レールの電食状態判定システム
【課題】 電車の加重・振動を掛けた状態で踏切部などの電食の状態を判定する簡単な構成のレールの電食状態判定システムを提供することである。
【手段】 レールの電食状態判定システムは、レール１の踏切部３の両端に且つレールの真下に設置された第一磁気センサ４と第二磁気センサ５、第一磁気センサ４の検出信号から交流分を除去して第一検出信号Ｈ１を出力する第一フィルタ６、第二磁気センサ５の検出信号から交流分を除去して第二検出信号Ｈ２を出力する第二フィルタ７、及び信号処理装置とで構成されている。信号処理装置の信号処理部８は、第一検出信号Ｈ１と第二検出信号Ｈ２の差の信号に基づいて漏洩電流値ｉを算出する。信号処理装置の出力部９は、漏洩電流値ｉを液晶パネルに表示し、又はプリンタでプリントする。
【手段】 レールの電食状態判定システムは、レール１の踏切部３の両端に且つレールの真下に設置された第一磁気センサ４と第二磁気センサ５、第一磁気センサ４の検出信号から交流分を除去して第一検出信号Ｈ１を出力する第一フィルタ６、第二磁気センサ５の検出信号から交流分を除去して第二検出信号Ｈ２を出力する第二フィルタ７、及び信号処理装置とで構成されている。信号処理装置の信号処理部８は、第一検出信号Ｈ１と第二検出信号Ｈ２の差の信号に基づいて漏洩電流値ｉを算出する。信号処理装置の出力部９は、漏洩電流値ｉを液晶パネルに表示し、又はプリンタでプリントする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レールを流れる電流が大地に漏れることによってレール自体に発生する電食の状態を判定するシステムに関し、特に地下トンネルや踏切部におけるレールの電食状態を判定するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電気鉄道においては、レールからの漏洩電流によりレール自体や埋設管等に電食が発生する。電食は金属が電気分解し溶解する現象であり、漏水の多い地下トンネル部、踏切部のレールに多く発生する。このため、地下トンネルではレール本体およびレール締結装置が溶解するため、短期間でのレール交換が必要となる。踏切部ではレールが大地と接触する箇所に漏洩電流が集中するため、レール底部が溶解する。ところが、踏切部の構造上、レールを取り外して調べることができない。従って、溶解が生じているレール底部の箇所も発見することができないため、レール折損まで至ってしまうという問題がある。
【０００３】
そこで、レールを取り外さないで踏切部におけるレール底部の溶解状態を検査する方法の開発が求められてきた。この求めに応じて提案された１つの検査方法は、検査対象の踏切部のレールを両端で切り離し、切り離したレールの両端に電圧を印加して漏洩電流を調べる方法である。しかしながら、この検査方法は電車の営業終了後の時間帯でしか測定ができないこと、電車の加重・振動を掛けた状態での測定ができないこと、印加用の電源が必要であること、印加するための低抵抗の接地手段が必要なこと、レールの切り離しという面倒な作業が必要なこと等の様々な問題があり、現実には殆ど実施することは困難である。従って、踏切部におけるレール底部の溶解状態を検査する現実的な方法はこれまでは実現していなかった。
【０００４】
ところで、電気鉄道の分野においてはレールから発生する磁場を簡単に調べる方法の開発が求められていたが、特開２００２−２６７６９３号公報（特許文献１）に開示された電流計測システムは、この求めに応じるものとして注目されている。この電流計測システムは、レールの近傍に磁力計を配置し、磁力計で計測した磁場の強さからレールに電流が流れていない状態での磁力計位置の強さを差し引いた値と、レールの断面形状の各部分に流れる電流で決まる磁力計位置の磁場の強さとが等しくなるときのレールの各部分に流れる電流の合計を算出して、レールに流れる電流を計測する処理装置を備えた電流計測システムである。これは、レールなどの断面形状が一定の導電体に流れる電流を非接触で容易に計測できる電流計測システムである。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２６７６９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、電車の加重・振動を掛けた状態で踏切部などの電食の状態を判定する簡単な構成のレールの電食状態判定システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決するために、外乱磁場の発生源となる直流電流線が複数存在する鉄道線路において、磁気センサの利用が可能か否かを実地検証した。即ち、測定対象となるレールと対になるもう一方のレールからの発生磁場を調べた。その結果、前記発生磁場は測定値の０．９％程度の誤差要因となりうることが分かった。その他の電流線の影響についても検討した結果、外乱磁場の影響は大きく見積もっても２％以内であることを確認した。
【０００８】
上述の実地検証の結果に基づいて、レールの電食状態を検査すべき箇所の一端に且つレールの真下に設置した第一磁気センサの検出信号から交流分を除去して第一検出信号を取り出した。また、レールの電食状態を検査すべき箇所の他端に且つレールの真下に設置した第二磁気センサの検出信号から交流分を除去して第二検出信号を取り出した。そして、信号処理装置によって、第一検出信号と第二検出信号の差の信号を算出し、この差の信号に基づいて電食状態を検査すべきレール箇所の漏洩電流値を演算した。そして、前記漏洩電流値によって、電食状態を判定するようにした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、電車の加重・振動を掛けた状態で踏切部などの電食の状態を判定する簡単な構成のレールの電食状態判定システムである。従って、本発明により、地下トンネルや踏切部におけるレールの電食状態を判定するシステムが初めて実用化された。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明を実施するための最良の形態は、レールの電食状態を検査すべき箇所の両端に且つレールの真下に設置された第一磁気センサと第二磁気センサ、第一磁気センサの検出信号から交流分を除去して第一検出信号を出力する第一フィルタ、第二磁気センサの検出信号から交流分を除去して第二検出信号を出力する第二フィルタ、及び第一検出信号と第二検出信号の差信号に基づいて電食状態を検査すべきレール箇所の漏洩電流値を算出する信号処理装置とで構成されたレールの電食状態判定システムである。
【実施例１】
【００１１】
図１に示す本発明の実施例１のレールの電食状態判定システムは、レールの電食状態を検査すべき箇所が踏切部であるシステムである。即ち、レール１の踏切部３の一端１ａに且つレール１の真下には第一磁気センサ４が設置されている。且つ、レール１の踏切部３の他端１ｂに且つレール１の真下には第二磁気センサ５が設置されている。第一磁気センサ４の検出信号は第一フィルタ６に入力され、第一フィルタ６は前記検出信号から交流分を除去して第一検出信号Ｈ１を出力する。第二磁気センサ５の検出信号は第二フィルタ７に入力され、第二フィルタ７は前記検出信号から交流分を除去して第二検出信号Ｈ２を出力する。第一検出信号Ｈ１と第二検出信号Ｈ２は信号処理装置の信号処理部８に入力され、信号処理部８はこれら検出信号Ｈ１とＨ２を演算処理し、踏切部３のレール１からの漏洩電流値ｉアンペアを算出する。漏洩電流値ｉアンペアは出力部９で表示され、又はプリントされる。検査員は、出力部９で表示され、又はプリントされた漏洩電流値ｉアンペアから、踏切部３のレール１の電食状態を判定する。レール１の一端１ａと他端１ｂの距離は、踏切部３の幅を少し超える程度である。
【００１２】
第一磁気センサ４と第二磁気センサ５は、特許文献１に開示されているような電流計測システムを構成する磁力計と同様の磁気センサを用いることができる。即ち、市販のフラックスゲート型磁気センサを採用できる。これらの磁気センサ４、５をレール１の真下の決められた位置に確実に且つ容易に固定するために、固定治具が用いられる。この固定治具はレールに電気的な影響を与えないように、絶縁体であるベークライトで作成されている。５０Ｎレール、６０Ｎレール等、断面形状が異なるレールに対応するために、前記固定治具は各レールの種類に応じてセンサの取り付け位置を調整できるように構成されている。図２は、第一磁気センサ４が固定治具４ａに収納されて、レール１の真下に配置されている概要の断面図である。第二磁気センサ５も第一磁気センサ４と同様に、固定治具に収納されてレール１の真下に配置される。
【００１３】
レール１には通常は信号電流等の交流電流が流れている。そこで、直流８４０アンペアを通電中のレールに交流１０アンペア（ピークとピークでは３０アンペア）を重畳した際における測定値は、直流８４０アンペアを境にして上限値８６０アンペア、下限値８３０アンペアの三角波が重畳した電流値が出力された。第一フィルタ６は、信号電流等の交流電流による磁界の影響が含まれた第一磁気センサ４の検出信号から交流分であるノイズを除去するためのものである。同様に、第二フィルタ７は、信号電流等の交流電流による磁界の影響が含まれた第二磁気センサ５の検出信号から交流分であるノイズを除去するためのものである。
【００１４】
信号処理装置は信号処理部８と出力部９で構成されている。信号処理部８には、第一磁気センサ４の検出信号を第一フィルタ６で交流分を除去した第一検出信号Ｈ１と、第二磁気センサ５の検出信号を第二フィルタ７で交流分を除去した第二検出信号Ｈ２が入力される。
【００１５】
ここで、電車が図の右側から左側の方向に走行するものとし、直流８４０アンペアがレール１に通電されているとする。すると、踏切３のレールの一端１ａにおいてレール１の真下に配置されている第一磁気センサ４の検出信号を第一フィルタ６で交流分を除去した第一検出信号Ｈ１は直流８４０アンペアに対応した磁界値である。そして、踏切３のレールの他端１ｂにおいてレール１の真下に配置されている第二磁気センサ５の検出信号を第二フィルタ７で交流分を除去した第二検出信号Ｈ２は直流８４０アンペアから漏洩電流ｉアンペアを差し引いた電流値（８４０−ｉ）アンペアに対応した磁界値である。これらの第一検出信号Ｈ１と第二検出信号Ｈ２は、電車の加重・振動を掛けた状態での測定値である。
【００１６】
信号処理部８は、第一検出信号Ｈ１と第二検出信号Ｈ２の差の信号（Ｈ１−Ｈ２）を算出する。電流Ｉと磁界Ｈの関係はＩ＝ｋＨで表される。但し、ｋは定数である。従って、算出された差の信号（Ｈ１−Ｈ２）に対応する電流値は容易に算出される。そして、算出された電流値は、漏洩電流値ｉアンペアそのものである。
【００１７】
信号処理装置の出力部９は、漏洩電流値ｉアンペアを液晶パネルに表示し、又はプリンタでプリントする。検査員は、出力部９で表示され、又はプリントされた漏洩電流値ｉアンペアから、踏切部３のレール１の電食状態を判定する。
【００１８】
以上、本発明を踏切部のレールに適用した実施例を説明したが、本発明は地下トンネル部のレールに同様に適用することができる。また、実施例１において、踏切部３の一対のレールの一方のレール１の漏洩電流だけでなく、他方のレール２の漏洩電流も同様に測定することができることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施例の構成を示した図である。
【図２】磁気センサのレールの真下への取り付け方法の一例を示した断面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１、２ レール
３ 踏切部
４ 第一磁気センサ
５ 第二磁気センサ
６ 第一フィルタ
７ 第二フィルタ
８ 信号処理部
９ 出力部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レールを流れる電流が大地に漏れることによってレール自体に発生する電食の状態を判定するシステムに関し、特に地下トンネルや踏切部におけるレールの電食状態を判定するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電気鉄道においては、レールからの漏洩電流によりレール自体や埋設管等に電食が発生する。電食は金属が電気分解し溶解する現象であり、漏水の多い地下トンネル部、踏切部のレールに多く発生する。このため、地下トンネルではレール本体およびレール締結装置が溶解するため、短期間でのレール交換が必要となる。踏切部ではレールが大地と接触する箇所に漏洩電流が集中するため、レール底部が溶解する。ところが、踏切部の構造上、レールを取り外して調べることができない。従って、溶解が生じているレール底部の箇所も発見することができないため、レール折損まで至ってしまうという問題がある。
【０００３】
そこで、レールを取り外さないで踏切部におけるレール底部の溶解状態を検査する方法の開発が求められてきた。この求めに応じて提案された１つの検査方法は、検査対象の踏切部のレールを両端で切り離し、切り離したレールの両端に電圧を印加して漏洩電流を調べる方法である。しかしながら、この検査方法は電車の営業終了後の時間帯でしか測定ができないこと、電車の加重・振動を掛けた状態での測定ができないこと、印加用の電源が必要であること、印加するための低抵抗の接地手段が必要なこと、レールの切り離しという面倒な作業が必要なこと等の様々な問題があり、現実には殆ど実施することは困難である。従って、踏切部におけるレール底部の溶解状態を検査する現実的な方法はこれまでは実現していなかった。
【０００４】
ところで、電気鉄道の分野においてはレールから発生する磁場を簡単に調べる方法の開発が求められていたが、特開２００２−２６７６９３号公報（特許文献１）に開示された電流計測システムは、この求めに応じるものとして注目されている。この電流計測システムは、レールの近傍に磁力計を配置し、磁力計で計測した磁場の強さからレールに電流が流れていない状態での磁力計位置の強さを差し引いた値と、レールの断面形状の各部分に流れる電流で決まる磁力計位置の磁場の強さとが等しくなるときのレールの各部分に流れる電流の合計を算出して、レールに流れる電流を計測する処理装置を備えた電流計測システムである。これは、レールなどの断面形状が一定の導電体に流れる電流を非接触で容易に計測できる電流計測システムである。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２６７６９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、電車の加重・振動を掛けた状態で踏切部などの電食の状態を判定する簡単な構成のレールの電食状態判定システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決するために、外乱磁場の発生源となる直流電流線が複数存在する鉄道線路において、磁気センサの利用が可能か否かを実地検証した。即ち、測定対象となるレールと対になるもう一方のレールからの発生磁場を調べた。その結果、前記発生磁場は測定値の０．９％程度の誤差要因となりうることが分かった。その他の電流線の影響についても検討した結果、外乱磁場の影響は大きく見積もっても２％以内であることを確認した。
【０００８】
上述の実地検証の結果に基づいて、レールの電食状態を検査すべき箇所の一端に且つレールの真下に設置した第一磁気センサの検出信号から交流分を除去して第一検出信号を取り出した。また、レールの電食状態を検査すべき箇所の他端に且つレールの真下に設置した第二磁気センサの検出信号から交流分を除去して第二検出信号を取り出した。そして、信号処理装置によって、第一検出信号と第二検出信号の差の信号を算出し、この差の信号に基づいて電食状態を検査すべきレール箇所の漏洩電流値を演算した。そして、前記漏洩電流値によって、電食状態を判定するようにした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、電車の加重・振動を掛けた状態で踏切部などの電食の状態を判定する簡単な構成のレールの電食状態判定システムである。従って、本発明により、地下トンネルや踏切部におけるレールの電食状態を判定するシステムが初めて実用化された。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明を実施するための最良の形態は、レールの電食状態を検査すべき箇所の両端に且つレールの真下に設置された第一磁気センサと第二磁気センサ、第一磁気センサの検出信号から交流分を除去して第一検出信号を出力する第一フィルタ、第二磁気センサの検出信号から交流分を除去して第二検出信号を出力する第二フィルタ、及び第一検出信号と第二検出信号の差信号に基づいて電食状態を検査すべきレール箇所の漏洩電流値を算出する信号処理装置とで構成されたレールの電食状態判定システムである。
【実施例１】
【００１１】
図１に示す本発明の実施例１のレールの電食状態判定システムは、レールの電食状態を検査すべき箇所が踏切部であるシステムである。即ち、レール１の踏切部３の一端１ａに且つレール１の真下には第一磁気センサ４が設置されている。且つ、レール１の踏切部３の他端１ｂに且つレール１の真下には第二磁気センサ５が設置されている。第一磁気センサ４の検出信号は第一フィルタ６に入力され、第一フィルタ６は前記検出信号から交流分を除去して第一検出信号Ｈ１を出力する。第二磁気センサ５の検出信号は第二フィルタ７に入力され、第二フィルタ７は前記検出信号から交流分を除去して第二検出信号Ｈ２を出力する。第一検出信号Ｈ１と第二検出信号Ｈ２は信号処理装置の信号処理部８に入力され、信号処理部８はこれら検出信号Ｈ１とＨ２を演算処理し、踏切部３のレール１からの漏洩電流値ｉアンペアを算出する。漏洩電流値ｉアンペアは出力部９で表示され、又はプリントされる。検査員は、出力部９で表示され、又はプリントされた漏洩電流値ｉアンペアから、踏切部３のレール１の電食状態を判定する。レール１の一端１ａと他端１ｂの距離は、踏切部３の幅を少し超える程度である。
【００１２】
第一磁気センサ４と第二磁気センサ５は、特許文献１に開示されているような電流計測システムを構成する磁力計と同様の磁気センサを用いることができる。即ち、市販のフラックスゲート型磁気センサを採用できる。これらの磁気センサ４、５をレール１の真下の決められた位置に確実に且つ容易に固定するために、固定治具が用いられる。この固定治具はレールに電気的な影響を与えないように、絶縁体であるベークライトで作成されている。５０Ｎレール、６０Ｎレール等、断面形状が異なるレールに対応するために、前記固定治具は各レールの種類に応じてセンサの取り付け位置を調整できるように構成されている。図２は、第一磁気センサ４が固定治具４ａに収納されて、レール１の真下に配置されている概要の断面図である。第二磁気センサ５も第一磁気センサ４と同様に、固定治具に収納されてレール１の真下に配置される。
【００１３】
レール１には通常は信号電流等の交流電流が流れている。そこで、直流８４０アンペアを通電中のレールに交流１０アンペア（ピークとピークでは３０アンペア）を重畳した際における測定値は、直流８４０アンペアを境にして上限値８６０アンペア、下限値８３０アンペアの三角波が重畳した電流値が出力された。第一フィルタ６は、信号電流等の交流電流による磁界の影響が含まれた第一磁気センサ４の検出信号から交流分であるノイズを除去するためのものである。同様に、第二フィルタ７は、信号電流等の交流電流による磁界の影響が含まれた第二磁気センサ５の検出信号から交流分であるノイズを除去するためのものである。
【００１４】
信号処理装置は信号処理部８と出力部９で構成されている。信号処理部８には、第一磁気センサ４の検出信号を第一フィルタ６で交流分を除去した第一検出信号Ｈ１と、第二磁気センサ５の検出信号を第二フィルタ７で交流分を除去した第二検出信号Ｈ２が入力される。
【００１５】
ここで、電車が図の右側から左側の方向に走行するものとし、直流８４０アンペアがレール１に通電されているとする。すると、踏切３のレールの一端１ａにおいてレール１の真下に配置されている第一磁気センサ４の検出信号を第一フィルタ６で交流分を除去した第一検出信号Ｈ１は直流８４０アンペアに対応した磁界値である。そして、踏切３のレールの他端１ｂにおいてレール１の真下に配置されている第二磁気センサ５の検出信号を第二フィルタ７で交流分を除去した第二検出信号Ｈ２は直流８４０アンペアから漏洩電流ｉアンペアを差し引いた電流値（８４０−ｉ）アンペアに対応した磁界値である。これらの第一検出信号Ｈ１と第二検出信号Ｈ２は、電車の加重・振動を掛けた状態での測定値である。
【００１６】
信号処理部８は、第一検出信号Ｈ１と第二検出信号Ｈ２の差の信号（Ｈ１−Ｈ２）を算出する。電流Ｉと磁界Ｈの関係はＩ＝ｋＨで表される。但し、ｋは定数である。従って、算出された差の信号（Ｈ１−Ｈ２）に対応する電流値は容易に算出される。そして、算出された電流値は、漏洩電流値ｉアンペアそのものである。
【００１７】
信号処理装置の出力部９は、漏洩電流値ｉアンペアを液晶パネルに表示し、又はプリンタでプリントする。検査員は、出力部９で表示され、又はプリントされた漏洩電流値ｉアンペアから、踏切部３のレール１の電食状態を判定する。
【００１８】
以上、本発明を踏切部のレールに適用した実施例を説明したが、本発明は地下トンネル部のレールに同様に適用することができる。また、実施例１において、踏切部３の一対のレールの一方のレール１の漏洩電流だけでなく、他方のレール２の漏洩電流も同様に測定することができることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施例の構成を示した図である。
【図２】磁気センサのレールの真下への取り付け方法の一例を示した断面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１、２ レール
３ 踏切部
４ 第一磁気センサ
５ 第二磁気センサ
６ 第一フィルタ
７ 第二フィルタ
８ 信号処理部
９ 出力部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レールの電食状態を検査すべき箇所の両端に且つレールの真下に設置された第一磁気センサと第二磁気センサ、第一磁気センサの検出信号から交流分を除去して第一検出信号を出力する第一フィルタ、第二磁気センサの検出信号から交流分を除去して第二検出信号を出力する第二フィルタ、及び第一検出信号と第二検出信号の差信号に基づいて電食状態を検査すべき箇所の漏洩電流値を算出する信号処理装置とで構成されたレールの電食状態判定システム。
【請求項２】
電食状態を検査すべきレール箇所は踏切部であることを特徴とする請求項１のレールの電食状態判定システム。
【請求項３】
電食状態を検査すべきレール箇所は地下トンネル部であることを特徴とする請求項１のレールの電食状態判定システム。
【請求項１】
レールの電食状態を検査すべき箇所の両端に且つレールの真下に設置された第一磁気センサと第二磁気センサ、第一磁気センサの検出信号から交流分を除去して第一検出信号を出力する第一フィルタ、第二磁気センサの検出信号から交流分を除去して第二検出信号を出力する第二フィルタ、及び第一検出信号と第二検出信号の差信号に基づいて電食状態を検査すべき箇所の漏洩電流値を算出する信号処理装置とで構成されたレールの電食状態判定システム。
【請求項２】
電食状態を検査すべきレール箇所は踏切部であることを特徴とする請求項１のレールの電食状態判定システム。
【請求項３】
電食状態を検査すべきレール箇所は地下トンネル部であることを特徴とする請求項１のレールの電食状態判定システム。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−２５８４９４（Ｐ２００６−２５８４９４Ａ）
【公開日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−７３６６２（Ｐ２００５−７３６６２）
【出願日】平成１７年３月１５日（２００５．３．１５）
【出願人】（０００１７３７８４）財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１５日（２００５．３．１５）
【出願人】（０００１７３７８４）財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Ｆターム（参考）】
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