架線着霜発生条件の解明と予測手法の開発

冬期の晴れた夜間に電車線(架線)に霜が発生する条件を解明し、これに基づく予測手法の紹介です。

1.はじめに

気温が低く、かつ湿度が高い、冬の晴れた夜間には、トロリ線(架線)に霜が発生することがあります。架線に霜が付着した区間を電車が走行すると、パンタグラフと架線との間に霜が挟まることにより離線が発生し、これに伴うアーク放電がパンタグラフの損傷、架線の溶断等の事故を発生させることがあります。この対策として、初列車運行前に「霜取り列車」と呼ばれる臨時列車を運行している区間があります。霜取り列車の運行判断を適確に実施するためには、霜の発生予測が重要となります。本研究では、現地観測を実施し、架線に着霜が発生する条件を解明して、霜の発生メカニズムに基づく架線着霜発生予測手法を考案しました。

2.架線着霜発生メカニズム

架線着霜とは、空気中の水蒸気が架線の表面に付着し、固体である霜となって成長することです。これは、夏にコップに冷水を注ぐとコップ表面に結露するのと同じメカニズムです。つまり、架線表面が放射冷却により、霜が発生する温度(霜点温度)よりも低い温度となると、架線表面へ水蒸気が凝結して霜が成長します(図1)。観測により霜が発生している時間帯と架線温度が霜点温度を下回っている時間帯が一致していることが確認できました。また、霜が発生する日は前日の夕方から翌朝まで水蒸気濃度がほぼ変わらないという特徴があることがわかりました。

図1 架線着霜発生時の条件

3.架線着霜発生予測

霜の発生には水蒸気の動きが重要であることがわかったため、架線着霜発生時の気象条件と霜の発生メカニズムに基づく架線着霜発生予測手法を考案しました(図2)。本予測手法に必要なのは、4つの情報(夕刻の気温と湿度の観測値、翌朝の予想最低気温と天気の予報値)だけです。本予測手法による架線着霜発生の的中率は、天気予報が100%的中した場合は90%、一般的な天気予報の的中率を考慮した場合でも70%であることを確認してます。

図2 架線着霜発生予測フロー

4.本手法の活用法

本手法による予測結果を用いることで、客観的な指標に基づいた霜取り列車の運行やノッチ制限の要否の判断が可能となると考えられます。

参考文献

  1. 鎌田慈、宍戸真也:架線着霜現象の解明 -架線着霜予測方法の開発-、冷凍、Vol.88、No.1023、公益社団法人日本冷凍空調学会、2013
  2. Yasushi KAMATA, Masaya SHISHIDO:Observation and Prediction of Trolley Wire Frosting in the Railway Field, Journal of Adhesion Science and Technology, Vol.24, No.4, 2012
  3. 宍戸真也、鎌田慈:架線着霜の発生予測手法の開発、JREA、Vol.51、No.6、社団法人日本鉄道技術協会、2008
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