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技術 屋外用電源切替装置

出願人 東日本旅客鉄道株式会社株式会社西村電工共立継器株式会社
発明者 坂田眞也池洋平小宮山幸治
出願日 2016年7月4日 (5年4ヶ月経過) 出願番号 2016-132200
公開日 2018年1月11日 (3年10ヶ月経過) 公開番号 2018-007431
状態 特許登録済
技術分野 配電盤 鉄道交通の監視、制御、保安
主要キーワード 電流引込み 中間電源 無接点リレー 誘導サージ 耐雷対策 電源切替スイッチ 電源切替装置 中継端子台
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年1月11日)のものです。
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図面 (6)

課題

筐体の小型化が可能であるとともに、外部からの振動落雷に対して強い屋外用電源切替装置を実現する。

解決手段

箱状の筐体内部に、2個の電流スイッチを備えた電源切替ユニット(42)と、前記電流スイッチを制御する信号を生成する制御装置と、前記電源切替ユニットの複数の端子と外部の電線とを接続するための複数の端子を有する端子台(47)とが収納され、前記2個の電流スイッチを制御して2系統高圧送電線のそれぞれに接続された2個の変圧器のうち一方からの電流負荷へ供給する屋外用電源切替装置において、前記電源切替ユニットは、前記電流スイッチとして電磁接触器を備え、前記電源切替ユニットの複数の端子と前記端子台の複数の端子のうち対応する端子とが、互いに所定の距離以上の間隔を有して配設された複数の銅板配線(48a〜48f)によって接続されているようにした。

概要

背景

鉄道路線には閉塞信号機踏切保安装置等の電気機器およびこれらの機器電源を供給する高圧送電線変圧器が設置されている。また、鉄道システムでは、高圧送電線に断線等の障害が発生した場合にも、列車運行に支障を来さないようにするため、2系統の高圧送電線が敷設されている。そして、通常は一方の高圧送電線(現用)からの電力を供給していて、その電力が遮断すると他方の高圧送電線(予備)からの電力に切り替え電源切替装置が、鉄道路線の閉塞信号機等の設置個所の近傍(屋外)に設置されている。

概要

筐体の小型化が可能であるとともに、外部からの振動落雷に対して強い屋外用電源切替装置を実現する。箱状の筐体内部に、2個の電流スイッチを備えた電源切替ユニット(42)と、前記電流スイッチを制御する信号を生成する制御装置と、前記電源切替ユニットの複数の端子と外部の電線とを接続するための複数の端子を有する端子台(47)とが収納され、前記2個の電流スイッチを制御して2系統の高圧送電線のそれぞれに接続された2個の変圧器のうち一方からの電流負荷へ供給する屋外用電源切替装置において、前記電源切替ユニットは、前記電流スイッチとして電磁接触器を備え、前記電源切替ユニットの複数の端子と前記端子台の複数の端子のうち対応する端子とが、互いに所定の距離以上の間隔を有して配設された複数の銅板配線(48a〜48f)によって接続されているようにした。

目的

本発明は、上記のような背景の下になされたもので、筐体の小型化が可能であるとともに、外部からの振動に対して強い屋外用電源切替装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

箱状の筐体内部に、2個の電流スイッチを備えた電源切替ユニットと、前記電流スイッチを制御する信号を生成する制御装置と、前記電源切替ユニットの複数の端子と外部の電線とを接続するための複数の端子を有する端子台と、が収納され、前記2個の電流スイッチを制御して2系統高圧送電線のそれぞれに接続された2個の変圧器のうち一方からの電流負荷へ供給する屋外用電源切替装置であって、前記電源切替ユニットは、前記電流スイッチとして電磁接触器を備え、前記電源切替ユニットの複数の端子と前記端子台の複数の端子のうち対応する端子とが、互いに所定の距離以上の間隔を有して配設された複数の銅板配線によって接続されていることを特徴とする屋外用電源切替装置。

請求項2

前記銅板配線は、板状の銅板を芯材とし、該芯材の両端の端子結合部を除く部位の周面が絶縁層被覆されていることを特徴とする請求項1記載の屋外用電源切替装置。

請求項3

前記絶縁層は、熱収縮性を有する絶縁性樹脂であることを特徴とする請求項2記載の屋外用電源切替装置。

技術分野

0001

本発明は、屋外用電源切替装置に関し、例えば鉄道設備における閉塞信号機踏切保安装置等へ電源を供給するための屋外用電源切替装置に利用して有効な技術に関する。

背景技術

0002

鉄道路線には閉塞信号機や踏切保安装置等の電気機器およびこれらの機器へ電源を供給する高圧送電線変圧器が設置されている。また、鉄道システムでは、高圧送電線に断線等の障害が発生した場合にも、列車運行に支障を来さないようにするため、2系統の高圧送電線が敷設されている。そして、通常は一方の高圧送電線(現用)からの電力を供給していて、その電力が遮断すると他方の高圧送電線(予備)からの電力に切り替える電源切替装置が、鉄道路線の閉塞信号機等の設置個所の近傍(屋外)に設置されている。

先行技術

0003

特開2001−112124号公報
特開2000−224864号公報

発明が解決しようとする課題

0004

従来、閉塞信号機や踏切保安装置に対応した電源切替装置(中間電源切替装置)としては、電流容量が30Aの小電流用のものと、100Aの大電流用のものがあり、路線によっては30Aの電源切替装置を使用する箇所が多いことがある。一方、閉塞信号機に隣接する踏切設備は、信号機と電源を共有することが多く、近年、踏切設備の改良等に伴う機器の増設により消費電流が増加する傾向があり、30Aの電源切替装置では電流容量が足りなくなるケースが多くなってきている。

0005

ところが、100Aの電源切替装置の筐体は、30Aの電源切替装置の筐体に比べて、横幅、奥行きおよび高さがそれぞれ2倍(体積で約8倍)近くあり、かなり広い設置スペースを必要とするため、スペースの関係で単純に30Aの電源切替装置を100Aの電源切替装置に置き換えることができない場合がある。また、電流容量が40A〜50Aで良いところに、100Aの電源切替装置を使用することは、コスト的にも無駄が大きい。一方、電流容量が足りなくなった場合には、既設の30Aの電源切替装置とは別に新たな30Aの電源切替装置を増設することも考えられるが、設置するスペースがない場合もある。

0006

また、従来の100Aの駅中間電源切替装置は、電源切替ユニットとして無接点リレーを使用しており、無接点リレーを使用した電源切替ユニットは落雷等に弱いため、筐体の外の電流引込み側に比較的大きなサイズの耐用のトランスを設置する必要がある。しかし、既設の駅中間電源切替装置に耐雷対策を施したくても、そのスペースがないこともあるといった課題がある。
さらに、無接点リレーを使用した電源切替ユニットはサイズが大きく、従来の30Aの電源切替装置の筐体と同程度の筐体に収納することはできないことが分かった。そこで、新たな電源切替装置(50A以上)を開発するに当たり、従来の30Aの電源切替装置で採用されている電磁リレー継電器)を利用した電源切替ユニットを採用することを検討した。しかし、電磁リレーは振動に弱く、駅中間電源切替装置のように振動の多い鉄道沿線に設置される電源切替装置に使用するのは望ましくないとの結論に達した。

0007

なお、本出願に係る発明は、後述のように、無接点リレーに比べて小型化が可能な電磁接触器を電源切替ユニットに使用することを特徴のひとつとしている。従来、電磁接触器は、100A以上の大電流が流される配電盤等に使用されることが多く、駅中間電源切替装置に使用した例はない。
電磁接触器を使用した電源装置に関する発明としては、例えば特許文献1に記載されているものがあるが、特許文献1の発明は、配電盤において電流を遮断するために使用するものであり、電源の切替を行う電源切替装置でない点で本願発明とは相異している。

0008

また、本出願に係る発明は、後述のように、電磁接触器の端子端子台とを接続する配線として銅線の代わりに銅板を使用することも特徴である。銅板を配線として使用する発明としては、特許文献2に記載されているものがあるが、特許文献2の発明は、複数の銅板配線を交差して配設するという発想や耐雷強度を高めるという発想がない点で本願発明とは相異している。
本発明は、上記のような背景の下になされたもので、筐体の小型化が可能であるとともに、外部からの振動に対して強い屋外用電源切替装置を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、落雷に対しても強い屋外用電源切替装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0009

上記課題を解決するために、本発明は、
箱状の筐体内部に、2個の電流スイッチを備えた電源切替ユニットと、前記電流スイッチを制御する信号を生成する制御装置と、前記電源切替ユニットの複数の端子と外部の電線とを接続するための複数の端子を有する端子台と、が収納され、前記2個の電流スイッチを制御して2系統の高圧送電線のそれぞれに接続された2個の変圧器のうち一方からの電流を負荷へ供給する屋外用電源切替装置であって、
前記電源切替ユニットは、前記電流スイッチとして電磁接触器を備え、
前記電源切替ユニットの複数の端子と前記端子台の複数の端子のうち対応する端子とが、互いに所定の距離以上の間隔を有して配設された複数の銅板配線によって接続されているように構成したものである。

0010

上記のような構成を有する屋外用電源切替装置によれば、電源切替ユニットの電流スイッチに電磁接触器を使用しているため、無接点リレーを使用するものに比べて筐体の小型化を達成することができるとともに、電磁リレーを使用するものに比べて外部からの振動に対しても強い屋外用電源切替装置を実現することができる。
また、電源切替ユニットの複数の端子と端子台の複数の端子のうち対応する端子とを接続する配線が銅板であるため、銅線に比べて形状を保持し易い上、複数の銅板配線が互いに所定の距離以上の間隔を有して配設されているため、配線同士が接触して混触が発生するのを確実に防止できるとともに、落雷によって電位差が生じた場合にも配線間の誘導サージが発生するのを防止することができる。

0011

ここで、望ましくは、前記銅板配線は、板状の銅板を芯材とし、該芯材の両端の端子結合部を除く部位の周面が絶縁層被覆されているように構成する。
上記のような構成によれば、銅板配線が銅板からなる芯材の周面に絶縁層が形成されているため、配線間の耐雷強度を高めることができる。

0012

また、望ましくは、前記絶縁層は、熱収縮性を有する絶縁性樹脂で形成する。
かかる構成によれば、銅板からなる芯材所定の形状に折曲した後、その周囲に熱収縮性を有する絶縁性樹脂チューブを被せ、加熱して収縮させることで、芯材の周面に絶縁層が形成されている銅板配線を容易に作成することができる。

発明の効果

0013

本発明によれば、筐体の小型化が可能であるとともに、外部からの振動に対して強い屋外用電源切替装置を実現することができる。また、落雷に対しても強い屋外用電源切替装置を実現することができるという効果がある。

図面の簡単な説明

0014

本発明に係る屋外用電源切替装置を適用して有効な電力供給システムの一例を示すシステム概略構成図である。
本発明に係る屋外用電源切替装置の一実施形態を示す正面図である。
実施形態の屋外用電源切替装置を構成する電源切替ユニットの背面図である。
電源切替ユニットの背面の3次元構成配線群を斜め左方向から見た様子を示す斜視図である。
電源切替ユニットの等価回路を示す回路図である。

実施例

0015

以下、図面を参照しながら、本発明に係る屋外用電源切替装置の実施形態について詳細に説明する。図1は本発明に係る屋外用電源切替装置を適用して有効な電力供給システムの一例を示すシステム概略構成図、図2は本発明に係る屋外用電源切替装置の一実施形態を示す正面図である。

0016

図1は、鉄道沿線に設置されている閉塞信号機や踏切保安装置等に電力を供給する場合のシステム構成を示している。図1に示すように、鉄道沿線の設備への電力供給システムは、2つの変電所1A,1B間に、断線等の障害が発生した場合にも列車の運行に支障を来さないようにするため、高圧交流電力を供給する2系統(現用と予備)の高圧送電線2A,2Bが敷設されている。

0017

高圧送電線2A,2Bには、現用と予備の線条変圧器3A,3Bがそれぞれ接続され、この線条変圧器3Aまたは3Bによって低い電圧に変換された電力が閉塞信号機11や踏切保安装置12等に供給される。
線条変圧器3A,3Bと閉塞信号機11踏切保安装置12との間には、通常は一方の高圧送電線(現用)2Aからの電力を供給しており、その電力が遮断すると他方の高圧送電線(予備)2Bからの電力に切り替える駅中間電源切替装置4が設けられている。なお、駅中間電源切替装置4は、通常、鉄道沿線の閉塞信号機等の設置個所の近傍(屋外)に設置される。

0018

電源切替装置4は、電源切替スイッチ5と、一方の高圧送電線(現用)2Aの電流または電圧を検知して電力の供給状態監視し電源切替スイッチ5を制御する制御部6とを備えており、制御部6が高圧送電線(現用)2Aの電力遮断を検知すると電源切替スイッチ5へ制御信号を送って、接点を他方の高圧送電線(予備)2Bの電力の側に切り替えることで、閉塞信号機11や踏切保安装置12への電力供給途絶えないように構成されている。

0019

次に、本実施形態の駅中間電源切替装置4の具体的な構成について、図2および図3を用いて説明する。このうち、図2は本実施形態の駅中間電源切替装置4の前扉を開いた状態の正面図、図3はそのうち電源切替ユニット部分の背面図である。
図2に示すように、本実施形態の駅中間電源切替装置4は、前扉が開閉可能に構成された箱状の筐体41と、該筐体41の上部に収納され上記電源切替スイッチ5として機能する電源切替ユニット42とを備える。

0020

電源切替ユニット42は、図示しないが、図1の電源切替スイッチ5の2つの接点S1,S2を構成する2個の電磁接触器と、これらの電磁接触器をオンオフ動作させる電磁ソレノイドとを有している。また、電磁接触器はオンまたはオフに変換される際にのみ電磁ソレノイドが励磁され、変換後はバネの力でその状態を機械的に保持するように構成されており、電流容量は例えば100Aとされる。
なお、電源切替ユニット42の前面には、それぞれの電磁接触器に強制的に電流を流してオフ(遮断状態)させるためのトリップボタン42A,42Bと、手動でいずれか一方の電磁接触器をオンさせたり両方ともオフにさせたりするためのレバー42Cが設けられている。これにより、電磁接触器が正常に動作するか否かを容易に確かめることができる。

0021

上記のように、電磁接触器は電磁力で接点の状態を維持する構成ではなく機械的に接点状態が維持される構成であるので、電源切替ユニット42に電磁接触器を使用することにより、軌道沿線に配設されることで頻繁に振動が装置に伝わって来たとしても、オン状態またはオフ状態を安定に保持することができる。また、継電器(電磁リレー)と異なり状態を保持するために常時通電しておく必要がないという利点もある。さらに、電源切替ユニットとして無接点リレーを使用していないため、筐体外部に耐雷用のトランスを設置する必要もない。
また、電源切替ユニット42は、両側に前後方向のガイドレールが設けられており、電磁接触器が共にオフのニュートラル状態で、前方へ引出し可能に構成されているため、部品交換が可能である。また、正規の位置では、複数本ボルトによってユニット本体を筐体側に固定する構成とすることで、外部振動によるガタつきや移動(抜け)を防止するようになっている。

0022

筐体41は、上記のように電源切替ユニット42として電磁接触器を利用したものを使用することで大きさが従来の30Aの電源切替装置の筐体と同程度とすることができるとともに、前壁ヒンジにより開閉可能な構成(前扉)にする一方、後壁は開閉不能な固定式とする。このように、筐体41を片面扉とすることにより、装置の設置場所制約が減少し、電柱に設置することも可能となる。因みに、従来の駅中間電源切替装置は、前壁と後壁が開閉可能な両面扉のものが一般的であった。

0023

また、本実施形態の駅中間電源切替装置4は、筐体41内に、前記制御部6として機能する制御ボックス43、複数の電磁リレー44、装置の動作状態を監視する状態監視装置45、状態監視装置45等に対する信号の入出力を行う信号線が接続される複数の端子を備えた信号入出力端子台46等が設けられている。
そして、制御ボックス43の前面パネルには、手動で電源の切替えを行うか自動で電源の切替えを行うかを設定するためのスイッチおよびその操作ノブ43Aと、手動モードに設定された場合に、高圧送電線(現用)2Aの電力または高圧送電線(予備)2Bの電力のいずれを供給するかの切替えを行うためのスイッチおよびその操作ノブ43Bが設けられている。これにより、電源を遮断せずに手動による転極試験が可能となる。なお、操作ノブ43Bは、ニュートラル位置をとることも可能に構成されている。

0024

上記電源切替ユニット42および制御ボックス43の背部には、図3(A)に示すように、線条変圧器3A,3B(図1)から電流を引き込む電線31A,31B,31C,31Dや閉塞信号機11や踏切保安装置12(図1)へ電流を供給する電線32A,32Bが接続される6個の端子T11〜T16を備えた中継端子台47と、該中継端子台47の6個の端子T11〜T16と上記電源切替ユニット42の裏面の6個の端子T21〜T26とを接続する3次元構成配線群48が設けられている。

0025

中継端子台47には、上記6個の端子T11〜T16が、ボルト49a〜49fによって固着されている。符号50が付されているのは、電源切替ユニット42の切替え制御信号やトリップボタン42A,42Bからの入力信号等の信号を伝達する信号線が接続される信号端子台である。
電源切替ユニット42には、2系統(現用と予備)の交流電圧が入力されるため、電源切替ユニット42を等価回路で示すと、図5のようになる。図5より、電源切替ユニット42の裏面には6個の端子があることが分かる。

0026

次に、本実施形態における上記3次元構成配線群48の具体的な構成の仕方について説明する。
本発明者らは、本発明に先立って、電源切替ユニット42の裏面の端子と中継端子台47の端子とを接続する3次元構成配線群48として、図3(B)に示すように、絶縁チューブで被覆された銅線(丸線)48a’〜48f’を使用したものを試作し、その性能について評価した。

0027

その結果、図3(B)に示すように、銅線(丸線)を使用した場合には、長さ方向全体に亘って各銅線間の間隔を保持することが困難で、必ず接触する部位があり、混触が発生するおそれがある。また、落雷があった場合、電源切替ユニット42の裏面の端子には、線条変圧器3A,3Bから電流を引き込む電線31A〜31Dを通して数万ボルト以上の電圧が流れ込むことがある。そのため、配線間の間隔が充分に確保されていないと、配線間で短絡事故が発生するおそれがあることが明らかとなった。

0028

そこで、本発明者らは、3次元構成配線群48を構成する配線として、銅線の代わりに、図3(A)に示すように、銅板配線48a〜48fを使用するとともに、各配線間の間隔として最低20mmを確保して配設することとした。なお、使用する配線は、芯材として幅が約20mmで、厚さが4mmの銅板を使用し、それを所定の形状に折曲した後、その周囲に熱収縮性を有する絶縁性樹脂チューブを被せ、加熱して収縮させることで密着させ形成した。

0029

ここで、上記銅板配線48a〜48fの具体的な配設例を、図4を用いて説明する。図4は、電源切替ユニット42の背面を斜め左方向から見た斜視図である。
銅板配線48aは中継端子台47上の最も左側の端子T11と電源切替ユニット42の裏面の左下の端子T21とを電気的に接続するもので、図4に示すように、中継端子台47上の端子T11の位置から真っ直ぐ上方へ延び、電源切替ユニット42の下端までの高さの中間位置で、手前すなわち厚み方向へ90度折曲されている。その後、右横方向すなわち幅方向へ90度折曲され、銅板配線48cを山越しし、端子T14とT15の中間点の上方辺りで奥側すなわち厚み方向へ90度折曲されて上方へ延び、電源切替ユニット42の裏面の端子T21の近傍で厚み方向(右横方向)へ90度折曲されて、端部が端子T21にボルトB1で結合されている。

0030

銅板配線48bは中継端子台47上の左から2番目の端子T12と電源切替ユニット42の裏面の右下の端子T22とを電気的に接続するもので、中継端子台47上の端子T12の位置から真っ直ぐ上方へ延び、電源切替ユニット42の下端までの高さの1/3〜1/2の位置で、手前すなわち厚み方向へ90度折曲され、その後右横方向すなわち幅方向へ90度折曲され、銅板配線48cを山越しし、端子T16の上方位置で奥側すなわち厚み方向へ90度折曲されて上方へ延び、電源切替ユニット42の裏面の端子T22の近傍で厚み方向(左横方向)へ90度折曲されて端子T22にボルトB2で結合されている。

0031

銅板配線48cは中継端子台47上の左から3番目の端子T13と電源切替ユニット42の裏面の中段左の端子T23とを電気的に接続するもので、中継端子台47上の端子T13の位置から真っ直ぐ上方へ延び、電源切替ユニット42の中段の高さの位置で、手前すなわち厚み方向へ90度折曲され、その後右横方向すなわち幅方向へ90度折曲されて端子T23にボルトB3で結合されている。

0032

銅板配線48dは中継端子台47上の左から4番目の端子T14と電源切替ユニット42の裏面の中段右の端子T24とを電気的に接続するもので、中継端子台47上の端子T14のやや上方で、手前すなわち厚み方向へ90度折曲され、その後右横方向すなわち幅方向へ90度折曲され、銅板配線48e,48fを山越しし、端子T16を越えた位置で上方すなわち厚み方向へ90度折曲されて上方へ延び、電源切替ユニット42の裏面の端子T24の近傍で左横方向すなわち厚み方向へ90度折曲されて、端子T24にボルトB4で結合されている。

0033

銅板配線48eは中継端子台47上の左から5番目の端子T15と電源切替ユニット42の裏面の上段左の端子T25とを電気的に接続するもので、中継端子台47上の端子T15のやや上方まで伸びてから奥側へ折曲され、さらに斜め左方向へ45度折曲され、銅板配線48cと重なる位置で上方へ45度折曲され、銅板配線48cと所定間隔をおいて平行に上方へ延び、電源切替ユニット42上段の高さ位置で手前すなわち厚み方向へ90度折曲され、さらに右横方向すなわち幅方向へ90度折曲されて、端子T25にボルトB5で結合されている。

0034

銅板配線48fは中継端子台47上の最も右側の端子T16と電源切替ユニット42の裏面の上段右の端子T26とを電気的に接続するもので、中継端子台47上の端子T16の位置から真っ直ぐ上方へ延び、電源切替ユニット42の下端に至る手前で、奥側すなわち厚み方向へ90度折曲されている。その後、右横方向すなわち幅方向へ90度折曲され、銅板配線48dと重なる位置で上方へ90度折曲され、銅板配線48dと所定間隔をおいて平行に上方へ延び、電源切替ユニット42の上段位置で手前に90度折曲され、電源切替ユニット42の裏面の端子T26の近傍で左幅方向へ90度折曲されて、端子T26にボルトB6で結合されている。

0035

上述したように、本実施形態の駅中間電源切替装置4においては、電源切替ユニット42の裏面の端子と中継端子台47の端子とを接続する3次元構成配線群48として、絶縁チューブで被覆された銅板配線を使用するとともに、山越し折りで各配線間の間隔を確実に確保するように構成しているため、混触や配線間の短絡事故が発生するのを防止することができる。

0036

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形や変更が可能である。
例えば、上記実施形態では、一例として駅中間に配設される電源切替装置に適用した場合について説明したが、本発明は、小駅用の電源切替装置その他、屋外用の電源切替装置に広く適用することが可能である。

0037

2A,2B高圧送電線
4駅中間電源切替装置
5電源切替スイッチ
41筐体
42電源切替ユニット
43制御ボックス(制御装置)
44電磁リレー
45状態監視装置
47中継端子台
48 3次元構成配線群
48a〜48f銅板配線

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