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n221k

Author:n221k
221系が好きな鉄道ファンです。

高校生の頃に写真部に入部して鉄道写真を撮り始め、撮った写真をアップするためにブログを始めました。

大学時代はアルバイトで貯めたお金で遠征を楽しみ、就職してからは鉄道模型にも手を出して・・・
仕事も鉄道員さんを目指していましたが、夢はかなわずとも、違う形で鉄道に携われる仕事を頑張ってます。

そんな社会人4年生のブログです。







コメント、大歓迎。
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※コメント欄を掲示板のように利用する事を禁止します。管理人が不適切だと思うコメント等は容赦なく削除させて頂きます。
また、当サイトに掲載されている写真の転載等は固くお断り致します。

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理由も無く・・・インピーダンスボンド!

こんばんは。






DSCF1035.jpg


2週間ほど前に行った三原遠征の途中、新尾道駅の新幹線ホームにてコンデジで撮影しました。
線路と線路の間にある、2つの箱・・・みなさんも、見かけた事はありませんか?






DSCF1035 (2)


トリミングしてみました。
この白い箱、インピーダンスボンドと呼ばれる一種のトランス(変圧器)です。





今回は(←も)気分で、このインピーダンスの仕組みでも見てみようかと思いますb













CA3A4560.jpg

今回も、この1冊を参考にしています。

実は、今回インピーダンスボンドをとり上げた理由なのですが、このRRRでたまたまインピーダンスボンドの写真が掲載されているページを見かけ、名前と役割を知ってからホームで列車を待つ時や、車内からの景色を眺めている時に、このインピーダンスボンドを意識するようになったので、詳しく仕組みを見てみる事にしたからです。



そんなに深く追求はしませんから、あいまいな表現になりがちになるかと思います。
予めご了承のほど、お願いしますm(_ _)m

また、間違いなどありましたら、ご指摘頂けると嬉しいです。











1、軌道回路

鉄道には、軌道(レール)に電流を流して車両によって電気の流れが変わることを利用して、車両を検知する方法があります。軌道を電気回路の一部として使う方法なので軌道回路と呼ばれます。

列車を安全に運行させるために、信号機や転てつ機などを制御しますが、その制御はこの車両検知に基づいているため、車両を検知するという事は、列車の安全に非常に重要な役割を担っています。



そんな軌道回路ですが、今回はメインじゃないので原理を軽くだけご紹介させて頂きます。



軌道回路の原理 1

軌道回路1の図のように、レールに電圧をかけて電流を流します。
レール上になにもなければ、電源から電球まで電流が届き、電球は点灯します。







軌道回路の原理 2

軌道回路2のように、レール上に車両が存在し、車軸が2本のレール上を結んだ時を考えます。車輪や車軸は鉄で出来ているので、電流が流れます。この場合、普通は電球と比べて鉄の車輪や車軸の方が電気抵抗が非常に小さいため、電球には電流が流れません。
つまり、電球が消えている区間に車両が存在するという事が分かります。


車軸を電流が流れる場合、電球のように電力を大きく消費するものがないので、短絡と同じ事だと思います。だからもし実験するなら、上のイラストのままを再現するのは危険かもしれません。
やるとすれば・・・そうですね、電源のすぐ横に抵抗器を接続し、電球の代わりにLEDでも使えばきっと安全に実験が出来るのではないでしょうか。車軸で短絡しても、抵抗器が消費してくれますからね。

機会があればNゲージなどでやってみたいですね。








軌道回路の原理 3


原理はだいたい理解して頂けたかと思います。
ちなみに実際の軌道回路では軌道回路3のように、送信器と受信器で構成されているようです。電球の代わりの受信器は、リレーや電子回路で構成されているそうです。




ちなみに、この軌道回路の原理では、車両の詳細な位置や速度までは検出することはできないし、送受信器への電源を供給すための配線を始め、運行管理システム等への車両の検知結果を伝えるための配線も必要で、設備が広範囲に及んでいるので、保守に手間がかかるなど、課題もあります。
しかし、仕組みが簡易であるため、ある区間内での車両の有無の検知を低コストで実現する事が可能です。また、レール破断の検知能力も有するなど、いいところもあります。

※レールが破断すれば電気的に回路が断たれる事になり、受信器としてはそこに車両が存在するのと同じことになります。
軌道回路の一部であるレールに障害があった場合でも、その区間に列車を進入させないようになるので、結果として列車を危険から守る事になりますね。










2、帰線電流と軌道回路



軌道回路の列車を検知する区間ですが、短いものでは数十mほどで、一般的な駅中間では1~2kmほど、長いものでは5~6kmにもおよぶそうです。

軌道回路を設置する路線の環境や状況に応じて検知する区間の長さも変わるのでしょうね。たとえば過密な都心部と過疎な田舎とでも違うような気がします。列車がたまにしか来ないような場所に都心部と同じように区間を細かく区切り過ぎても使い道も限られるでしょうし、メンテが大変になるだけでしょうから・・・。
あくまで勝手な予想です。






さて、そんな軌道回路ですが、軌道を回路の一部として流れている電流は他にもあります。



例えば、帰線電流です。

帰線電流の話 1


帰線電流とは、帰線電流1の図のように、変電所から架線などを経て車両に流れてきた電流が、レールを流れて変電所まで帰って行く電流をいいます。一般的には帰線電流は軌道回路電流と同じレールを流れるので、帰線電流は軌道回路をまたがって変電所まで流れていく必要があるのです。



区間を比較的細かく区切らなければならない軌道回路電流に対して、比較的遠い変電所まで流してやらないといけない帰線電流・・・はたしてどうやって2つの電流を同じ軌道を流すのでしょうか?










気になりませんか?なりますよね?笑








帰線電流の話 2

帰線電流2の図で分かるように、上で軌道回路の原理の説明をするのに使用した図のままでは、帰線電流はレールを流れて変電所まで戻る事が出来ません。

そこで解決するのがインピーダンスボンド!・・・とその前に、他の方法をご紹介します。










3、単軌条式と複軌条式






軌道回路:単軌条式

単軌条式の図・・・そのままです、単軌条式という方法です。
原理の説明で使用した画像では、レール2本ともを区切っていましたが、片方は電気的に接続しておくことで、軌道回路の区間を壊すことなく、帰線電流を流してやる事が出来ます。









軌道回路:複軌条式 1

複軌条式1の図にあるのが・・・またまたそのまま、複軌条式と呼ばれる方法です。片方のレールだけ絶縁させて区切る単軌条式に対して、複軌条式は両方のレールを絶縁させて区間を作ります。
そして、ようやく今回の主役、インピーダンスボンドの登場です。赤い線で囲った部分がインピーダンスボンドに当たる部分です。図だけ見れば、ただのトランスにしか見えませんね。でも個人的には、ちょっと電流の流れ方がマニアックに思えました。


電流の流れに関しては後ほど・・・


比較して何となく分かると思いますが、単軌条式の方が仕組みが簡易ですよね。
ではなぜ複軌条式が存在するのか・・・。

それは、レールを流れて変電所まで戻る帰線電流がレールから受ける電気抵抗を半減させるためです。






帰線電流のレールによる抵抗

複軌条式1単軌条式を見較べれば、複軌条式の方がインピーダンス内を流れなければならないから、電気抵抗も大きいように思えますね。
しかし、複軌条式はレールから受ける抵抗を単軌条式のおよそ半分までに抑えられます。




レールと電気抵抗の図を見て下さい。
レールをただの電気抵抗に置き換えています。実際、レールは鉄で出来ているので、そこまで電気抵抗は大きくないですが、あくまでイメージです。

レールにも色々とばらつきがあるかも知れませんが、今は全て同じ電気抵抗を持つ事にしておきます。そういう事なので、電気抵抗のR1,R2,R3もそれぞれ抵抗値は等しいとします。

この場合、レール1本だけを流れて変電所へ戻る電気抵抗はR1となります。
次にレール2本を流れる場合はオームの法則から合成抵抗Rは・・・1/R=1/R2+1/R3となります。
この時R1=R2=R3なので・・・
1/R=1/R1+1/R1
1/R=2/R1
∴R=R1/2

理論上は半分ですが、材質等の誤差等でおよそ半分ということです。













軌道回路:複軌条式 2

複軌条式2では、軌道回路電流の流れを示しています。
送信器からインピーダンスボンド内にあるコイルに電流を流し、レールへ接続されているコイルに対して電磁誘導を利用して、誘導電流を作ります。それが再び受信器側のインピーダンスボンド内で電磁誘導を起こして受信器のある回路へ電流を誘起させて信号とします。

インピーダンスボンドが主役って言いながら、インピーダンスボンド内で起きている電磁誘導に関するイラストを用意するのを忘れましたが、電磁誘導くらいご存じですよね・・・?
確か中学の時に理科で習った・・・と思うのですが、どうでしょう。








軌道回路:複軌条式 3

複軌条式3では、帰線電流の流れを表しています。
2本のレールを流れている帰線電流が軌道回路の境界を通るたびに、インピーダンスボンド内で合流し、再び2本のレールへ半分に分かれて流れていきます。
コイルのちょうど真ん中でインピーダンスボンド同士を接続しているので、帰線電流はおよそ半分に分かれ、また電磁誘導もお互いに打ち消すため、送信器や受信器への妨害も抑えられています。

実際は2本のレールに必ずしも均等に電流が別れるわけではなく、差が生じます。この差を完全に打ち消すことが出来ないので、その差が受信器に伝わり、帰線電流の周波数が軌道回路電流の周波数と同じになった場合、誤作動を起こす可能性があります。VVVF制御車などは特に、半導体素子のON-OFFの仕方によっては軌道回路の周波数と同じになるので、その電流が大きくなると車両の検知が出来なくなると懸念されています。
現在では、新型車両を製作する際には軌道回路への影響も考慮しているそうです。










4、余談



DSCF0760_20100925032614.jpg

田端駅、京浜東北線ホームにて。



日頃、自分で撮った写真に一言二言だけそえて終わりっていう記事が多い僕ですが、今回は気分で慣れないことをしました。文章を書くって難しいです。

僕なりに、少しでも分かりやすく伝えようと努力して書いたつもりでしたが、いかがでしたか。
分かりにくい点などありましたら、教えて頂けるとありがたいですm(_ _)m





今回、本当にたまたまとりあげたインピーダンスボンドですが、他にも目立たないけど重要な設備って、きっとたくさんあるのでしょうね。
信号機みたいに煌びやかな光を放つわけでも、踏切や分岐器みたいに音や動きもなく、見ていても何も面白くないインピーダンスボンドですが、電車を運行させるために非常に重要な役割をしているという事が、少しでも伝われば・・・と思います。


鉄道を使ったお出かけ先や、または過去に撮った写真の整理などをする時にインピーダンスボンドを見かける事があれば、『あぁ、これか!』なんて言って思いだして頂けると嬉しいです。






まずい、土日バイトなのに、いつの間にかもうこんな時間・・・!!
やっぱり慣れないことなんてするものじゃないですね・・・笑










おやすみなさい!


電気チック | 03:48:37 | Trackback(0) | Comments(0)
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