JP6501976B2 - 駅舎電源装置および帯電検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、交流系統から供給される交流電力と列車の余剰回生電力とを併用して駅構内の電気設備に電力を供給する駅に設置される駅舎電源装置および帯電検知方法に関するものである。

近年、直流き電列車の回生ブレーキによって発生した回生電力は、き電線を介して他の列車の力行電力として利用されている。このような直流き電系統では、同一の変電所区間内において、回生電力が力行電力を上回った場合はき電電圧が上昇し、回生電力が力行電力を下回った場合はき電電圧が低下する。

特許文献１には、駅舎電源装置が、回生電力が力行電力を上回る場合に生じる余剰回生電力を交流電力に変換し、交流系統を介して、直接、駅構内の空調装置、照明装置、昇降機などの電気設備に供給する技術が開示されている。以下、駅構内の電気設備を駅負荷とする。また、特許文献２には、駅舎電源装置が、駅負荷の消費電力を上回るき電線の電力を二次電池に蓄電し、き電電圧低下時に二次電池を放電してき電線に直流電力を供給する技術が開示されている。特許文献１，２に記載の駅舎電源装置によって、き電電圧の安定化を図りつつ、交流系統に逆潮流しない範囲で余剰回生電力を有効活用できる。

国際公開第２０１５／０１９４６６号 特開２０１４−４０１２７号公報

駅舎電源装置は、筐体内に電気部品が収納され、駅ホーム端または駅舎内の電気室に設置されている。鉄道事業会社においてメンテナンスを行う作業者は、数年に一度の頻度で駅舎電源装置の定期点検を行う際、駅舎電源装置の筐体の点検扉を開け、筐体に収納されている電気部品、配線、および筐体の異常の有無などの点検を行う。上記従来の駅舎電源装置において、漏電または配線の絶縁劣化などが発生した場合、き電線側からの電圧が駅舎電源装置の筐体に帯電する可能性がある。しかしながら、作業者は、駅舎電源装置の筐体が帯電状態にあることを認識できないため、定期点検の際に帯電状態にある駅舎電源装置の筐体に接触する可能性がある、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、筐体が帯電したことを検知可能な駅舎電源装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、直流き電列車の回生ブレーキによって発生した回生電力を交流電力に変換して駅負荷側に供給する駅舎電源装置である。駅舎電源装置は、直流き電列車側との接続を遮断するための第１の遮断器と、駅負荷側との接続を遮断するための第２の遮断器と、第１の遮断器と第２の遮断器との間にあって回生電力を交流電力に変換する電力変換器と、を備える。また、駅舎電源装置は、接地され、電力変換器を収容する筐体と、筐体とは異なる場所に接地される直流き電列車が走行するレールと筐体との間に接続され、筐体の帯電状態を検知する帯電検知部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、筐体が帯電したことを検知できる、という効果を奏する。

実施の形態１にかかる駅舎電源装置を含む鉄道システムの構成例を示す図 実施の形態１にかかる駅舎電源装置における帯電検知の処理を示すフローチャート 実施の形態１にかかる駅舎電源装置の制御部をＣＰＵおよびメモリで構成する場合の例を示す図 実施の形態１にかかる駅舎電源装置の制御部を専用のハードウェアで構成する場合の例を示す図 実施の形態２にかかる駅舎電源装置を含む鉄道システムの構成例を示す図 実施の形態２にかかる駅舎電源装置における帯電検知の処理を示すフローチャート 実施の形態３にかかる駅舎電源装置を含む鉄道システムの構成例を示す図 実施の形態３にかかる駅舎電源装置における帯電検知の処理を示すフローチャート 実施の形態４にかかる駅舎電源装置における帯電検知の処理を示すフローチャート 実施の形態５にかかる駅舎電源装置における帯電検知の処理を示すフローチャート

以下に、本発明の実施の形態にかかる駅舎電源装置および帯電検知方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる駅舎電源装置６を含む鉄道システム１００の構成例を示す図である。鉄道システム１００は、変電所１と、架線２と、レール３と、列車４と、駅負荷５と、駅舎電源装置６と、商用電源７と、を備える。

変電所１は、直流き電系統であり、駅舎電源装置６が設置された駅と同一変電所区間にある変電所である。変電所１は、管轄する変電所区間内を走行する列車４に対して、推進力となるための力行電力を供給する。なお、図１では列車４が１台だけであるが、変電所１が管轄する変電所区間内には複数の列車４があるものとする。

架線２は、変電所１からの電力が列車４に供給される場合の電流の経路である。また、架線２は、列車４がブレーキをかけたことによって発生した回生電力が、図示しない他の列車４または駅舎電源装置６に供給される場合の電流の経路である。

レール３は、列車４が走行する軌道である。また、レール３は、変電所１から供給された電力が列車４において力行電力として消費された場合に、列車４を経由して変電所１に電流が戻る帰線となる経路である。

列車４は、変電所１から供給された電力を力行電力として消費する直流き電列車である。また、列車４では、駅に停車する場合などでブレーキをかけると、列車４の制動力となるための回生電力が発生する。列車４は、発生した回生電力を、架線２経由で図示しない他の列車４または駅舎電源装置６に供給する。

駅負荷５は、駅舎電源装置６が設置された駅構内の空調装置、照明装置、昇降機などの電気設備である。駅負荷５は、交流系統である商用電源７から供給される交流電力と、列車４の余剰回生電力が駅舎電源装置６によって変換された交流電力とを併用して利用している。

駅舎電源装置６は、交流系統から供給される交流電力と列車４の余剰回生電力とを併用して駅負荷５に電力を供給する駅に設置される。駅舎電源装置６は、ある列車４の回生ブレーキによって発生した回生電力が他の列車４の推進力となる力行電力として消費しきれなかった電力、すなわち回生電力が力行電力を上回った分の回生電力である余剰回生電力を、交流電力に変換して駅負荷５側に供給する。図１では、列車４で発生した回生電力を回生エネルギーとして表し、列車４から駅舎電源装置６を経由して駅負荷５に流れる様子を示している。

商用電源７は、駅負荷５に交流電力を供給する交流系統である。

駅舎電源装置６の構成について説明する。駅舎電源装置６は、遮断器１１と、電力変換器１２と、遮断器１３と、電圧センサ１４と、制御部１５と、表示部１６と、筐体１７と、を備える。

遮断器１１は、架線２からの過大な事故電流などを遮断する。遮断器１１は、駅舎電源装置６と列車４側の回路すなわち列車４側との接続を遮断するための第１の遮断器である。遮断器１１は、通常動作時、列車４側と駅舎電源装置６とを接続している。遮断器１１は、例えば、高速度遮断器である。

電力変換器１２は、遮断器１１と遮断器１３との間にあって、列車４で発生した余剰回生電力を駅負荷５で利用されている商用電源７の交流系統の交流電圧に変換する。

遮断器１３は、駅舎電源装置６と駅負荷５側の回路すなわち駅負荷５側との接続を遮断するための第２の遮断器である。遮断器１３は、通常動作時、駅負荷５側と駅舎電源装置６とを接続している。遮断器１３は、例えば、出力電磁接触器である。

電圧センサ１４は、駅舎電源装置６の電気部品である遮断器１１、電力変換器１２および遮断器１３などを収容した筐体１７と、レール３との間の電圧の値である電圧値を検知する。電圧センサ１４は、筐体１７の帯電状態を検知する帯電検知部である。なお、帯電検知部である電圧センサ１４については、駅舎電源装置６の筐体１７の内部ではなく、外部にあってもよい。以降の実施の形態で説明する帯電検知部についても同様とする。

制御部１５は、電圧センサ１４で検知された電圧値、すなわち電圧センサ１４の検知結果に基づいて、遮断器１１，１３、および電力変換器１２の動作を制御する。また、制御部１５は、表示部１６に表示される表示内容を制御する。

表示部１６は、筐体１７の帯電状態を表示する。表示部１６は、制御部１５において筐体１７が帯電したと判断した場合、制御部１５の制御によって、筐体１７が帯電したことを示す表示を行う。表示部１６は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などを用いて筐体１７が帯電したことを文字で表示してもよいし、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などを用いて筐体１７が帯電した場合にＬＥＤを点灯させるようにしてもよい。表示部１６については、鉄道事業会社のメンテナンスの作業者が筐体１７に接触することなく確認できる位置に設置する。なお、表示部１６の位置については、筐体１７ではなく、駅の事務室などで作業者が確認できる位置、すなわち駅舎電源装置６から離れた位置に設置してもよい。この場合、駅舎電源装置６の制御部１５と表示部１６との間は、有線接続でもよいし、無線接続でもよい。また、駅舎電源装置６は、筐体１７、および駅舎電源装置６から離れた位置の各々に表示部１６を備えてもよい。

筐体１７は、駅舎電源装置６の電気部品である遮断器１１、電力変換器１２および遮断器１３などを収容する箱枠またはケースである。

鉄道システム１００では、変電所１においてレール３が接地され、駅舎電源装置６において筐体１７が接地されている。しかしながら、変電所１および駅舎電源装置６が接地されている場所によって、または変電所１と駅舎電源装置６との距離が離れている場合、アース電位が異なることがある。そのため、レール３と筐体１７との間に電位差が発生することがある。また、駅舎電源装置６において、漏電または電気部品の配線の絶縁劣化が発生した場合、筐体１７に架線２側からの電圧が帯電する可能性がある。変電所１から架線２に供給される電力は、例えば、１５００Ｖである。鉄道事業会社のメンテナンスの作業者は、数年に１度、駅舎電源装置６を定期点検する。このとき、駅舎電源装置６の筐体１７の部分が帯電していると、作業者が帯電している状態の筐体１７に接触してしまう可能性がある。

そのため、駅舎電源装置６は、筐体１７が帯電したと判断した場合、架線２側の直流き電系統、および駅負荷５側の交流系統との接続すなわち回路を遮断し、電力変換器１２の動作を停止させる制御を行う。また、駅舎電源装置６は、筐体１７が帯電したと判断した場合、筐体１７が帯電したことを表示部１６に表示させる制御を行う。これにより、駅舎電源装置６は、筐体１７が帯電した場合において、作業者が筐体１７に接触する事態を回避することが可能となる。作業者は、筐体１７が帯電した場合、筐体１７を接地して除電してから触れることができる。

つづいて、駅舎電源装置６の動作について説明する。図２は、実施の形態１にかかる駅舎電源装置６における帯電検知の処理を示すフローチャートである。まず、駅舎電源装置６において、電圧センサ１４が、筐体１７の帯電状態、具体的には、筐体１７とレール３との間の電圧値を検知する（ステップＳ１）。なお、実施の形態１では、筐体１７の方がレール３よりも電圧が高くなることを想定している。

制御部１５は、電圧センサ１４から、電圧センサ１４で検知された電圧値を取得する（ステップＳ２）。駅舎電源装置６では、制御部１５が、電圧センサ１４で検知された電圧値を電圧センサ１４から定期的に読み出してもよいし、電圧センサ１４に通知機能がある場合、電圧センサ１４が、検知した電圧値を定期的に制御部１５に通知してもよい。

制御部１５は、電圧センサ１４から取得した電圧値と、電圧閾値とを比較する（ステップＳ３）。電圧閾値とは、筐体１７が帯電したか否かを判断するための値である。電圧閾値の値は、人体への影響を考慮して設定可能な値とする。電圧センサ１４から取得した電圧値が電圧閾値以下の場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、駅舎電源装置６では、筐体１７は帯電していないとして、ステップＳ１の処理に戻る。なお、筐体１７では、０より大きく電圧閾値以下の電圧値が検出された場合、厳密には人体に影響のないレベルの電圧が帯電しているともいえる。しかしながら、ここでは、筐体１７の電圧値が電圧閾値以下の場合は人体への影響は無いとして、帯電していないとして扱う。以降の実施の形態についても、人体への影響が無い場合は帯電していないとして扱う。

電圧センサ１４から取得した電圧値が電圧閾値を超える場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、制御部１５は、電圧センサ１４から取得した電圧値が電圧閾値を超える期間が継続して規定された期間経過したか否かを確認する（ステップＳ４）。規定された期間とは、サージまたは雷などによる瞬間的な電圧変動を排除するための期間を示すものである。サージまたは雷などによって電圧センサ１４から取得した電圧値が瞬間的に電圧閾値を超えても、駅舎電源装置６として異常な状態ではないからである。制御部１５は、電圧センサ１４から取得した電圧値が電圧閾値を超える場合でも、電圧センサ１４から取得した電圧値が電圧閾値を超える期間が規定された期間未満の場合、筐体１７が帯電したと判断しない。

電圧センサ１４から取得した電圧値が電圧閾値を超える期間が継続して規定された期間経過していない場合（ステップＳ４：Ｎｏ）、駅舎電源装置６では、瞬間的な電圧変動を排除するためこの時点では帯電したと判断せず、ステップＳ１の処理に戻る。電圧センサ１４から取得した電圧値が電圧閾値を超える期間が継続して規定された期間経過した場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、制御部１５は、筐体１７が帯電したと判断する（ステップＳ５）。

制御部１５は、筐体１７が帯電したと判断した場合、保護動作により、遮断器１１によって列車４側との接続を遮断し、遮断器１３によって駅負荷５側との接続を遮断する。また、制御部１５は、保護動作により、電力変換器１２の動作を停止させる（ステップＳ６）。そして、制御部１５は、表示部１６を制御して、表示部１６に筐体１７が帯電したことを示す表示をさせる（ステップＳ７）。

このように、駅舎電源装置６では、電圧センサ１４が、筐体１７とレール３との間の電圧値を検知する。制御部１５は、電圧センサ１４で検知された電圧値が電圧閾値を超え、さらに規定された期間継続した場合、筐体１７が帯電したと判断する。制御部１５は、保護動作により遮断器１１，１３で回路を遮断し、電力変換器１２の動作を停止させる。なお、制御部１５が遮断器１１，１３および電力変換器１２を制御する順番について、先に電力変換器１２を停止してから遮断器１１，１３で遮断してもよいし、遮断器１１、電力変換器１２、遮断器１３の順にしてもよいし、特に限定されない。

つづいて、駅舎電源装置６のハードウェア構成について説明する。駅舎電源装置６において、遮断器１１，１３は開閉器により実現される。電力変換器１２はインバータ回路により実現される。電圧センサ１４は直流電圧を計測する測定器により実現される。表示部１６はＬＣＤまたはＬＥＤにより実現される。筐体１７は金属製の箱枠またはケースである。制御部１５は、処理回路により実現される。すなわち、駅舎電源装置６は、筐体１７が帯電したか否かを判断し、帯電したと判断した場合に遮断器１１，１３により回路を遮断し、電力変換器１２の動作を停止させるための処理回路を備える。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、メモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリであってもよい。

図３は、実施の形態１にかかる駅舎電源装置６の制御部１５をＣＰＵおよびメモリで構成する場合の例を示す図である。処理回路がＣＰＵ９１およびメモリ９２で構成される場合、制御部１５の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ９２に格納される。処理回路では、メモリ９２に記憶されたプログラムをＣＰＵ９１が読み出して実行することにより、各機能を実現する。すなわち、駅舎電源装置６は、制御部１５が処理回路により実行されるときに、筐体１７が帯電したか否かを判断するステップ、帯電したと判断した場合に遮断器１１，１３により回路を遮断し、電力変換器１２の動作を停止させるステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ９２を備える。また、これらのプログラムは、駅舎電源装置６の手順および方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、ＣＰＵ９１は、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、またはＤＳＰ（Digital Signal Processor）などであってもよい。また、メモリ９２とは、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically ＥＰＲＯＭ）などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、またはＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などが該当する。

図４は、実施の形態１にかかる駅舎電源装置６の制御部１５を専用のハードウェアで構成する場合の例を示す図である。処理回路が専用のハードウェアである場合、図４に示す処理回路９３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。制御部１５の各機能を機能別に処理回路９３で実現してもよいし、各機能をまとめて処理回路９３で実現してもよい。

なお、制御部１５の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。このように、処理回路は、専用のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、駅舎電源装置６では、電圧センサ１４が、駅舎電源装置６の筐体１７とレール３との間の電圧値を検知し、制御部１５が、電圧センサ１４で検知された電圧値が電圧閾値を超え、かつ電圧値が電圧閾値を超えた期間が継続して規定された期間経過した場合、筐体１７が帯電したと判断する。そして、制御部１５は、保護動作により、遮断器１１，１３により回路を遮断し、電力変換器１２の動作を停止させ、表示部１６に帯電したことを表示させることとした。これにより、駅舎電源装置６の筐体１７が帯電した場合において、作業者が筐体１７に接触する事態を回避することが可能となる。また、制御部１５が、表示部１６に帯電したことを表示させるので、電力変換器１２の動作が停止したことを早期にメンテナンス作業者に気付かせることができ、駅舎電源装置６の復帰を素早く行うことが可能となる。そうすることにより、余剰回生電力の有効利用が可能となる。

実施の形態２．
実施の形態２では、帯電検知部として電流リレーおよび高抵抗の回路を使用する。実施の形態１と異なる部分について説明する。

図５は、実施の形態２にかかる駅舎電源装置６ａを含む鉄道システム１００ａの構成例を示す図である。鉄道システム１００ａは、鉄道システム１００に対して、駅舎電源装置６を駅舎電源装置６ａに置き換えたものである。鉄道システム１００ａにおいて、駅舎電源装置６ａは、鉄道システム１００における駅舎電源装置６と同様の動作を行う。

駅舎電源装置６ａの構成について説明する。駅舎電源装置６ａは、駅舎電源装置６に対して、電圧センサ１４および制御部１５に替えて、制御部１５ａ、電流リレー１８、および回路１９を追加した構成である。実施の形態２では、実施の形態１の電圧センサ１４を電流リレー１８および回路１９に置き換え、電流リレー１８および回路１９で帯電検知部を構成する。

電流リレー１８は、筐体１７と列車４が走行するレール３との間に流れる電流が電流閾値を超えたときにオンする。電流リレー１８は、内蔵するコイルに電流が流れるとコイルが磁石になり、磁力の影響でスイッチを動かしてオンになる。電流閾値とは、筐体１７が帯電したか否かを判断するための値である。電流閾値の値は、人体への影響を考慮して設定可能な値とする。電流リレー１８は、筐体１７の帯電状態を検知する。実施の形態２では、筐体１７が帯電した場合に、電流リレー１８に電流閾値を超える電流が流れるものとする。

回路１９は、抵抗値の高い回路である。回路１９は、筐体１７が帯電した場合に電流リレー１８に電流閾値を超える電流が流れるように設定された抵抗値を持つ回路である。

制御部１５ａは、電流リレー１８のオンまたはオフの状態に基づいて、遮断器１１，１３、および電力変換器１２の動作を制御する。また、制御部１５ａは、表示部１６に表示される表示内容を制御する。

実施の形態１では、制御部１５は、電圧センサ１４で検知された電圧値が電圧閾値を超え、かつ規定された期間経過したときに、筐体１７が帯電したと判断していた。実施の形態２では、制御部１５ａは、電流リレー１８がオンの状態にあり、かつ規定された期間経過したときに、筐体１７が帯電したと判断する。

つづいて、駅舎電源装置６ａの動作について説明する。図６は、実施の形態２にかかる駅舎電源装置６ａにおける帯電検知の処理を示すフローチャートである。まず、駅舎電源装置６ａにおいて、制御部１５ａは、筐体１７の帯電状態、具体的には、電流リレー１８の状態を取得する（ステップＳ１１）。駅舎電源装置６ａでは、制御部１５ａが、電流リレー１８の状態を電流リレー１８から定期的に読み出してもよいし、電流リレー１８に通知機能がある場合、電流リレー１８が、電流リレー１８の状態を定期的に制御部１５ａに通知してもよい。

制御部１５ａは、電流リレー１８の状態がオンか否かを確認する（ステップＳ１２）。電流リレー１８がオフの場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、駅舎電源装置６ａでは、筐体１７は帯電していないとして、ステップＳ１１の処理に戻る。電流リレー１８がオンの場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、制御部１５ａは、電流リレー１８がオンの状態が継続して規定された期間経過したか否かを確認する（ステップＳ１３）。規定された期間とは、サージまたは雷などによる瞬間的な電流変動を排除するための期間を示すものである。サージまたは雷などによって電流リレー１８から取得した電流リレー１８の状態が瞬間的にオンになっても、駅舎電源装置６ａとして異常な状態ではないからである。制御部１５ａは、電流リレー１８がオンの場合でも、電流リレー１８がオンの状態が規定された期間未満の場合、筐体１７が帯電したと判断しない。

電流リレー１８がオンの状態が継続して規定された期間経過していない場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、駅舎電源装置６ａでは、瞬間的な電圧変動を排除するためこの時点では帯電したと判断せず、ステップＳ１１の処理に戻る。電流リレー１８がオンの状態が継続して規定された期間経過した場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、制御部１５ａは、筐体１７が帯電したと判断する（ステップＳ５）。以降の処理は、実施の形態１と同様である。

なお、駅舎電源装置６ａのハードウェア構成について、制御部１５ａは、実施の形態１の制御部１５と同様の処理回路により実現される。

以上説明したように、本実施の形態によれば、駅舎電源装置６ａでは、電流リレー１８が、電流閾値を超える電流が流れた場合にオンし、制御部１５ａが、電流リレー１８がオンの状態であり、かつ電流リレー１８がオンの状態が継続して規定された期間経過した場合、筐体１７が帯電したと判断する。そして、制御部１５ａは、保護動作により、遮断器１１，１３により回路を遮断し、電力変換器１２の動作を停止させ、表示部１６に帯電したことを表示させることとした。この場合においても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
実施の形態３では、帯電検知部として電流センサおよび高抵抗の回路を使用する。実施の形態１，２と異なる部分について説明する。

図７は、実施の形態３にかかる駅舎電源装置６ｂを含む鉄道システム１００ｂの構成例を示す図である。鉄道システム１００ｂは、鉄道システム１００に対して、駅舎電源装置６を駅舎電源装置６ｂに置き換えたものである。鉄道システム１００ｂにおいて、駅舎電源装置６ｂは、鉄道システム１００における駅舎電源装置６と同様の動作を行う。

駅舎電源装置６ｂの構成について説明する。駅舎電源装置６ｂは、駅舎電源装置６に対して、電圧センサ１４および制御部１５に替えて、制御部１５ｂ、電流センサ２０、および回路２１を追加した構成である。実施の形態３では、実施の形態１の電圧センサ１４を電流センサ２０および回路２１に置き換え、電流センサ２０および回路２１で帯電検知部を構成する。

電流センサ２０は、筐体１７と列車４が走行するレール３との間に流れる電流の値である電流値を検知する。電流センサ２０は、筐体１７の帯電状態を検知する。

回路２１は、抵抗値の高い回路である。回路２１は、実施の形態２の回路１９と同様、筐体１７が帯電した場合に電流センサ２０に電流閾値を超える電流が流れるように設定された抵抗値を持つ回路であってもよいし、回路１９とは異なる抵抗値を持つ回路であってもよい。実施の形態３では、制御部１５ｂが電流センサ２０で検知された電流値を読み取ることができるため、電流閾値の大きさは実施の形態２と実施の形態３で異なっていてもよい。

制御部１５ｂは、電流センサ２０で検知された電流値、すなわち検知結果に基づいて、遮断器１１，１３、および電力変換器１２の動作を制御する。また、制御部１５ｂは、表示部１６に表示される表示内容を制御する。

実施の形態１では、制御部１５は、電圧センサ１４で検知された電圧値が電圧閾値を超え、かつ規定された期間経過したときに、筐体１７が帯電したと判断していた。実施の形態３では、制御部１５ｂは、電流センサ２０で検知された電流値が電流閾値を超え、かつ規定された期間経過したときに、筐体１７が帯電したと判断する。

つづいて、駅舎電源装置６ｂの動作について説明する。図８は、実施の形態３にかかる駅舎電源装置６ｂにおける帯電検知の処理を示すフローチャートである。まず、駅舎電源装置６ｂにおいて、電流センサ２０が、筐体１７の帯電状態、具体的には、筐体１７とレール３との間の電流値を検知する（ステップＳ２１）。なお、実施の形態３では、筐体１７からレール３の方向に電流が流れることを想定している。

制御部１５ｂは、電流センサ２０から、電流センサ２０で検知された電流値を取得する（ステップＳ２２）。駅舎電源装置６ｂでは、制御部１５ｂが、電流センサ２０で検知された電流値を電流センサ２０から定期的に読み出してもよいし、電流センサ２０に通知機能がある場合、電流センサ２０が、検知した電流値を定期的に制御部１５ｂに通知してもよい。

制御部１５ｂは、電流センサ２０から取得した電流値と、電流閾値とを比較する（ステップＳ２３）。電流閾値とは、筐体１７が帯電したか否かを判断するための値である。電流センサ２０から取得した電流値が電流閾値以下の場合（ステップＳ２３：Ｎｏ）、駅舎電源装置６ｂでは、筐体１７は帯電していないとして、ステップＳ２１の処理に戻る。

電流センサ２０から取得した電流値が電流閾値を超える場合（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、制御部１５ｂは、電流センサ２０から取得した電流値が電流閾値を超える期間が継続して規定された期間経過したか否かを確認する（ステップＳ２４）。規定された期間とは、サージまたは雷などによる瞬間的な電流変動を排除するための期間を示すものである。サージまたは雷などによって電流センサ２０から取得した電流値が瞬間的に電流閾値を超えても、駅舎電源装置６ｂとして異常な状態ではないからである。制御部１５ｂは、電流センサ２０から取得した電流値が電流閾値を超える場合でも、電流センサ２０から取得した電流値が電流閾値を超える期間が規定された期間未満の場合、筐体１７が帯電したと判断しない。

電流センサ２０から取得した電流値が電流閾値を超える期間が継続して規定された期間経過していない場合（ステップＳ２４：Ｎｏ）、駅舎電源装置６ｂでは、瞬間的な電圧変動を排除するためこの時点では帯電したと判断せず、ステップＳ２１の処理に戻る。電流センサ２０から取得した電流値が電流閾値を超える期間が継続して規定された期間経過した場合（ステップＳ２４：Ｙｅｓ）、制御部１５ｂは、筐体１７が帯電したと判断する（ステップＳ５）。以降の処理は、実施の形態１と同様である。

なお、駅舎電源装置６ｂのハードウェア構成について、制御部１５ｂは、実施の形態１の制御部１５と同様の処理回路により実現される。

以上説明したように、本実施の形態によれば、駅舎電源装置６ｂでは、電流センサ２０が、駅舎電源装置６ｂの筐体１７とレール３との間の電流値を検知し、制御部１５ｂが、電流センサ２０で検知された電流値が電流閾値を超え、かつ電流値が電流閾値を超えた期間が継続して規定された期間経過した場合、筐体１７が帯電したと判断する。そして、制御部１５ｂは、保護動作により、遮断器１１，１３により回路を遮断し、電力変換器１２の動作を停止させ、表示部１６に帯電したことを表示させることとした。この場合においても、実施の形態１，２と同様の効果を得ることができる。

実施の形態４．
実施の形態４では、実施の形態１の駅舎電源装置６において、電圧閾値が複数ある場合の制御について説明する。

駅舎電源装置６、および駅舎電源装置６を含む鉄道システム１００の構成は実施の形態１と同様である。実施の形態４では、電圧閾値が２つある場合について説明するが、一例であり、電圧閾値が３つ以上あってもよい。実施の形態４では、実施の形態１で説明した電圧閾値を第１の電圧閾値とし、第１の電圧閾値より小さい値の電圧閾値を第２の電圧閾値とする。第２の電圧閾値とは、筐体１７が現時点では帯電していないが、将来的に第１の電圧閾値の大きさになる、すなわち帯電する可能性があるか否かを判断するための値である。第２の電圧閾値は、例えば、第１の電圧閾値の１／２の値として設定可能な値である。

つづいて、駅舎電源装置６の動作について説明する。図９は、実施の形態４にかかる駅舎電源装置６における帯電検知の処理を示すフローチャートである。ステップＳ１およびステップＳ２の処理は、実施の形態１と同様である。

制御部１５は、電圧センサ１４から取得した電圧値と、第１の電圧閾値とを比較する（ステップＳ３１）。電圧センサ１４から取得した電圧値が第１の電圧閾値を超える場合（ステップＳ３１：Ｙｅｓ）、制御部１５は、電圧センサ１４から取得した電圧値が第１の電圧閾値を超える期間が継続して規定された期間経過したか否かを確認する（ステップＳ４）。ステップＳ３１：Ｙｅｓの場合の以降の処理は、実施の形態１と同様である。

電圧センサ１４から取得した電圧値が第１の電圧閾値以下の場合（ステップＳ３１：Ｎｏ）、制御部１５は、電圧センサ１４から取得した電圧値と、第２の電圧閾値とを比較する（ステップＳ３２）。電圧センサ１４から取得した電圧値が第２の電圧閾値以下の場合（ステップＳ３２：Ｎｏ）、駅舎電源装置６では、筐体１７は帯電しておらず、また将来的に帯電する可能性もないとして、ステップＳ１の処理に戻る。

電圧センサ１４から取得した電圧値が第２の電圧閾値を超える場合（ステップＳ３２：Ｙｅｓ）、制御部１５は、電圧センサ１４から取得した電圧値が第２の電圧閾値を超える期間が継続して規定された期間経過したか否かを確認する（ステップＳ３３）。

電圧センサ１４から取得した電圧値が第２の電圧閾値を超える期間が継続して規定された期間経過していない場合（ステップＳ３３：Ｎｏ）、駅舎電源装置６では、瞬間的な電圧変動を排除するためこの時点では帯電したと判断せず、ステップＳ１の処理に戻る。電圧センサ１４から取得した電圧値が第２の電圧閾値を超える期間が継続して規定された期間経過した場合（ステップＳ３３：Ｙｅｓ）、制御部１５は、筐体１７が帯電する可能性があると判断する（ステップＳ３４）。

制御部１５は、筐体１７が帯電する可能性があると判断した場合、この段階では遮断器１１，１３および電力変換器１２に対する保護動作は実施しない。制御部１５は、表示部１６を制御して、表示部１６に筐体１７が帯電する可能性があることを示す表示をさせる（ステップＳ３５）。制御部１５は、表示部１６がＬＣＤの場合、ステップＳ７のときとステップＳ３５のときで異なる内容のコメントを表示させることができる。制御部１５は、表示部１６がＬＥＤの場合、ステップＳ７のときとステップＳ３５のときで、異なる色で点灯させる、異なる数を点灯させる、点滅、常時点灯など異なる発光方法で点灯させるなどの方法で、区別できるように表示させる。実施の形態４における図９のフローチャートは、実施の形態１における図２のフローチャートに対して、ステップＳ３に替えて、ステップＳ３１からステップＳ３５を追加したものである。

以上説明したように、本実施の形態によれば、駅舎電源装置６では、制御部１５が、複数の電圧閾値を用いて、現時点で筐体１７は帯電していないが、将来的に筐体１７が帯電する可能性があることを判断することとした。これにより、駅舎電源装置６において、制御部１５は、筐体１７が帯電状態になって保護動作を行う前に、作業者に対して筐体１７が帯電する可能性があることを警告することが可能となる。なお、電圧閾値が３つ以上ある場合、制御部１５は、段階的に警告することが可能となる。

実施の形態５．
実施の形態５では、実施の形態３の駅舎電源装置６ｂにおいて、電流閾値が複数ある場合の制御について説明する。

駅舎電源装置６ｂ、および駅舎電源装置６ｂを含む鉄道システム１００ｂの構成は実施の形態３と同様である。実施の形態５では、電流閾値が２つある場合について説明するが、一例であり、電流閾値が３つ以上あってもよい。実施の形態５では、実施の形態３で説明した電流閾値を第１の電流閾値とし、第１の電流閾値より小さい値の電流閾値を第２の電流閾値とする。第２の電流閾値とは、筐体１７が現時点では帯電していないが、将来的に第１の電流閾値の大きさになる、すなわち帯電する可能性があるか否かを判断するための値である。第２の電流閾値は、例えば、第１の電流閾値の１／２の値として設定可能な値である。

つづいて、駅舎電源装置６ｂの動作について説明する。図１０は、実施の形態５にかかる駅舎電源装置６ｂにおける帯電検知の処理を示すフローチャートである。ステップＳ２１およびステップＳ２２の処理は、実施の形態３と同様である。

制御部１５ｂは、電流センサ２０から取得した電流値と、第１の電流閾値とを比較する（ステップＳ４１）。電流センサ２０から取得した電流値が第１の電流閾値を超える場合（ステップＳ４１：Ｙｅｓ）、制御部１５ｂは、電流センサ２０から取得した電流値が第１の電流閾値を超える期間が継続して規定された期間経過したか否かを確認する（ステップＳ２４）。ステップＳ４１：Ｙｅｓの場合の以降の処理は、実施の形態３と同様である。

電流センサ２０から取得した電流値が第１の電流閾値以下の場合（ステップＳ４１：Ｎｏ）、制御部１５ｂは、電流センサ２０から取得した電流値と、第２の電流閾値とを比較する（ステップＳ４２）。電流センサ２０から取得した電流値が第２の電流閾値以下の場合（ステップＳ４２：Ｎｏ）、駅舎電源装置６ｂでは、筐体１７は帯電しておらず、また将来的に帯電する可能性もないとして、ステップＳ２１の処理に戻る。

電流センサ２０から取得した電流値が第２の電流閾値を超える場合（ステップＳ４２：Ｙｅｓ）、制御部１５ｂは、電流センサ２０から取得した電流値が第２の電流閾値を超える期間が継続して規定された期間経過したか否かを確認する（ステップＳ４３）。

電流センサ２０から取得した電流値が第２の電流閾値を超える期間が継続して規定された期間経過していない場合（ステップＳ４３：Ｎｏ）、駅舎電源装置６ｂでは、瞬間的な電圧変動を排除するためこの時点では帯電したと判断せず、ステップＳ２１の処理に戻る。電流センサ２０から取得した電流値が第２の電流閾値を超える期間が継続して規定された期間経過した場合（ステップＳ４３：Ｙｅｓ）、制御部１５ｂは、筐体１７が帯電する可能性があると判断する（ステップＳ４４）。制御部１５ｂは、表示部１６を制御して、表示部１６に筐体１７が帯電する可能性があることを示す表示をさせる（ステップＳ４５）。ステップＳ４４およびステップＳ４５の処理は、実施の形態４のステップＳ３４およびステップＳ３５と同様である。実施の形態５における図１０のフローチャートは、実施の形態３における図８のフローチャートに対して、ステップＳ２３に替えて、ステップＳ４１からステップＳ４５を追加したものである。

以上説明したように、本実施の形態によれば、駅舎電源装置６ｂでは、制御部１５ｂが、複数の電流閾値を用いて、現時点で筐体１７は帯電していないが、将来的に筐体１７が帯電する可能性があることを判断することとした。この場合においても、実施の形態４と同様の効果を得ることができる。また、実施の形態４と同様、電流閾値が３つ以上ある場合、制御部１５ｂは、段階的に警告することが可能となる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 変電所、２ 架線、３ レール、４ 列車、５ 駅負荷、６，６ａ，６ｂ 駅舎電源装置、７ 商用電源、１１，１３ 遮断器、１２ 電力変換器、１４ 電圧センサ、１５，１５ａ，１５ｂ 制御部、１６ 表示部、１７ 筐体、１８ 電流リレー、１９，２１ 回路、２０ 電流センサ、１００，１００ａ，１００ｂ 鉄道システム。

Claims (15)

1. 直流き電列車の回生ブレーキによって発生した回生電力を交流電力に変換して駅負荷側に供給する駅舎電源装置であって、
   前記直流き電列車側との接続を遮断するための第１の遮断器と、
   前記駅負荷側との接続を遮断するための第２の遮断器と、
   前記第１の遮断器と前記第２の遮断器との間にあって前記回生電力を前記交流電力に変換する電力変換器と、
   接地され、前記電力変換器を収容する筐体と、
   前記筐体とは異なる場所に接地される前記直流き電列車が走行するレールと前記筐体との間に接続され、前記筐体の帯電状態を検知する帯電検知部と、
   を備えることを特徴とする駅舎電源装置。
2. 前記帯電検知部は、前記駅舎電源装置の動作中において、前記筐体の帯電状態を検知することを特徴とする請求項１に記載の駅舎電源装置。
3. 前記帯電検知部の検知結果に基づいて、前記第１の遮断器、前記電力変換器、および前記第２の遮断器の動作を制御する制御部を備える、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の駅舎電源装置。
4. 前記第１の遮断器および前記第２の遮断器は前記筐体に収容される、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の駅舎電源装置。
5. 前記制御部は、前記帯電検知部の検知結果に基づいて、前記筐体が帯電したと判断する場合、前記第１の遮断器、前記電力変換器、および前記第２の遮断器の動作を制御する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の駅舎電源装置。
6. 前記帯電検知部は、前記筐体と前記直流き電列車が走行するレールとの間の電圧値を検知する電圧センサを備え、
   前記制御部は、前記帯電検知部で検知された電圧値が電圧閾値を超え、かつ前記電圧値が前記電圧閾値を超える期間が継続して規定された期間経過した場合、前記筐体は帯電したと判断する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の駅舎電源装置。
7. 前記帯電検知部は、前記筐体と前記直流き電列車が走行するレールとの間に流れる電流が電流閾値を超えたときにオンする電流リレーを備え、
   前記制御部は、前記帯電検知部で前記電流リレーがオンの状態が継続して規定された期間経過した場合、前記筐体は帯電したと判断する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の駅舎電源装置。
8. 前記帯電検知部は、前記筐体と前記直流き電列車が走行するレールとの間に流れる電流の電流値を検知する電流センサを備え、
   前記制御部は、前記帯電検知部で検知された電流値が電流閾値を超え、かつ前記電流値が前記電流閾値を超える期間が継続して規定された期間経過した場合、前記筐体は帯電したと判断する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の駅舎電源装置。
9. 前記制御部は、前記筐体が帯電したと判断した場合、前記第１の遮断器によって前記直流き電列車側との接続を遮断し、前記第２の遮断器によって前記駅負荷側との接続を遮断し、前記電力変換器の動作を停止させる、
   ことを特徴とする請求項５に記載の駅舎電源装置。
10. 前記筐体の帯電状態を表示する表示部、
    を備え、
    前記制御部は、前記筐体が帯電したと判断した場合、前記表示部に前記筐体が帯電したことを示す表示をさせる、
    ことを特徴とする請求項５に記載の駅舎電源装置。
11. 前記筐体の帯電状態を表示する表示部、
    を備え、
    前記電圧閾値を第１の電圧閾値とし、前記第１の電圧閾値より小さい値の電圧閾値を第２の電圧閾値とする場合に、
    前記制御部は、前記帯電検知部で検知された電圧値が前記第１の電圧閾値以下であるが前記第２の電圧閾値を超え、かつ前記電圧値が前記第２の電圧閾値を超えた期間が継続して規定された期間経過した場合、前記筐体は帯電する可能性があると判断し、前記表示部に前記筐体が帯電する可能性があることを示す表示をさせる、
    ことを特徴とする請求項６に記載の駅舎電源装置。
12. 前記筐体の帯電状態を表示する表示部、
    を備え、
    前記電流閾値を第１の電流閾値とし、前記第１の電流閾値より小さい値の電流閾値を第２の電流閾値とする場合に、
    前記制御部は、前記帯電検知部で検知された電流値が前記第１の電流閾値以下であるが前記第２の電流閾値を超え、かつ前記電流値が前記第２の電流閾値を超えた期間が継続して規定された期間以上になった場合、前記筐体は帯電する可能性があると判断し、前記表示部に前記筐体が帯電する可能性があることを示す表示をさせる、
    ことを特徴とする請求項８に記載の駅舎電源装置。
13. 直流き電列車側との接続を遮断するための第１の遮断器と、駅負荷側との接続を遮断するための第２の遮断器と、前記第１の遮断器と前記第２の遮断器との間にあって回生電力を交流電力に変換する電力変換器と、接地され、前記電力変換器を収容する筐体と、を備える駅舎電源装置における帯電検知方法であって、
    前記筐体とは異なる場所に接地される前記直流き電列車が走行するレールと前記筐体との間に接続される帯電検知部が、前記筐体の帯電状態を検知する帯電検知ステップ
    を含むことを特徴とする帯電検知方法。
14. 前記帯電検知ステップにおいて、前記帯電検知部が、前記駅舎電源装置の動作中において、前記筐体の帯電状態を検知することを特徴とする請求項１３に記載の帯電検知方法。
15. 制御部が、前記帯電検知部の検知結果に基づいて、前記筐体が帯電したと判断した場合、前記第１の遮断器によって前記直流き電列車側との接続を遮断し、前記第２の遮断器によって前記駅負荷側との接続を遮断し、前記電力変換器の動作を停止させる制御ステップ
    含むことを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の帯電検知方法。

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