JPS5929446B2 - 直流電気鉄道における電食防止装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は直流電気鉄道における電食防止装置に係わり、
その目的とするところは帰線電流の軽減を可能ならしめ
て帰線（レール）から大地に漏れる迷走電流により発生
する電食すなわち電カケープル、通信ケーブル、ガス管
、水道管等の地中に埋設しである金属体が電気分解作用
を受けて穴があく現象を防止するにある。

すなわち本発明の特徴とするところは、直流電気鉄道に
おける電食防止装置において、架線とレール間およびレ
ールと別線間に同方向直流電圧が加わるように変電所と
接続し、各閉そく区間にＤＣ−ＡＣインバータとバラン
サを接続してレールを中性線とする単相３線式回路を備
え、電車からレールに流れる電流ｉがレールの変電所側
とレールのインバータ側に常にほぼｊずつ分流するよう
に前記インバータにより変換された交流部分を前記バラ
ンサにより自動制御するところにある。

現在の電気鉄道は架空単線式を採用し、レールを電車電
流の帰線として使用している。

レールは大地に対しである程度の接地抵抗を持つが絶縁
されていないので、レールを流れる電流の一部は地中を
流れる。

この場合第１図のようにレール１を近接して埋設物２が
存在すると、漏れ電流３は埋設物２に流入し、電鉄の変
電所４付近で流出してレール１に帰流する。

電流の流出箇所ではレール１側にも埋設物２側にも電食
５が発生する。

電気鉄道には直流式と交流式とがあるが、交流の場合漏
れ電流による電食はアルミニウムを除いて電食係数が非
常に小さいため、その電食量は殆んど問題にならないが
、直流の場合は、第１図のように変電所４で交流を直流
に変換し、その正側を嘉電線６及びトロリー線７の架線
側へ、負側をレール１の帰線側へ接続して電車８へ電気
を送るふ電回路が構成されており、電車８に流れる電流
■×電車の数すなわち第１図では２■の電流が流れて大
きな迷送電流を発生する欠点があった。

かかる電食を防止するために従来実施されている防食法
として直接、選択、強匍腓流法又は流電陽極法又は外部
電源方式の電気的防食法又は被覆、塗装方式があり両者
を併用しているのが実情である。

しかしながら、これらは何れも電気鉄道から流れ出た漏
れ電流の影響を極力おさえることにより電食を防止する
という所謂受は前約な防食対策であって、高価な装置設
備、入念な維持管理を必要とするうえ他施設への干渉の
虞もあり、防食防止も未だ十分とは云えなかった。

本発明はかかる実情に鑑み、レールに電流を流さなけれ
ば電食は発生しないという積極的な考え方を基として研
究した結果、レールに流れる帰線電流の軽減を可能にし
て電食を十分に防止できる帰線電流軽減装置の開発に成
功しここに出願する到ったものである。

次に本発明の構成および作用を例示図面により詳述する
。

第２図のように、架線１１とレール１２と別線１３を備
え、架線１３とレール１２問およびレール１２と別線１
３間に同方向直流電圧１４，１４２が加わるように変電
所１５と接続し、各閉そく区間ａにインバーター６とバ
ランサ１７を接続してレール１２を中性線する単相３線
式回路を形成して、電車１８からレール１２へ流れるｉ
電流をレール１２の変電所１５側とレール１２のインバ
ーり１６側へほぼｉずつ分流するように前記インバータ
１６により変換された交流部分をバランサ１７により自
動制御したものである。

第３図は本発明装置の基本的な回路を示している。

すなわち本来の電気鉄道の直流部分に別線１３を１本設
け、別線１３と架線１１間には別線１３と中性線１２間
の２倍の電圧が加わるようにし、さらにこれをインバー
ター６によって直流を交流に変換し、単相３線式回路に
よるバランサ１７を使った、不平衡負荷における電圧平
衡効果を用いて、交流部分を制御することにより、電鉄
部分の線路電流すなわち直流部分の中性線電流を自由自
在に操作できるようになしたものである。

単相３線式回路は単相２線式２回線の接地電線を共用し
、中性線には電流が互いに打ち消し合うように流れるも
のであり、したがって単相２線式と対地電圧を同じにし
たまま電圧を２倍に昇圧したこととなり負荷平衡時の電
圧降下および電圧損失を１／４に軽減でき経済的メリッ
トがある。

又バランサ１７は単相３線式低圧線における負荷不平衡
による線路電圧の不平衡を補償するための電圧補償器で
あるが、同時に中性線の断線や中性線と電圧線との短絡
による電圧異常上昇の抑止にも役立つ。

又バランサ１７は巻数比が１：１の単巻変圧器等であり
これによって中性線電流を吸い上げるものであるから電
流容量の太きいものが望ましい。

第３図に示すようにレール電流の一部はバランサ１７に
流入して軽減されることになり、スランダツク１７ａを
調整することによってバランサ１７のタップが自由に変
えられ、それによって負荷電流を全てバランサ１７に吸
い上げることが可能である。

つまり負荷電流に等しい定格のバランサを設けることに
よりレール電流を零にすることが可能になる。

次に第４図の回路を用いて行なった本発明の実験例を示
す。

第４図において、三線式の上側が架線１１、中側かレー
ル１２、下側が新たに設けた別線１３、負荷Ｒ１，Ｒ２
が電車１８に相当する。

バッテリー１５ａは１２Ｖを用い変電所１５を示す。

又バッテリー電圧を一定に保つ必要があるため充電しな
がら実験を行った。

その場合無負荷電圧が高くなって１２Ｖバツテリー１５
ａが１５Ｖ以上になってインバータ１６を破損する虞が
あるためバッチ！Ｊ−１５ａの隣りに可変抵抗１９を接
続して電圧の調整を自在とした。

２３は整流器である。

インバータ１６以降の交流部分すは別線１３とともに新
たに設けるもので、この交流部分すを制御することによ
って直流部分の中性線電流を軽減しようというものであ
る。

すなわちインバータ１６によって直流を交流に変換し第
３スライダツク２０を調整して交流部分の電圧を変えバ
ランサ１７による電圧平衡効果によって不平衡分電流を
コントロールし、直流部分の中性線電流をバランサ１７
に吸い上げ、線路電流を軽減するものである。

なお抵抗は全て０．１Ωを用いた。実験は負荷が１個（
Ｒ２のみ）の場合と２個（ＲＩＲ２）の場合の２通りに
ついて次のように行なった。

■ 負荷を投入しインバータ１６をオンにしたのち、イ
ンバータ１６、■、２の出力電圧が一定かつ同じになる
ようにしてバランサを接続しない場合の各計器の値を読
む。

■ 次にバランサ１７を投入し第３スライダツク２０は
調整しない場合の各計器の値を読む。

■ 次にバランサ１７は投入したままで第３スライダツ
ク２０を調整してバランサ１７のタップ電圧を変え、線
路電流を軽減した場合の各計器の値を読む。

３ 以上のように交流回路を制御することによって直流部分
の線路電流を自由に操作し線路電流■２゜Ｉ５．Ｉ７を
零にすることができた。

次に帰線電流軽減の割合を考慮する必要がある。

すなわちレール１２に流れる電流はどんな割合にでも軽
減することが可能であるが、変電所側の線路電流をいく
ら軽減できたとしても、電流には連続性があるので減ら
した分だけインバータ側の電食が大きくなってしまう虞
がある。

そのためバランサ中性線の制御は、負荷電流を変電所側
とインバータ側の線路にほぼ半分ずつ分流させるように
行うのが望ましい。

このようにした場合、変電所１５側の帰線電流が半減す
るので、それによって漏れ電流は大幅に減るから、電食
も大幅に減ることになる。

しかも帰線電流は一方向にしか帰れなかったものが本発
明では負荷の移動に伴って逆方向にも流れ、帰線電流の
向きが負荷の移動によって変わるため、レールや犬くぎ
に対する電食防止は大幅に促進されることになる。

ファラデーの法則によれば、埋設金属体はレールからの
漏れ電流によって電食を受ける場合電気量と腐食量との
間には「電流の通過によって生ずる分解生成物の量は電
気量に比例する」という関係があるので、漏れ電流を減
らせば電食もそれに比例して減ることになる。

然も、この漏れ電流は帰線電流に対し指数関数的に変化
するので、帰線電流を少し減らせばかなり漏れ電流が減
ることになる。

又電食は電流の向きにも影響され、同一方向に長時間電
流が流れた場合は電食は著しいが電流の向きが変わる場
合には軽減される。

又負荷に対してインバータ１６側の架線からも電流が供
給されるため電圧降下も緩和される。

なお、鉄道では１つの区間に１列車しか進入することが
許されない閉そく区間が存在し、その閉そく区間１つに
対して１個のバランサ（インバータ、交流部分を含む）
を設ける。

つまり１閉そく区間ａに対してバランサは１個あり負荷
は１つ存在するかまたは存在しない。

又バランサは投入したり切ったりすると危険なため投入
したままとする。

さらに１閉そく区間はその区間ごとに１つの電気回路を
なすようにし、その閉そく区間に列車が進入するとバラ
ンサ中性線に負荷電流ｉの半分の電流ｊが流れるように
タップを自動調整するように負荷電流を信号化しそ線路
を介して自動電圧調整器のタップに指令を送るように構
成するとよい。

第５図第６図第７図は本発明の実施例を示したものであ
って、２１はん電線２２はトロリー線である。

本発明は上記の構成を有するから次の効果を発揮するも
のである。

すなわち第一に、架線１１とレール１２と別線１３を具
え、架線１３とレール１２問およびレール１２と別線１
３間に同方向直流電圧１４，１４ａが加わるように変電
所１５と接続し、各閉そく区間ａにインバーター６とバ
ランサ１７を接続してレール１２を中性線とする単相３
線式回路を形成して、電車１８からレール１２へ流れる
ｉ電流をバランサ１７により自動制御される適宜な割合
望ましくはほぼｊずつ変電所１５側とインバーター６側
へ分流せしめたから、帰線電流は従来の半分以下に減少
し漏れ電流は極めて小さなものとなるから十分な防食効
果が期待出来る。

第二に、特に変電所１５側の電食は従来に比して大幅に
軽減され、しかも負荷が多いほど線路電流の軽減される
割合が増し電食軽減に非常に大きい効果がある。

第三に、負荷（電車）に対してインバーター６側からも
電流を供給するから、電圧降下は緩和され、変電所間の
電車の数を増したり、変電所間隔を拡げたりすることも
可能となる。

第四に、レール１２に流れる電流は電車の移動とともに
向きが変わるため、レールや大くぎに対する電食は大幅
に軽減され、しかも閉そく区間ごと絶縁するので軌道回
路絶縁用に使われているインピーダンスボンドも一部不
要となる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例であり、第１図は従来のき電回路
図、第２図は本発明の永電回路図、第３図は同上説明図
、第４図は実験用回路図、第５図第６図第７図は他の実
施例を示す本発明入電回路図である。 １１・・・・・・架線、１２・・・・・・レール、１３
・・・・・・別線、１４・・・・・・直流電圧、１５・
・・・・・変電所、１６・・・・・・インバータ、１７
・・・・・・バランサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 直流電気鉄道における電食防止装置において、架線
   とレール間およびレールと別線間に同方向直流電圧が加
   わるように変電所と接続し、各閉そく区間にＤＣ−ＡＣ
   インバータとバランサを接続してレールを中性線とする
   単相３線式回路を備え、電車からレールに流れる電流ｉ
   がレールの変電所側とレールのインバータ側に常にほぼ
   万ずつ分流するように前記インバータにより変換された
   交流部分を前記バランサにより自動制御したことを特徴
   とする直流電気鉄道における電食防止装置。