鉄道インフラの高電圧試験（オーストリア）

⾼電圧試験⾞（HPA）は、鉄道保守用に特別に設計された移動式試験装置です。ÖBB-Infrastruktur AG社は、HPAを使用することで、オーストリア全⼟の鉄道における電気インフラの電⼒供給の機能性と安全性を確認することができます。しかし試験⾞には計測機器の近代化が必要であり、DEWESoft社は柔軟で使いやすいソリューションを提供しました。

オーストリア鉄道インフラのエネルギー網は発電所，周波数変換器，制御センタ，牽引電流線，変電所など、広範囲にわたります。電気は目に⾒えず、⾳もなく、匂いもなく危険です。15,000ボルトもの⾼電圧に近づきすぎると、命の危険にさらされます。鉄道事業者にとって、安全は最優先事項です。

顧客について

ÖBB-Infrastruktur AGは、オーストリア共和国が所有するÖBB-Holding AGの一部です。約18,700人の従業員を擁する同社は、ÖBBの鉄道インフラ全体（駅，路線，建物，ターミナル，通信システム，環境に配慮した鉄道のための⽔⼒発電所など）の計画，開発，保守、運営を⾏っています。

インスブルックの中央制御局は、牽引電流供給，発電所，そして55/110 kV牽引電⼒網の制御，調整，監視を⾏っています。そこから、発電所と周波数変換器の機器配置は、鉄道網の負荷状況に応じて集中制御され、専用ソフトウェアを使用して最適化されます。15 kV牽引電流網は、2つのエネルギー制御センタで管理されています。

ÖBBインフラストラクトゥールAGの牽引電⼒網は、発電機，牽引電⼒線，変圧器，架線で構成され、総延⻑は2,000キロメートルを超え、周波数は16.7Hzです。この電⼒網は、発電所と周波数変換器から変電所へと電⼒を配電します。60以上の変電所は、牽引電⼒線の55kVまたは110kVを架線用の15kVに変換し、鉄道に電⼒を供給しています。

OBB⾼電圧試験⾞両

課題

電気試験は、鉄道関連の新規および改良された電気システムの安全性と信頼性を証明するために不可⽋であるだけでなく、⾼額な費用がかかる故障を予測し、防⽌するためのツールでもあります。特殊鉄道⾞両の主な用途は、接地コンセプトの電気的安全性の検証と⾼電流コンポーネントの試験です。

ÖBB試験⾞両HPA（「Hochspannungsprüfanlage」、⾼電圧試験設備）は、低床貨⾞をベースとした鉄道⾞両です。試験設備は、遮断器，電源スイッチ，試験用変圧器，防爆試験キャビンおよび運転席で構成されています。 この作業には、危険な⾼電圧環境での取り扱いに伴うリスクを認識した⾼度なスキルを持つスタッフが必要です。

HPAは約20年前のものであるため、ハードウェアとソフトウェアは⽼朽化していました。これまで使用していた計測ソフトウェアは古いオペレーティングシステムでしか動作しませんでした。古いカメラは使用可能な動画を提供できず、ソフトウェアとの統合も不可能でした。

計測技術全体の刷新が必要でした。部品試験はこれまで外注していましたが、再びÖBBが直接実施する必要がありました。さらに、新しいプロセスでは、計測と校正の文書化に対する要求がさらに⾼まっていました。

⾼電圧試験⾞両の構成

電気接地の検証

鉄道の複雑な電気システムには、ネットワーク全体にわたる適切な接地と接合が必要です。適切な接地システムの⽋如は、沿線機器の損傷リスクを⾼めるだけでなく、鉄道作業員や一般市⺠にとって深刻な安全リスクをもたらします。

電気エネルギーは接地システムに放散される必要があります。そうしないと、電流が本来あるべきでない場所に迷⾛し、人が触れたり、踏んだりして怪我をする可能性があります。適切な接地と接合が⾏われていない場合、ネットワーク内の露出した⾦属が存在するあらゆる場所で迷⾛電流が発⽣する可能性があります。特に⾞両の牽引⼒が⾼電圧である交通網では、迷⾛電流は鉄道作業員や一般市⺠を危険にさらす他の危険を引き起こす可能性があります。

特に、第三軌条（サードレール）で給電されるネットワークは、燃焼の火種となり可燃性破片に引火する電気アーク事故による火災の影響を受けやすい。アークフラッシュ火災の原因は様々ですが、不適切な接地や接合がこれらの事故の一因となり、壊滅的な被害をもたらす可能性があります。

鉄道ネットワーク内のいくつかのコンポーネントでは通常、接地と接合が必要です。

• レール
• 架線と接触レール（第三軌条）
• 沿線設備（連動装置，ポイント切替機，中間信号機など）
• ネットワーク全体の電気/電子機器の筐体
• 通信塔とマイクロ波設備
• 踏切
• 建物とサポート施設
• ⾞載⾞両

ÖBB-Infrastrukturは電気接地システムの機能を検証する必要がありました。この試験は、新設または改修されたすべての架線および鉄道駅，ならびに運用区域，鉄筋コンクリート構造物，工学構造物，防⾳壁において実施する必要がありました。

この検証は、規格 EN 50122-1:2017 - 鉄道用途 - 固定設備 - 電気安全、接地および帰路回路 - パート 1: 感電に対する保護規定に準拠しています。

この試験では対象となる伝達経路はセグメントが閉じられ、主電源網から電気的に分離されます。ループは接地棒によって規定の位置（エラーポイント1、エラーポイント2）で閉じられます。モバイル変圧器は16.7Hzの定電流試験電流を架線に誘導し、レールとアース間の接触電位を測定します。その他の計測ポイントは、駅の床⾯、レールに近い⾦属製フェンスなどです。

2.2kΩの抵抗器が人体の電気抵抗を模擬します。試験電流を接地構造の様々な要素に分配しながら、インフラの様々な地点における接触電位を計測し、その合計値を確認します。

さらに、試験電流をオン／オフした状態で、ACソケットの中性線（N）とアース線（PE - 保護接地線）間の電圧を計測します。これにより、逆⽅向の牽引電流抵抗を解析できます。 制限レベル（および時間）が定義されています。試験中は電流と電圧が継続的に計測されます。屋外の気象観測所では、実際の気象条件が記録されます。

⾼電流コンポーネントのテスト

⾼電流試験システムは、架線系統の機器およびコンポーネント（ケーブル，発電機固定子，開閉セルなど）の機械的および熱的安定性を確認するために使用されます。試験システムは電流を誘導することで試験対象は加熱します。そのため、試験対象は短絡状態になるように準備されます。そして、電流に加えて、⾼電流試験システムは試験対象の温度を様々なポイントで計測します。

これらの試験は、鉄道線路システムのコンポーネントの機械的強度と熱的強度を検証するものです。これらのコンポーネント試験は、 ÖBBが運転中の発熱が許容範囲を超える値を超えないこと、およびシステム内のすべてのコンポーネントが必要な短絡電流に耐 えられることを確認するために不可⽋です。

変圧器は非常に⾼い電流を供給できるため、鉄道インフラ機器の⾼電流試験も重要な用途の一つです。例えば、30kAを1秒間通電する「ショートカット試験」や、1000Aを数時間通電する「加熱試験」などが挙げられます。

接地ソケットやコネクタなどのコンポーネントは、インフラから取り外され、⾼電流を流して機械的および電気的耐久性を確認します。コンポーネントは、動作電流でポータブル定電流源を用いて数時間にわたる初期⻑期試験に合格する必要があります。その後、温度プロファイルが記録されます。

次に、コンポーネントの短絡耐性を試験するために、試験対象物を試験変圧器に接続し、約1秒間、⾼試験電流（30kA）を流して試験します。HPAは、温度，電流，電圧の曲線を記録します。また、試験中の試験対象物のビデオ録画も⾏います。すべての計測は同期して⾏われるため、⾼いサンプリングレートが問題となります。

気象条件や試験対象物のサイズに応じて、試験チームは防爆試験キャビンの屋外または屋内で試験を実施できます。

これらの試験は、鉄道インフラを構成するすべてのコンポーネントの信頼性と安全性を確保し、稼働停⽌時間を削減するために不可⽋です。列⾞の定刻運⾏は、顧客満⾜の前提条件です。

30kAでのコンポーネントテスト失敗事例

23kAでの短絡コンポーネントテストが成功した計測画⾯

DEWESoftの提案

DEWESoft社は、ÖBB⾼電圧試験設備の計測技術の近代化の要件を満たすソリューションを提供しました。

ハードウェア

• SIRIUS HS ⾼速データロガー（1MHzの⾼電圧および低電圧⼊⼒に対応）
• KRYPTONi-8xDI-8xDO デジタル⼊出⼒用 ⼩型堅牢IP67
• KRYPTONi-1xTH-HV　⾼絶縁温度モジュール
• MCTS⾼精度電流トランスデューサ
• 最大30 kAのロゴスキーコイル
• RS232インタフェースによる室内温度/湿度センサ
• Vaisala社製気象ステーションWXT536（風速・風向，⾬量，気温，気圧，相対湿度）屋外用
• DS-CAM-600c オンボード圧縮機能付き同期ギガビット イーサネット カメラ (オプション: サーマル カメラ)
• 各種取り付けキット

関連ページ

ソフトウェア

• DewesoftX Profesional 基本バージョン（インストールフリー）
• Dewesoft SERIALCOMプラグイン: RS232温度/湿度センサとの通信用
• Dewesoft NMEA-WSプラグイン: Vaisala気象ステーションとの通信用

関連ページ

SIRIUSとKryptonユニットを制御キャビン/テストキャビン内に設置

試験キャビン内には⾼絶縁温度計測用のKRYPTON-TH-HVモジュールを4ユニット設置

全ての設置が完了し、試験室のドアは閉められました。試験のため、チームはいくつかの⾦属片に30kAの電流を流しました。目的は、信号の妥当性を確認し、⾼速度カメラの視野角を最適化することでした。

制御システムは、たとえば 16.7 Hz の正弦波の 90° 位相点で正確にオンに切り替えることができるため、テスト チームは回路スイッチの時間遅延を測定することにも興味を持っていました。

50kAの⾼電流トランスデューサはキャビン内の試験台に設置され、電⼒は変圧器から⻩⾊の⾦属棒を通して供給

⾼精度回路遮断器の制御盤

結果

ÖBB-Infrastruktur AG社は、当社データロガーシステムを外部デジタル⼊⼒、または⼆次電流が存在する場合はプリトリガ時間を設定し手動で収録できることを要求していました。DewesoftX 標準トリガ収録機能は、この要件を実現しました。

DewesoftXでは、データ，時間，さらにはFFTリファレンスカーブなど複数パラメータでトリガ収録できます。トリガ条件を設定することで、イベントが発⽣した場合にのみ⾼速でデータが保存され、ディスク容量を大幅に節約できます。

さらに、⾼速ビデオデータ，電流，電圧，⾼絶縁温度，デジタル⼊出⼒，RS232などのバスデータなど、アナログデータと他の信号の同期取得もユーザの要求を十分に満たしていました。直感的なユーザインタフェースと、追加のソフトウェアライセンスなしでデータを解析する機能により、ÖBB-Infrastruktur AGの日常業務は大幅に簡素化されました。

ÖBBの計測を担当するサービス会社は、「Dewesoftシステムはすべての要件を満たしていました。さらに、将来の業務にも活用できる機能も備わっています。このユニークなインフラ試験⾞両の計測システムが、再び最先端の技術に戻ったことを嬉しく思います。」と結論付けています。