JP6828282B2

JP6828282B2 - トロリ線

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Publication number: JP6828282B2
Application number: JP2016121824A
Authority: JP
Inventors: 蛭田　浩義; 浩義蛭田; 田村　和彦; 和彦田村
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2016-06-20
Filing date: 2016-06-20
Publication date: 2021-02-10
Anticipated expiration: 2036-06-20
Also published as: JP2017226243A

Description

本発明は、摩耗検知線としての光ファイバを内蔵するトロリ線に関する。

従来、摩耗検知線としての光ファイバを内蔵する光ファイバ入りトロリ線が知られている（例えば、特許文献１参照）。メタル線からなる摩耗検知線を内蔵するトロリ線が摩耗した場合、摩耗箇所を人力で確認する必要があるが、光ファイバからなる摩耗検知線を内蔵するトロリ線が摩耗した場合、摩耗箇所を高精度で遠隔検知することができる。

また、光ファイバからなる摩耗検知線は、メタル線（絶縁電線）からなる摩耗検知線と異なり、電磁ノイズの影響を受けない。このため、トロリ線に大電流が流れる新幹線などの鉄道車両からなる電気車の運行中であっても摩耗を検知することができる。

また、特許文献１に記載のトロリ線は、巻ドラムに横巻きで巻き付けられる。これにより、架線後にトロリ線が波打つことに起因する波状摩耗の発生を抑えることができる。

特開２００４−３４８００号公報

しかしながら、特許文献１に記載のトロリ線のように、２本の光ファイバを含むトロリ線を巻ドラムに横巻きで巻き付けると、巻きドラムに近い方の光ファイバに圧縮ひずみが生じ、巻きドラムから遠い方の光ファイバに伸びひずみが生じる。

巻ドラムに巻き付けられた状態で光ファイバに生じた圧縮ひずみと伸びひずみは、架線後にはそれぞれ伸びひずみと圧縮ひずみに変わる。特に、架線後の大きな伸びひずみは光ファイバの寿命に大きく影響する。

したがって、本発明の目的の１つは、光ファイバからなる摩耗検知線の架線後の伸びひずみに起因する寿命の低下を抑えることのできるトロリ線を提供することにある。

本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記［１］〜［５］のトロリ線を提供する。

［１］摩耗検知線用溝を内部に有する公称断面積が１５０ｍｍ^２以上かつ１７０ｍｍ^２以下のトロリ線本体と、前記摩耗検知線用溝内に配置された光ファイバからなる摩耗検知線と、を有し、前記摩耗検知線の径方向の断面積が、前記摩耗検知線用溝の有効断面積の３０％以上かつ４０％以下である、トロリ線。

［２］前記摩耗検知線の直径が１．１ｍｍであり、前記摩耗検知線用溝の有効径が１．８０ｍｍ以上かつ１．９５ｍｍ以下である、上記［１］に記載のトロリ線。

［３］前記摩耗検知線用溝の上端と前記トロリ線本体の上端との前記トロリ線本体の高さ方向の距離が８ｍｍ以上かつ１３ｍｍ以下である、上記［１］又は［２］に記載のトロリ線。

［４］前記トロリ線本体が２つの前記摩耗検知線用溝を有し、２つの前記摩耗検知線用溝の各々に前記摩耗検知線が配置された、上記［１］〜［３］のいずれか１項に記載のトロリ線。

［５］摩耗検知線用溝を内部に有する公称断面積が１５０ｍｍ^２以上かつ１７０ｍｍ^２以下のトロリ線本体と、前記摩耗検知線用溝内に配置された光ファイバからなる摩耗検知線と、を有するトロリ線であって、前記摩耗検知線が、前記トロリ線が曲げられた際に前記摩耗検知線用溝の長手方向に対して可動な状態で、かつ前記トロリ線が架線されて電気車が通過する際に前記摩耗検知線用溝の長手方向に対して不動な状態に、前記摩耗検知線用溝内に配置された、トロリ線。

本発明によれば、光ファイバからなる摩耗検知線の架線後の伸びひずみに起因する寿命の低下を抑えることのできるトロリ線を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係るトロリ線の径方向の断面図である。図２は、トロリ線の摩耗検知線用溝周辺を拡大した断面図である。

〔実施の形態〕
（トロリ線の構造）
図１は、本発明の実施の形態に係るトロリ線１の径方向の断面図である。トロリ線１は、摩耗検知線用溝１４を内部に有するトロリ線本体１０と、摩耗検知線用溝１４内に配置された光ファイバからなる摩耗検知線２０とを有する。

トロリ線１のトロリ線本体１０は、異形丸形のトロリ線であり、上部の小弧面１１、下部の大弧面１２、両側部の小弧面１１と大弧面１２の間のＶ字状のイヤー溝１３と、大弧面１２の底部から所定の距離の位置にトロリ線本体１０の長手方向に沿って設けられた線上の摩耗検知線用溝１４とを有する。トロリ線本体１０は、ＪＩＳＥ２１０１、ＥＮ５０１４９に規定されたみぞ付硬銅トロリ線に該当する。

トロリ線本体１０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１０の公称断面積は１５０ｍｍ^２（１５０ＳＱ）以上かつ１７０ｍｍ^２（１７０ＳＱ）以下である。

トロリ線１を介して、例えば高速で走行する新幹線などの鉄道車両からなる電気車に給電が行われる際には、トロリ線本体１０の大弧面１２の底部が、パンタグラフ等の電気車の集電装置に接触する。このため、集電装置の摺動により、トロリ線本体１０は大弧面１２の底部から摩耗する。摩耗が進むと、設定された摩耗限度位置１６に達する前に摩耗検知線２０が断線し、断線検知システムが作動して、トロリ線本体１０が限界に近いところまで摩耗していることが検知される。

図１中の距離Ｌ_１は、磨耗前のトロリ線本体１０の底部と摩耗限度位置１６との距離であり、摩耗しろと呼ばれる。また、距離Ｌ_２は、トロリ線本体の上端と摩耗限度位置１６との距離である。距離Ｌ_２は、トロリ線本体１０が摩耗して底面が摩耗限度位置１６に達したときの残存するトロリ線本体１０の高さであるため、残存高さと呼ばれる。距離Ｌは、トロリ線本体１０の上端から下端までの距離であり、距離Ｌ_１と距離Ｌ_２の合計に等しい。

摩耗検知線用溝１４は、その上端の位置がトロリ線本体１０の摩耗限度位置１６に一致するような位置に設けられる。図１に示される例では、トロリ線本体１０の中心線３０の両側に１つずつ、計２つの摩耗検知線用溝１４が設けられ、それら２つの摩耗検知線用溝１４の各々に摩耗検知線２０が配置されている。２つの摩耗検知線２０を用いることにより、偏摩耗が生じた場合にも摩耗を検知することができる。

トロリ線本体１０の残存高さである距離Ｌ_２は、例えば、架線張力が２．５トンまでのトロリ線に適応させるため、８ｍｍ以上かつ１３ｍｍ以下に設定される。この場合、摩耗検知線用溝１４の上端とトロリ線本体１０の上端とのトロリ線本体１０の高さ方向の距離が８ｍｍ以上かつ１３ｍｍ以下となる。

トロリ線１は、通常、架線後の波状摩耗の発生を抑えるため、巻ドラムに横巻きで巻き付けられる。すなわち、トロリ線本体１０の中心線３０が巻きドラムの胴の側面に平行になるように巻かれる。

図２は、トロリ線１の摩耗検知線用溝１４周辺を拡大した断面図である。図１、図２における摩耗検知線用溝１４内の点線で表される円１５は、摩耗検知線用溝１４の断面に含まれる最大の真円であり、円１５の直径Ｄを摩耗検知線用溝１４の有効径と呼び、円１５の面積を摩耗検知線用溝１４の有効断面積と呼ぶ。

摩耗検知線２０の径方向の断面積は、摩耗検知線用溝１４の有効断面積の３０％以上かつ４０％以下である。

摩耗検知線用溝１４の有効断面積に対する摩耗検知線２０の径方向の断面積が小さいほど、摩耗検知線用溝１４の内面と摩耗検知線２０との摩擦が小さくなる。このため、トロリ線１が曲げられた際に摩耗検知線用溝１４の長手方向に対して摩耗検知線２０が動き易くなり、摩耗検知線２０に発生するひずみ量が低減する。

そして、摩耗検知線２０の径方向の断面積が摩耗検知線用溝１４の有効断面積の４０％以下である場合、トロリ線１の架線後の摩耗検知線２０に生じる伸びひずみ量の最大値を０．３５％以下に抑えることができる。トロリ線１の架線後の摩耗検知線２０に生じる伸びひずみ量が小さいほど摩耗検知線２０の寿命を延ばすことができ、この伸びひずみ量の最大値が０．３５％以下である場合、例えば、光ファイバからなる摩耗検知線２０のスクリーニングレベル（ＪＩＳＣ６８２１の６のスクリーニング試験による）が１％のときの摩耗検知線２０の寿命が１０年を超える確率が高くなる。

特に、トロリ線１の全長が２０００ｍ以下の場合には、摩耗検知線２０の径方向の断面積が摩耗検知線用溝１４の有効断面積の４０％以下であれば、トロリ線１の長手方向に沿った全ての領域が、摩耗検知線用溝１４の長手方向に対して摩耗検知線２０が動くことのできる可動域と呼ばれる領域となる。これにより、トロリ線１中の摩耗検知線２０は長手方向に沿った全ての領域において均一に延びた状態になる。

なお、伸びひずみ量の平均値ではなく最大値を考慮するのは、摩耗検知線２０中に伸びひずみ量が限界を超える点が一点でもあれば、その点において断線が生じるためである。

摩耗検知線２０の径方向の断面積が摩耗検知線用溝１４の有効断面積の４０％を超える場合は、トロリ線１の架線後の摩耗検知線２０に生じる伸びひずみ量の最大値を０．３５％以下に抑えることは困難である。特に、トロリ線１が長尺（例えば１０００ｍ以上）の場合には、摩耗検知線用溝１４の長手方向に対して摩耗検知線２０が動かない不動域と呼ばれる領域が大きくなるため、この伸びひずみ量の最大値を０．３５％以下に抑えることはより困難である。

トロリ線１が巻ドラムに横巻きで巻き付けられた場合は、巻きドラムに近い方の摩耗検知線２０に圧縮ひずみが生じる。この圧縮ひずみはトロリ線１の架線後に伸びひずみに変わるが、摩耗検知線２０の径方向の断面積が摩耗検知線用溝１４の有効断面積の４０％以下である場合、この伸びひずみの量の最大値を０．３５％以下に抑えることができる。

一方で、摩耗検知線用溝１４の有効断面積に対する摩耗検知線２０の径方向の断面積が小さすぎると、摩耗検知線用溝１４の内面と摩耗検知線２０との摩擦が極端に小さくなるため、トロリ線１が架線されて電気車が通過する際に、摩耗検知線用溝１４の長手方向に対して摩耗検知線２０が動いてしまう波乗り現象と呼ばれる現象が生じる。

そこで、摩耗検知線２０の径方向の断面積を摩耗検知線用溝１４の有効断面積の３０％以上にすることにより、波乗り現象を抑えることができる。

上述の“摩耗検知線２０の径方向の断面積が摩耗検知線用溝１４の有効断面積の３０％以上かつ４０％以下”の条件を満たすために、例えば、摩耗検知線２０の直径を１．１ｍｍ、摩耗検知線用溝１４の有効径を１．８０ｍｍ以上かつ１．９５ｍｍ以下とすることができる。

また、トロリ線１を架線した後の伸びひずみ量をより低減するためには、摩耗検知線２０の径方向の断面積が摩耗検知線用溝１４の有効断面積の３７．３％以下であることが好ましく、３３．５％以下であることがより好ましく、３１．８％以下であることが最も好ましい。摩耗検知線２０の直径が１．１ｍｍである場合は、摩耗検知線用溝１４の有効径が１．９０ｍｍ以上かつ１．９５ｍｍ以下であることがより好ましい。

なお、トロリ線１における摩耗検知線用溝１４の位置により、摩耗検知線２０に生じる伸びひずみの量は変化するが、公称断面積が１５０ｍｍ^２以上かつ１７０ｍｍ^２以下の範囲にあるトロリ線１においては、摩耗検知線２０の径方向の断面積が摩耗検知線用溝１４の有効断面積の３０％以上かつ４０％以下の範囲であれば、摩耗検知線用溝１４の位置に依らず、架線後の摩耗検知線２０の伸びひずみ量の最大値を０．３５％以下に抑制することができる。

（実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、トロリ線の架線後の光ファイバからなる摩耗検知線の伸びひずみを抑え、摩耗検知線の寿命を延ばすことができる。また、トロリ線の架線後の波乗り現象を抑えることができる。なお、本実施の形態によれば、トロリ線を巻ドラム（トロリ線が巻かれる部分の直径である胴径が９００ｍｍ〜１２００ｍｍ）に巻き付けた後に生じる摩耗検知線の伸びひずみだけでなく、トロリ線を曲げたことにより生じる摩耗検知線の伸びひずみ全般を抑えることができる。また、本実施の形態によれば、夏季や冬季などの季節の変化に応じてトロリ線が使用される環境下の温度や湿度が変化した場合においても、架線後の摩耗検知線の伸びひずみ量の最大値を０．３５％以下に抑制することができる。

摩耗検知線用溝１４のサイズの最適条件を検討するため、実施の形態に係るトロリ線１を試作し、評価を実施した。

本実施例においては、トロリ線本体１０として公称断面積が１７０ｍｍ^２のトロリ線を用いて、トロリ線本体１０における摩耗検知線用溝１４の位置を２トンの張力で架線する公称断面積が１７０ｍｍ^２のトロリ線における位置に設定した。光ファイバからなる摩耗検知線２０の直径は、１．１ｍｍに固定した。

上記の構造を有するトロリ線１を胴径１０３０ｍｍの巻ドラムに横巻きで巻き付け、その後、２トンの張力で架線して、光ファイバアナライザ（ＢＯＴＤＲ方式）によって摩耗検知線２０の伸びひずみ量を測定した。

次の表１に、評価結果を示す。表１中の「面積比」は、摩耗検知線２０の径方向の断面積の、摩耗検知線用溝１４の有効断面積に対する比を意味する。

表１に示されるように、摩耗検知線２０の直径が１．１ｍｍである場合、摩耗検知線用溝１４の有効径が１．８ｍｍ以上かつ１．９５ｍｍ以下のときに摩耗検知線２０の伸びひずみ量の最大値を０．３５％以下に抑えることができた。

また、摩耗検知線２０の径方向の断面積が、摩耗検知線用溝１４の有効断面積のおよそ４０％以下であるときに、摩耗検知線２０の伸びひずみ量の最大値を０．３５％以下に抑えることができた。この面積比（摩耗検知線２０の径方向の断面積の、摩耗検知線用溝１４の有効断面積に対する比）と摩耗検知線２０の伸びひずみ量の最大値との関係は、摩耗検知線２０の直径に依らずに成り立つ。

また、上記の評価ではトロリ線本体１０として公称断面積が１７０ｍｍ^２のトロリ線を用いたが、トロリ線本体１０として公称断面積が１５０ｍｍ^２のトロリ線を用いて同様の評価を行った場合であっても、伸びひずみ量の最大値を０．３５％以下に抑えることができる。

以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、本発明は、上記実施の形態及び実施例に限定されず、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。

また、上記に記載した実施の形態及び実施例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、実施の形態及び実施例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。

１トロリ線
１０トロリ線本体
１２大弧面
１４摩耗検知線用溝
２０摩耗検知線

Claims

Ｃｕ−Ｓｎ−Ｉｎ系合金又はＣｕ−Ｓｎ系合金を主成分とし、巻ドラムに横巻きで巻き付けられた状態から２トンの張力で架線されるトロリ線であって、
摩耗検知線用溝を内部に有する公称断面積が１７０ｍｍ² のトロリ線本体と、
前記摩耗検知線用溝内に配置された光ファイバからなる摩耗検知線と、
を有し、
前記摩耗検知線の径方向の断面積が、前記摩耗検知線用溝の有効断面積の３１．８％以上かつ３３.５％以下である、
トロリ線。