわち、光ファイバ検知線22が光ファイバ入りトロリ線20を一方向にだけ貫通する構成であっても、光ファイバ検知線22の温度を測定して光ファイバ入りトロリ線20の状態を監視することは可能であるが、往復して貫通する構成には、次のような利点がある。まず、光ファイバ入りトロリ線20上の各位置において、温度の測定値が2つ得られるため、温度測定の精度を向上させることができる。また、トロリ線本体21の摩耗などにより光ファイバ検知線22の一部が断線した場合でも、温度測定を続行することができるため、光ファイバ検知線22の修復や交換までの間に温度が測定できない時間帯が生じることがない。
Even if the optical
(架線監視システムの構成)
図4は、本発明の実施の形態に係る架線監視システム100の構成を示す模式図である。架線監視システム100は、ヘビーシンプル架線1の光ファイバ入りちょう架線10及び光ファイバ入りトロリ線20の状態を監視するシステムであり、光ファイバ検知線122を内部に収容する光ファイバ入りちょう架線10と、光ファイバ検知線22を内部に収容する光ファイバ入りトロリ線20と、光ファイバ検知線122及び光ファイバ検知線22に光学的に接続され、光ファイバ検知線122及び光ファイバ検知線22の長手方向の温度分布を測定する光ファイバ温度分布測定装置と、を備える。なお、図4では、ヘビーシンプル架線1の光ファイバ検知線122と光ファイバ検知線22以外の構成の図示を省略している。
(Configuration of overhead wire monitoring system)
FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of an overhead wire monitoring system 100 according to an embodiment of the present invention. The overhead line monitoring system 100 is a system for monitoring the status of the optical fiber-containing overhead contact line 10 and the optical fiber-containing contact wire 20 of the heavy simple overhead line 1, and includes the optical fiber-containing overhead contact line 10 and the optical fiber-containing contact line 10 that house an optical
架線監視システム100において、光ファイバ入りちょう架線10に含まれる光ファイバ検知線122は、その端部において、光貫通がいし52と光スイッチ51とを介して光ファイバ温度分布測定装置40に光学的に接続される。また、光ファイバ入りトロリ線20に含まれる光ファイバ検知線22は、その端部において、光貫通がいし53と光スイッチ51とを介して光ファイバ温度分布測定装置40に光学的に接続される。
In the overhead line monitoring system 100, the optical
架線監視システム100の光ファイバ温度分布測定装置40及び光スイッチ51は、例えば、変電所内に設置される。
The optical fiber temperature distribution measuring device 40 and the
一般に、架線には、低温期においてトロリ線への着氷霜によりトロリ線やパンタグラフが損傷したり、高温期やダイヤ乱れ時においてトロリ線やちょう架線の温度が上昇して伸びが生じ、張力調整装置により調整しきれないほどトロリ線やちょう架線の張力が低下して列車の運行に支障をきたしたりといった問題が生じ得る。架線監視システム100を用いてトロリ線とちょう架線の温度を測定することにより、トロリ線への着氷霜や、トロリ線やちょう架線の張力の低下などの予兆を検知し、対応することができる。 In general, contact wires and pantographs are damaged by frost buildup on contact wires during low-temperature periods, and the temperature of contact wires and overhead wires increases during high-temperature periods or when timetables are disrupted, causing elongation and tension adjustment. Problems may arise, such as the tension in contact wires and overhead wires decreasing to an extent that cannot be fully adjusted by the device, causing problems in train operation. By measuring the temperature of the contact wire and the overhead wire using the overhead wire monitoring system 100, it is possible to detect and respond to signs such as frost buildup on the contact wire or a decrease in the tension of the contact wire or the overhead wire. .
また、光ファイバ検知線122、22と光ファイバ温度分布測定装置40による温度測定は、光を利用して実施されるため、電気的な影響を受けず、列車の走行中などのき電時間帯であっても実施することができる。このため、光ファイバ入りちょう架線10及び光ファイバ入りトロリ線20の状態を常時監視することができる。
In addition, since temperature measurement by the optical
光ファイバ温度分布測定装置40は、光ファイバ検知線122、22にパルス光を送り、光ファイバ検知線122、22内で生じる後方散乱光を利用して光ファイバ検知線122、22の温度分布を測定する。光スイッチ51により光ファイバ温度分布測定装置40の接続先を光ファイバ検知線122と光ファイバ検知線22の間で切り替えることにより、1台の光ファイバ温度分布測定装置40で光ファイバ検知線122と光ファイバ検知線22の両方の温度分布を測定することができる。光ファイバ温度分布測定装置40の構成及び動作の具体例については後述する。
The optical fiber temperature distribution measurement device 40 sends pulsed light to the optical
光ファイバ温度分布測定装置40と光スイッチ51は、光ファイバ54を介して光学的に接続されている。また、光スイッチ51と光貫通がいし52は、光ファイバ55を介して光学的に接続され、光スイッチ51と光貫通がいし53は、光ファイバ56を介して光学的に接続されている。
The optical fiber temperature distribution measuring device 40 and the
光貫通がいし52は、架線された光ファイバ入りちょう架線10のちょう架線本体11や中空管121などから、光ファイバ検知線122を、電気的に切り離した状態で地上に引き下ろし、光スイッチ51から延びる光ファイバ55に接続するための器具である。また、光貫通がいし53は、架線された光ファイバ入りトロリ線20のトロリ線本体21などから、光ファイバ検知線22を、電気的に切り離した状態で地上に引き下ろし、光スイッチ51から延びる光ファイバ56に接続するための器具である。
The
図3に示されるように、2つの孔214がトロリ線本体21に含まれ、光ファイバ検知線22が光ファイバ入りトロリ線20を往復して貫通する場合には、図4に示されるように、光ファイバ検知線22の往路側と復路側の両方の端部が光スイッチ51に光学的に接続されていることが好ましい。これによって、光ファイバ検知線22の一部が断線した場合に、光ファイバ温度分布測定装置40から発せられるパルス光を光ファイバ検知線22の往路側と復路側の断線していない方から進入させるように光スイッチ51を切り換えることにより、光ファイバ入りトロリ線20の全体の温度測定を続行することができる。
As shown in FIG. 3, when two
架線監視システム100は、異なる複数のヘビーシンプル架線1、例えば、異なる線路に用いられる複数のヘビーシンプル架線1の温度を測定することもできる。この場合、各々のヘビーシンプル架線1に含まれる光ファイバ検知線122、22が、それぞれ光スイッチ51に光学的に接続される。そして、光スイッチ51により、光ファイバ温度分布測定装置40と接続される複数の光ファイバ検知線122、22を切り替えることにより、温度測定対象とするヘビーシンプル架線1を切り替えることができる。
The overhead line monitoring system 100 can also measure the temperature of a plurality of different heavy simple overhead lines 1, for example, a plurality of heavy simple overhead lines 1 used for different lines. In this case, the optical
また、図4には、光ファイバ温度分布測定装置40の基本構成と動作の一例がブロック図で示されている。光ファイバ温度分布測定装置40において、光源41が光分波器42の入射端に接続され、光分波器42の入出射端には光ファイバ54が接続され、光分波器42の一方の出射端には光電変換器(以下O/E変換器という)43aが接続され、光分波器42の他方の出射端にはO/E変換器43bが接続されている。
Further, FIG. 4 shows a block diagram of an example of the basic configuration and operation of the optical fiber temperature distribution measuring device 40. In the optical fiber temperature distribution measuring device 40, a
O/E変換器43aの出力端子にはアンプ44a及びA/D変換器45aを介して演算制御部46が接続され、O/E変換器43bの出力端子にはアンプ44b及びA/D変換器45bを介して演算制御部46が接続されている。また、演算制御部46は、パルス発生部47を介して光源41に接続されている。
An
光源41としては、例えば、レーザダイオードが用いられ、パルス発生部47を介して入力される演算制御部46からのタイミング信号に対応したパルス光を出射する。光分波器42は、その入射端から光源41から出射されたパルス光を取り込み、その入出射端から光スイッチ51及び光貫通がいし52、53を介して光ファイバ検知線122、22にパルス光を出射する。また、光分波器42は、光ファイバ検知線122、22内を伝播するパルス光の後方ラマン散乱光をその入出射端から取り込み、ストークス光とアンチストークス光に波長分離する。
As the
O/E変換器43a、43bとしては、例えば、フォトダイオードが用いられ、O/E変換器43aには光分波器42の一方の出射端から出射されたストークス光が入射し、O/E変換器43bには光分波器42の他方の出射端から出射されたアンチストークス光が入射し、それぞれ入射光に対応する電気信号を出力する。
For example, photodiodes are used as the O/
アンプ44aとアンプ44bは、それぞれO/E変換器43aとO/E変換器43bから出力された電気信号を増幅する。A/D変換器45aとA/D変換器45bは、それぞれアンプ44aとアンプ44bから出力された信号をディジタル信号に変換する。
演算制御部46は、A/D変換器45a、45bから出力されたディジタル信号に基づいて後方散乱光の2成分、すなわち、ストークス光とアンチストークス光の強度比から温度を演算し、その時系列に基づいて光ファイバ検知線122、22の長さ方向に沿った温度分布を表示手段(図示せず)に表示する。なお、演算制御部46にはあらかじめ、強度比と温度の関係がテーブルや式の形で記憶されている。また、地理上の位置ごとの光ファイバ検知線122、22の温度を取得するため、光ファイバ検知線122、22上の位置と地理上の位置との関係がテーブルや式の形で演算制御部46に記憶されていてもよい。また、演算制御部46は、光源41にタイミング信号を送り、光源41から出射される光パルスのタイミングを制御する。
The
次に、温度分布測定の原理を説明する。ストークス光およびアンチストークス光の信号強度を光源41における発光タイミングを基準にした時間の関数として表すと、光ファイバ検知線122、22中の光速が既知であるので、光源41を基準にして光ファイバ検知線122、22に沿った距離の関数に置き換えることができる。すなわち、光ファイバ検知線122、22の位置と発生したストークス光及びアンチストークス光の強度の関係を得ることができる。一方、アンチストークス光強度I1とストークス光強度I2はいずれも光ファイバ検知線122、22の温度に依存し、さらに、両光の強度比I1/I2も光ファイバ検知線122、22の温度に依存する。したがって、光ファイバ検知線122、22の位置と強度比I1/I2の関係から、光ファイバ検知線122、22の温度分布を知ることができる。
Next, the principle of temperature distribution measurement will be explained. Expressing the signal intensity of Stokes light and anti-Stokes light as a function of time with reference to the light emission timing in
(架線監視システムの動作例)
以下に、架線監視システム100の動作例について説明する。第1の例では、架線監視システム100が光ファイバ入りちょう架線10に収容された光ファイバ検知線122と光ファイバ入りトロリ線20に収容された光ファイバ検知線22の温度分布の監視を続ける中で、光ファイバ検知線122と光ファイバ検知線22の少なくとも一方の任意の点における温度が90℃以上(以下、第1の条件と呼ぶ)となった場合に、ヘビーシンプル架線1が高温状態にあると判定する。
(Example of operation of overhead wire monitoring system)
An example of the operation of the overhead line monitoring system 100 will be described below. In the first example, while the overhead wire monitoring system 100 continues to monitor the temperature distribution of the optical
上記の第1の条件を満たすのは、典型的には、気温が高く、かつ列車が過密状態にあり、そのためにヘビーシンプル架線1が高温状態にある場合である。このため、第1の条件が満たされたことにより、ヘビーシンプル架線1が高温状態にあると架線監視システム100が判定した場合には、その判定に基づき、列車の間引き運転を行うなどの対策を実施することができる。 The above first condition is typically satisfied when the temperature is high and the trains are overcrowded, so that the heavy simple overhead wire 1 is at a high temperature. Therefore, when the overhead line monitoring system 100 determines that the heavy simple overhead line 1 is in a high temperature state due to the first condition being met, based on that determination, measures such as thinning out trains are taken. It can be implemented.
第2の例では、架線監視システム100が光ファイバ入りちょう架線10に収容された光ファイバ検知線122と光ファイバ入りトロリ線20に収容された光ファイバ検知線22の温度分布の監視を続ける中で、光ファイバ検知線122と光ファイバ検知線22の両方の任意の点における温度が0℃以下(以下、第2の条件と呼ぶ)となった場合に、ヘビーシンプル架線1が低温状態にあると判定する。
In the second example, while the overhead wire monitoring system 100 continues to monitor the temperature distribution of the optical
上記の第2の条件を満たすのは、典型的には、気温が低い、湿度が高い、風速が低い、などの条件下で光ファイバ入りちょう架線10や光ファイバ入りトロリ線20に霜が付着し、そのためにヘビーシンプル架線1が低温状態にある場合である。このため、第2の条件が満たされたことにより、ヘビーシンプル架線1が低温状態にあると架線監視システム100が判定した場合には、その判定に基づき、霜取り車を運行させるなどの対策を実施することができる。 The above second condition is typically satisfied when frost builds up on the optical fiber-containing overhead wire 10 or the optical fiber-containing contact wire 20 under conditions such as low temperature, high humidity, and low wind speed. However, for this reason, the heavy simple overhead line 1 is in a low temperature state. Therefore, if the second condition is met and the overhead line monitoring system 100 determines that the heavy simple overhead line 1 is in a low temperature state, based on that determination, measures such as operating a defrosting truck are implemented. can do.
第3の例では、架線監視システム100が光ファイバ入りちょう架線10に収容された光ファイバ検知線122と光ファイバ入りトロリ線20に収容された光ファイバ検知線22の温度分布の監視を続ける中で、光ファイバ検知線122と光ファイバ検知線22の両方の任意の点における温度が連続して3分間以上100℃以上(以下、第3の条件と呼ぶ)となった場合に、ヘビーシンプル架線1が局部加熱状態にあると判定する。
In the third example, while the overhead wire monitoring system 100 continues to monitor the temperature distribution of the optical
上記の第3の条件を満たすのは、例えば、故障などによって列車がエアセクションで停車することにより、2つの架線がパンタグラフで短絡し、そのためにヘビーシンプル架線1が局部加熱状態にある場合である。このため、第3の条件が満たされたことにより、ヘビーシンプル架線1が局部加熱状態にあると架線監視システム100が判定した場合には、その判定に基づき、ヘビーシンプル架線1への通電を遮断するなどの対策を実施することができる。 The above third condition is satisfied, for example, when the train stops at the air section due to a breakdown, and the two overhead wires are short-circuited at the pantograph, resulting in heavy simple overhead wire 1 being locally heated. . Therefore, if the third condition is satisfied and the overhead line monitoring system 100 determines that the heavy simple overhead line 1 is in a locally heated state, the power to the heavy simple overhead line 1 is cut off based on that determination. Measures such as
上記第1~3の条件が満たされた場合などにおける、架線監視システム100によるヘビーシンプル架線1の状態の判定は、具体的には、例えば、光ファイバ温度分布測定装置40に接続された架線状態判定装置60が、光ファイバ温度分布測定装置40により取得された光ファイバ検知線122、22の温度分布のデータに基づいて行う。架線状態判定装置60には、例えば、PC(Personal Computer)を用いることができ、例えば、図4に示されるように、光ファイバ温度分布測定装置40の演算制御部46から光ファイバ検知線122、22の温度分布のデータを受信して判定を行う。また、この判定の結果は、例えば、架線状態判定装置60に含まれるモニターなどの表示手段に表示される。
Specifically, the determination of the state of the heavy simple overhead line 1 by the overhead line monitoring system 100 when the above first to third conditions are satisfied includes, for example, the status of the overhead line connected to the optical fiber temperature distribution measuring device 40. The
(実施の形態の効果)
上記実施の形態によれば、光ファイバ入りちょう架線10と光ファイバ入りトロリ線20に含まれる光ファイバ検知線122、22の温度を測定することにより、光ファイバ入りちょう架線10と光ファイバ入りトロリ線20の状態を常時監視することができる。これにより、トロリ線への着氷霜やトロリ線やちょう架線の張力の低下などの予兆を精度よく検知することができ、トロリ線の状態のみを監視するよりも、架線に生じる問題をより確実に回避することができる。そのため、本発明の実施の形態に係る光ファイバ入りちょう架線、ヘビーシンプル架線、及びヘビーシンプル架線の監視システムは、例えば、新幹線のヘビーシンプル架線に好適に用いることができる。
(Effects of embodiment)
According to the embodiment described above, by measuring the temperature of the optical
(実施の形態のまとめ)
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。
(Summary of embodiments)
Next, technical ideas understood from the embodiments described above will be described using reference numerals and the like in the embodiments. However, each reference numeral in the following description does not limit the constituent elements in the claims to those specifically shown in the embodiments.
[1]中空管(121)の内部(123)に光ファイバ検知線(122)が収容された光ファイバ収容管(12)と、光ファイバ収容管(12)の周囲を囲むように撚り合わされた複数本の素線(111)からなるちょう架線本体(11)と、を備えた、光ファイバ入りちょう架線(10)。 [1] An optical fiber housing tube (12) in which an optical fiber detection line (122) is housed inside (123) of a hollow tube (121), and an optical fiber housing tube (12) that is twisted to surround the optical fiber housing tube (12). An optical fiber-containing butterfly wire (10) includes a butterfly wire main body (11) consisting of a plurality of strands (111).
[2]ちょう架線本体(11)が18本の素線(111)からなり、素線(111)が、3.2~3.7mmの直径を有する銅線又は銅合金線であり、中空管(121)が、1mm以上の厚さを有する銅管又は銅合金管であり、光ファイバ収容管(12)とちょう架線本体(11)の公称断面積が200mm2である、上記[1]に記載の光ファイバ入りちょう架線(10)。 [2] The overhead wire body (11) consists of 18 strands (111), and the strands (111) are copper wires or copper alloy wires having a diameter of 3.2 to 3.7 mm, and are hollow. [1] above, wherein the tube (121) is a copper tube or copper alloy tube having a thickness of 1 mm or more, and the nominal cross-sectional area of the optical fiber accommodation tube (12) and the overhead wire body (11) is 200 mm2 . The optical fiber-containing overhead wire (10) described in .
[3]ちょう架線本体(11)が36本の素線(111)からなり、素線(111)が、2.6~2.8mmの直径と432MPa以上の引張強さを有し、光ファイバ収容管(12)とちょう架線本体(11)の公称断面積が200mm2である、上記[1]に記載の光ファイバ入りちょう架線(10)。 [3] The overhead wire main body (11) is composed of 36 strands (111), and the strands (111) have a diameter of 2.6 to 2.8 mm and a tensile strength of 432 MPa or more, and are optical fibers. The optical fiber-containing overhead wire (10) according to [1] above, wherein the storage tube (12) and the overhead overhead wire body (11) have a nominal cross-sectional area of 200 mm 2 .
[4]光ファイバ収容管(12)における光ファイバ検知線(122)の充填率が50%以上、70%以下である、上記[1]~[3]のいずれか1項に記載の光ファイバ入りちょう架線(10)。 [4] The optical fiber according to any one of [1] to [3] above, wherein the filling rate of the optical fiber detection line (122) in the optical fiber accommodation tube (12) is 50% or more and 70% or less. Incoming overhead wire (10).
[5]光ファイバ収容管(12)における光ファイバ検知線(122)の充填率が50未満であり、中空管(121)の内部(123)に充填剤が充填された、上記[1]~[3]のいずれか1項に記載の光ファイバ入りちょう架線(10)。 [5] [1] above, wherein the filling factor of the optical fiber detection line (122) in the optical fiber accommodation tube (12) is less than 50, and the inside (123) of the hollow tube (121) is filled with a filler. The optical fiber-containing overhead wire (10) according to any one of [3] to [3].
[6]第2の光ファイバ検知線(22)を内部に収容する光ファイバ入りトロリ線(20)と、光ファイバ入りトロリ線(20)をハンガー(30)を介して支持する、上記[1]~[5]のいずれか1項に記載の光ファイバ入りちょう架線(10)と、を備えた、ヘビーシンプル架線(1)。 [6] The optical fiber-containing contact wire (20) that accommodates the second optical fiber detection line (22) therein, and the optical fiber-containing contact wire (20) supported via a hanger (30), [1] A heavy simple overhead wire (1) comprising the optical fiber-containing overhead wire (10) according to any one of [5].
[7]第2の光ファイバ検知線(22)を内部に収容する光ファイバ入りトロリ線(20)と、光ファイバ入りトロリ線(20)をハンガー(30)を介して支持する、上記[1]~[5]のいずれか1項に記載の光ファイバ入りちょう架線(10)とを備えたヘビーシンプル架線(1)と、光ファイバ入りちょう架線(10)に含まれる光ファイバ検知線(122)及び光ファイバ入りトロリ線(20)に含まれる第2の光ファイバ検知線(22)に光学的に接続され、光ファイバ検知線(122)及び第2の光ファイバ検知線(22)の長手方向の温度分布を測定する光ファイバ温度分布測定装置(40)と、を備えた、ヘビーシンプル架線の監視システム(100)。 [7] The optical fiber-containing contact wire (20) that accommodates the second optical fiber detection line (22) therein, and the optical fiber-containing contact wire (20) supported via a hanger (30), [1] A heavy simple overhead wire (1) comprising the optical fiber-containing overhead wire (10) according to any one of [5], and an optical fiber detection wire (122) included in the optical fiber-containing overhead wire (10). ) and the second optical fiber detection line (22) included in the optical fiber-containing contact wire (20), and the longitudinal length of the optical fiber detection line (122) and the second optical fiber detection line (22) A heavy simple overhead line monitoring system (100), comprising an optical fiber temperature distribution measuring device (40) that measures directional temperature distribution.
[8]光ファイバ検知線(122)と第2の光ファイバ検知線(22)の少なくとも一方の任意の点における温度が90℃以上となった場合に、ヘビーシンプル架線(1)が高温状態にあると判定する、上記[7]に記載のヘビーシンプル架線の監視システム(100)。 [8] When the temperature at any point of at least one of the optical fiber detection line (122) and the second optical fiber detection line (22) reaches 90°C or more, the heavy simple overhead wire (1) becomes in a high temperature state. The heavy simple overhead line monitoring system (100) according to [7] above, which determines that there is a heavy simple overhead line.
[9]光ファイバ検知線(122)と第2の光ファイバ検知線(22)の両方の任意の点における温度が0℃以下となった場合に、ヘビーシンプル架線(1)が低温状態にあると判定する、上記[7]又は[8]に記載のヘビーシンプル架線の監視システム(100)。 [9] If the temperature at any point of both the optical fiber detection line (122) and the second optical fiber detection line (22) is 0°C or less, the heavy simple overhead wire (1) is in a low temperature state. The heavy simple overhead line monitoring system (100) according to [7] or [8] above, which determines that.
[10]光ファイバ検知線(122)と第2の光ファイバ検知線(22)の両方の任意の点における温度が連続して3分間以上100℃以上となった場合に、ヘビーシンプル架線(1)が局部加熱状態にあると判定する、上記[7]~[9]のいずれか1項に記載のヘビーシンプル架線の監視システム(100)。 [10] If the temperature at any point of both the optical fiber detection line (122) and the second optical fiber detection line (22) is 100°C or higher for 3 consecutive minutes or more, the heavy simple overhead line (1 ) is in a state of local heating, the heavy simple overhead line monitoring system (100) according to any one of [7] to [9] above.
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the invention.
また、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。 Furthermore, the embodiments described above do not limit the claimed invention. Furthermore, it should be noted that not all combinations of features described in the embodiments are essential for solving the problems of the invention.
1 ヘビーシンプル架線
10 光ファイバ入りちょう架線
11 ちょう架線本体
111 素線
12 光ファイバ収容管
121 中空管
122 光ファイバ検知線
123 内部
20 光ファイバ入りトロリ線
21 トロリ線本体
22 光ファイバ検知線
30 ハンガー
40 光ファイバ温度分布測定装置
60 架線状態判定装置
100 架線監視システム
1 Heavy simple overhead wire 10 Overhead overhead wire with optical fiber 11 Overhead overhead wire body 111 Element wire 12 Optical fiber accommodation tube 121
Claims (4)
前記光ファイバ収容管の周囲を囲むように撚り合わされた複数本の素線からなるちょう架線本体を備え、
前記ちょう架線本体が18本の前記素線からなり、
前記素線が、3.2~3.7mmの直径を有する銅線又は銅合金線であり、
前記中空管が、1.0mm以上の厚さを有する銅管又は銅合金管であり、
前記光ファイバ収容管と前記ちょう架線本体の公称断面積が200mm 2
である、
光ファイバ入りちょう架線。 an optical fiber housing tube in which an optical fiber detection line is housed inside the hollow tube;
comprising a overhead wire body consisting of a plurality of wires twisted together so as to surround the optical fiber accommodation tube;
The overhead wire body consists of 18 of the strands,
The wire is a copper wire or copper alloy wire having a diameter of 3.2 to 3.7 mm,
The hollow tube is a copper tube or copper alloy tube having a thickness of 1.0 mm or more,
The nominal cross-sectional area of the optical fiber accommodation tube and the overhead wire body is 200 mm 2
is,
Overhead line with optical fiber.
請求項1に記載の光ファイバ入りちょう架線。 The filling rate of the optical fiber detection wire in the optical fiber accommodation tube is 50% or more and 70% or less,
The optical fiber-containing overhead wire according to claim 1.
前記中空管の内部に充填剤が充填された、
請求項1に記載の光ファイバ入りちょう架線。 The filling rate of the optical fiber detection wire in the optical fiber accommodation tube is less than 50%,
The inside of the hollow tube is filled with a filler,
The optical fiber-containing overhead wire according to claim 1.
前記光ファイバ入りトロリ線をハンガーを介して支持する、請求項1に記載の前記光ファイバ入りちょう架線と、The optical fiber-containing overhead wire according to claim 1, which supports the optical fiber-containing contact wire via a hanger;
を備えた、ヘビーシンプル架線。A heavy simple overhead line with
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