北陸新幹線 新軽井沢き電区分所の異周波数切替セクション


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 北陸新幹線は,上越新幹線の高崎から長野,上越,富山,金沢,福井,敦賀を経由して大阪までを結ぶ路線(ただし敦賀~大阪間はルート未定)で,2015年3月14日現在は高崎~金沢間が開業しています.

 北陸新幹線の特徴の一つとして,ルートの途中で電源周波数が50Hz⇔60Hzの間で切り替わることが挙げられます.最初に開業した東海道新幹線も静岡県の富士川を境に商用電源の周波数が変わりますが(東側が50Hz~西側が60Hz),当時は車両側での両周波数対応が困難であったこともあり,50Hz地域内では東京電力から受電した50Hzの電力を専用の周波数変換変電所で60Hzに変換しており,列車に供給される電源としては全線60Hzで統一されています.一方,その後の技術の進歩で車両側での両周波数対応が可能になったことから,北陸新幹線では電源周波数の切り替えが行われることとなりました.しかも,ルートの関係で下り列車の場合では高崎(東京電力50Hz)→長野(中部電力60Hz)→上越(東北電力50Hz)→富山(北陸電力60Hz)と3回も切り替わることになります.

実際に異周波数の境界となっているのがき電区分所で,そのうち最も起点側にあるのが軽井沢-佐久平間の新軽井沢き電区分所です.(他の2ヶ所は上越妙高-糸魚川間の新高田き電区分所および糸魚川-黒部宇奈月温泉間の新糸魚川き電区分所).これらのき電区分所は,基本的な構造は新幹線において異相区分のために設置されている異相区分切替セクションと類似した構成になっていますが,周波数の異なる電源同士が混触すると大きな事故となるため,専用に開発された保護装置が設置されているほか,異周波数の誘導電流がATC信号に妨害を及ぼさないよう,BT(吸上変圧器)の設置やき電線の同軸ケーブル化,さらにはレール側にも架線電源の切替と連動した切替スイッチを設けるなどの工夫がされています(下図).

新軽井沢き電区分所の回路概略図
新軽井沢き電区分所 下り線の回路概略図(上り線はC地点を中心に左右対称.予備回路などは省略).
T:架線(トロリー線),F:ATき電線,R:レール,AT:単巻変圧器,BT:吸上変圧器

周辺の地図

 
  • 写真1
    1) 切替セクションの軽井沢方入口(上図のA地点),高崎方50 Hz区間(手前)と中セクション(奥)の間に設置された「エアセクション1」.
  • 写真2
    2) A地点の鉄構を見上げたところ.
  • 写真3
    3) A地点の鉄構を中セクション側から見たところ.
  • 写真4
    4) 上り列車の車内から見たA地点の鉄構.
  • 写真5
    5) 同軸ケーブルの下り線中セクショントロリー線への引き出し・接続部.
  • 写真6
    6) 下り線中セクション(左)および下り線高崎方50Hz区間(右)それぞれのトロリー線への給電部分.
  • 写真7
    7) 中性線の接続部分.下り線高崎方50Hz側のレールに設置されたインピーダンスボンドの中点や同軸ケーブルの外側導体などが1点にまとめられています.
  • 写真8
    8) 中性線の接続部分.下り線中セクション側のレールに設置されたインピーダンスボンドの中点や同軸ケーブルの外側導体などは7)とは別にまとめられています.
  • 写真9
    9) 上り列車の車内から見たA地点・下り線のインピーダンスボンド.2台向かい合わせに設置されており,中点がレール切替器(架線電源切替用のVCBと連動)を介して結ばれています.
  • 写真10
    10) A地点・上り線のエアセクション入口.架線柱に電車線区分標が見えます.
  • 写真11
    11) エアセクションの入口部分.
  • 写真12
    12) 上り線エアセクション入口の架線絶縁部分を拡大して見たところ.吊架線・トロリー線の懸垂碍子の向こう側が50Hz,手前側は隣の架線柱への引き留めですが,電気的に浮くのを防ぐため中セクション側の架線と接続されており.通常時(中セクションに列車が居ない時)は60Hzとなっています.
  • 写真13
    13) A地点の鉄構を上り線側から見たところ.
  • 写真14
    14) 下り列車の車内から見たA地点の鉄構(上り線側).
  • 写真15
    15) 上り線高崎方50Hz区間への給電部分.
  • 写真16
    16) A地点の鉄構を上り線側真横から見たところ.同軸ケーブルから引き出された接続線が縦横に張られています.
  • 写真17
    17) 高崎方50Hz区間のATき電線への同軸ケーブル引き出し部分.
  • 写真18
    18) 下り列車の車内から見たA地点のインピーダンスボンドとレール切替器.
  • 写真19
    19) A地点・上り線のエアセクション出口部分.
  • 写真20
    20) A地点・上り線エアセクション出口部分の拡大.架線柱上部には鉄構から接続されたATき電線(50Hz)が見えます.
  • 写真21
    21) A地点・上り線のエアセクション出口部分の吊架線・トロリー線の絶縁部分.
  • 写真22
    22) A地点・上り線のエアセクションの高崎側.列車後部がまだエアセクションに掛かっている場所の架線柱には赤い表示があります(可動ブラケット長幹碍子のやや下).
  • 写真23
    23) A地点・上り線のエアセクションを列車が完全に抜けきる地点にもエアセクション出口を示す電車線区分標があります.
  • 写真24
    24) 中セクションの架線柱.切替セクション内のATき電線は同軸ケーブル化されており,架線柱上部には設置されていません.
  • 写真25
    25) B地点の鉄構を下り線側から見たところ.
  • 写真26
    26) B地点の鉄構を下り線側真横から見たところ.下り線中セクションのトロリー線に接続するため,この部分のみ同軸ケーブルが一旦引き出されて架空線になっています.
  • 写真27
    27) 上り線の車内からみたB地点の鉄構(下り線側).左上に同軸ケーブルと中セクショントロリー線の接続部が見えます.
  • 写真28
    28) B地点の中セクション同軸ケーブルとトロリー線の接続部分.ブッシングの土台(外側導体に接続)は小さな碍子で鉄構と絶縁されています.土台から中性線への接続部も見えます.
  • 写真29
    29) 同軸ケーブルの外側導体は電流測定用の変流器(カレントトランス)を貫通しています.
  • 写真30
    30) 外側導体の電流測定用の変流器側面の銘板.1次:2次の巻き線比は1:400になっています.
  • 写真31
    31) B地点のレールに接続されたインピーダンスボンド.1台のみ設置され,中点は中性線として27)の外側導体に接続されています.
  • 写真32
    32) B地点の鉄構を上り線側から見たところ.
  • 写真33
    33) B地点の鉄構を上り線側から見上げたところ.下り線側と同様に同軸ケーブルが一旦引き出されて架空線になっていますが,予備用のため,上り線のトロリー線には接続されていません.
  • 写真34
    34) 下り列車の車内から見たB地点の鉄構.上り線側は軌道回路の境界になっているため,インピーダンスボンドが2台向かい合わせに設置され,中点同士が接続されています.
  • 写真35
    35) き電区分所横の跨線橋から切替セクション内を見たところ.
  • 写真36
    36) 切替セクションを通過中のE7系上り電車.
  • 写真37
    37) 切替セクションを通過中のE2系下り電車.E7系への置き換えが進んでおり,その数を減らしつつあります.
  • 写真38
    38) 新軽井沢き電区分所のゲート.
  • 写真39
    39) き電区分所構内の様子.
  • 写真40
    40) 下り線高崎方50Hz区間のAT(単巻変圧器).巻線の両端がそれぞれATき電線とトロリー線に接続され,中点は中性線(レール)に接続されています.対地電圧の低い中性線のみ碍子が小さいのが分かります.
  • 写真41
    41) ATの本体(左).ラジエータ(右)と冷却油用循環用のパイプで接続されています.
  • 写真42
    42) 下り線金沢方60Hz区間のAT.
  • 写真43
    43) 下り線金沢方60Hz区間のATを別角度から見たところ.巻線両端と中点,合計3本の端子が見えます.
  • 写真44
    44) 下り線高崎方50HzのATと切替遮断器の間に挿入されたBT(吸上変圧器).一般的な同周波数・異相突き合わせのき電区分所には無い設備で,レールの電流を可能な限り中性線(外部導体)に吸い上げ,60Hz区間への妨害を抑制する重要な役割をもっています.
  • 写真45
    45) き電区分所の心臓部である切替遮断器が設置された建屋.50Hz区間,中セクション,60Hz区間それぞれのトロリー線を建物内に引き込む3本のブッシングが見えます.
  • 写真46
    46) き電区分所から外部への接続部分.「F」はATき電線(Feeder),「T」はトロリー線(Trolley)を表わしています.
  • 写真47
    47) き電区分所から外部への接続部分を別角度から.手前から金沢方下りトロリー線(60Hz),同ATき電線(60Hz),中セクショントロリー線,高崎方下りトロリー線(50Hz),同ATき電線(50Hz)の順に並んでいます(一番奥は予備用).
  • 写真48
    48) C地点の鉄構.き電区分所の真横にあり,切替セクション全体の真ん中に位置しています.奥に見えるのが借宿トンネルの入口です.D地点,E地点(60Hz側の「エアセクション2」)はトンネル内にあります.
  • 写真49
    49) C地点の同軸ケーブル接続部(下り線側).
  • 写真50
    50) C地点の同軸ケーブル接続部(上り線側).
  • 写真51
    51) 借宿トンネル進入直前の下り列車から見たC地点.き電区分所から伸びる同軸ケーブルが見えます.
  • 写真52
    52) C地点の下り線中セクショントロリー線への接続部.下り線中セクションの最も金沢寄りの給電点となります.
  • 写真53
    53) C地点の上り線中セクショントロリー線への接続部.上り線中セクションの最も高崎寄りで,地上に見えている唯一の給電点となります.
  • 写真54
    54) C地点,上り線のレールに接続されたインピーダンスボンド.2台向かい合わせに設置され,軌道回路の境界を構成するとともに中性点が引き出されています.
  • 写真55
    55) C地点,下り線のレールに接続されたインピーダンスボンド.こちらも上り線同様,軌道回路の境界を構成するとともに中性点が引き出されています.
  • 写真56
    56) 軽井沢駅北口のペデストリアンデッキから高崎に向かう北陸新幹線を見たところ.碓氷峠に向けて勾配を下っていきます.
  • 写真57
    57) しなの鉄道の軽井沢駅直上から碓氷峠方向を見たところ.北陸新幹線開業前の信越本線時代には横川方へ線路がつながっていました.
  • 写真58
    58) しなの鉄道の線路終端.
  • 写真59
    59) 新軽井沢き電区分所付近から眺めた浅間山.
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