JP6320921B2 - 電力供給ライン監視システム - Google Patents

Description

本発明は、ＲＦＩＤ（無線自動認識）技術を用いて電力供給設備内の風荷重及び温度を監視できるシステム及び方法に関する。

ノルウェー市民保護及び緊急計画総局（ＤＳＢ）（ノルウェー語のＤｉｒｅｋｔｏｒａｔｅ ｆｏｒ ｓａｍｆｕｎｎｓｓｉｋｋｅｒｈｅｔ ｏｇ ｂｅｒｅｄｓｋａｐの略語）によって、電力設備や電力機器の監督に関する規則が、１９２９年５月２４日の法律第４条の制限の下に、２００５年１２月２０日に成立し、２００６年１月１日に施行された。

これらの規則は、電力設備と供給設備に関する１９９４年８月１８日の規則に代わるものである。

本規則の目的は、電力供給設備は、生命、健康及び重要な資産への危害をもたらすことなく、計画、建設、運用、保守されるべきであり、同時にそれらが意図する機能を果たさなければならないと言う理念に基づいている。これらのガイドラインは、所有者や電力供給設備事業者を対象としている。設備計画、建設、改築、運用やメンテナンス責任者は、設備において定められた規則の要件に適合しているかを確認する活動も責任範囲に含まれている。設備計画、建設又は改築の責任者は全員、設備が規則に規定された要件に基づいて建設されていることを宣言しなければならない。

高圧送電線の場合は、特に下記が適用される：
送電線が要求された状態にあることを確認するために必要範囲の点検を行わなければならない。

ライン検査の実施：
ライン検査は、異常な衝撃をラインが受けた場合や、少なくとも年１回行わなければならない。ライン検査は、ライン検査報告書を用いて文章化しなければならない。

ライン検査は、機械機器（土台、柱）及び実際の電気設備（絶縁体、ラインやスイッチ等）の両方をチェックすることが含まれている。今日では多くの場合、電気設備ライン検査のために、ヘリコプターからのサーマル（ｔｈｅｒｍａｌ）写真撮影や地上で行う手動検査の助けを借りて行われている。

赤外線カメラは、接続不良や部品の不良／摩耗によってもたらされる異常な発熱を検出することができる。このような異常な発熱は障害があることを示し、更に障害によって、故障や電力供給設備の故障が異常な発熱によってもたらされる前に、改善することが可能である。

ラインが風によって揺れ動くことは正常であるが、支持部における機械的な力が大きくならないようにラインの動きを制限させることが望ましい。動きを制限させる方法はいくつかあるが、例えば、ラインに重りをぶら下げる方法がある。

電力ケーブルの断線が原因で、多くの人々の電力が失われたり、重大な事故に対する補償金の支払いが大きくなったりすることがある。

全ての電力ネットワーク会社は、電力供給の長期に亘る断線の際は、経済的な責任を負わなければならない。

もし、ほとんどのエネルギーを伝達する高電圧用のケーブル／ラインで損傷が発生した場合、補償金の支払い額が非常に高くなる場合がある。実例として：もし、ドランメン（Ｄｒａｍｍｅｎ）が１時間停電した場合、これは約５００万ＮＯＫ（ノルウェークローネ）の停電費用に相当する。

参考までにノルウェーの電気監督（Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ）法を例示したが、他の国でも同様な法律は有している。

とりわけ上記の観点からも、より多くの改善を備えていることが望ましい。

本発明の目的は、電力供給設備内の風荷重を測定しながら温度上昇を防ぐことによって火災を防止することができるシステム及び方法を提供することである。

これは、特許請求の範囲に記載された電力供給設備内の風力測定及び防火ができるシステムによって達成される。

一実施形態によれば、電力供給設備内の温度荷重やその他の衝撃を監視するセンサシステムであって：
−監視すべき電力供給設備の複数の位置に配置された少なくとも２つのセンサ装置と；
−前記各センサ装置に接続された１つ以上の信号送信器と；
他のセンサ装置の前記信号送信器と通信すると共に、当該信号送信器からの信号を受信し、信号を中継する、前記各センサ装置に接続された１つ以上の信号受信器と；さらに
−少なくとも１つ以上の前記信号受信器に接続され、前記信号を処理し、指示信号を得る処理ユニットを備えている。

電力供給設備内の位置は、例えば、電力線沿い／そばに１か所以上、母線、遮断器（接触／ＳＦ６／油）、ＧＩＳ（接触／ＳＦ６／母線／アウトレット）、分離ブレード（ｂｌａｄｅｓ）（接点）、変流器、計器用変圧器、電力変圧器（巻線）の位置であっても良い。

本発明の一実施形態のセンサ装置には、風力センサ、温度センサ、張力センサ、高度センサ（ｈｅｉｇｈｔ ｓｅｎｓｏｒ）又はそれらの組合せを含むことができる。 本発明のセンサ装置の一実施形態は、監視対象である電力供給設備との物理的に接触されていても良い。また、一実施形態では、コロナ放電（ｃｏｒｏｎａ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）をシステムによって検出することができる。

本発明の一実施形態において信号送信器及び信号受信器は、電磁波信号送信器及び読取機（ｒｅａｄｅｒｓ）を有することができる。

１つ以上のセンサ装置が、信号送信器と信号受信器の両方を含むような信号受信器に接続することができる。このような場合におかれるセンサ装置は、例えば、隣接するセンサ装置や他のセンサ装置からの信号を中継して受信することができる。

一実施形態によれば、センサ装置は、電気的に電力供給設備と接続されており、且つ、電力供給設備は、センサ装置用のエネルギー源とすることができる。センサ装置には、高電圧から配電電圧に電圧変換する変圧器を含むことができる。また、システムは、複数のセンサ装置上に電気負荷測定手段を備えることができる。

本発明の一実施形態によれば、処理ユニットは、指示信号を伝送するか又は指示信号に関連する他の情報を伝送する外部ユニットと無線によって通信する手段に接続することができる。外部ユニットは、例えば、警報センサ、携帯電話、コンピュータであってもよい。

本発明の目的によって達成ができる、電力供給設備内の風力及び防火測定方法は；
−監視すべき前記電力供給設備の複数の位置に少なくとも２つのセンサ装置を配置し；
−前記センサ装置に接続された１つ以上の信号送信器によって前記センサ装置からセンサ信号を送信し；
−１つ以上の信号受信器によって前記信号送信器からの信号を他のセンサ装置が受信し；
−前記他のセンサ装置に接続された１つ以上の信号受信器によって前記信号送信器から信号を受信して、受信した信号を中継し；さらに
−前記信号を処理し、指示信号を得ることができることを含んでいる。

特許請求の範囲に記載された本発明により、多数の利点を得ることができる：
−電力供給設備のほぼ継続的な監視によって、障害が時間内に修復することができるようにすることで早期に装置内の温度上昇を警告することができる。
−風荷重を正確に測定しながらラインの物理的な動きを制限する対策を講じる必要があるか否かを、装置の所有者／使用者に示すことができる。
−費用は、ヘリコプターや手動で行うライン検査より長期的には安くなる。

これらの改善は以下の結果をもたらすことができる：
−使用者のための安全性が向上する。
−供給の信頼性が向上する。
−運転コストが低減できる。

本発明について添付の図面を参照しながらより詳細に説明をする。
本発明に係るシステムの原理の１態様を示す。 本発明に係るシステムの原理の別の態様を示す。 本発明の一実施形態に係るセンサ装置の設置例を示す。 本発明の一実施形態に係る設置前のセンサ装置を示す。 本発明の一実施形態に係る設置後のセンサ装置を示す。 図３及び図４に示すセンサ装置の断面図を示す。

図１ａ及び１ｂは、高電圧線１３が張られた複数の高電圧柱（ｈｉｇｈ−ｖｏｌｔａｇｅ ｐｏｌｅ）又は鉄塔１１を含む電力供給設備１０を監視するためのセンサシステムの２つの実施形態を示す。センサ装置１２は、電力供給設備の幾つかのポジションに、高電圧線１３に沿って設けられている。センサ装置１２は、システムによって監視が望まれる特性測定用の１つ以上のセンサを含むことができる。例えばセンサは、温度センサ、風力センサ、張力センサ、高度センサ、電界センサ等であっても良い。接続されたセンサ装置は、センサから測定データを送信することが可能な信号送信器を有しても良い。１つの送信器の例としてＲＦＩＤ（無線自動認識）チップのようなものがあっても良い。ＲＦＩＤチップは、ＲＦＩＤトランシーバからの無線信号を送受信できるアンテナを含んでいる。チップは、固有の識別子であるＩＤ番号に少なくとも応答することができる。ＲＦＩＤチップには、幾つかの種類がある。パッシブチップ（ｐａｓｓｉｖｅ ｃｈｉｐ）は、微弱無線信号に応答し、且つ、電源を必要としないが、一方、アクティブチップ（ａｃｔｉｖｅ ｃｈｉｐ）は、わずかに大きい距離に亘ってより強力な応答信号を送信し、且つ、電源が必要である。第３の選択肢は、送信／応答を開始するために外部のソースを持つ必要があるセミパッシブチップ（ｓｅｍｉ−ｐａｓｓｉｖｅ ｃｈｉｐ）であるが、より高い伝送強度を持ち、より大きな範囲をカバーできる。

他の信号送信器の例としては、光送信器及びＳＡＷ（表面弾性波）ベースＲＦＩＤのような表面弾性波ベース送信器がある。

また、システムは、信号送信器より通信及び信号を受信するための１つ以上の信号受信器を備えることができる。信号受信器は、高電圧柱１１或いは他の適切な１つ又は複数の箇所に、幾つか又は全てにセンサ装置１２を設けることができる。図１ａのセンサ装置１２は、高電圧線１３上に設けられており、一方、図１ｂのセンサ装置１２は、高電圧線に沿って複数の箇所に設けられている。これらの場合において、センサ装置は、例えば、センサ装置から隣接するセンサ装置の信号を受信しながら、それらを中継する機能を有しても良い。信号送信器及び信号受信器を有するセンサ装置が構成されている時は、ノードはセンサネットワーク内に設けられている。

システムは、継続的な監視及び警報が得られることを可能にするために、例えば、温度変化又は電力供給設備内の突風を測定することができる。システムは、ＲＦＩＤチップと無線で通信できるトランスポンダ（ｔｒａｎｓｐｏｎｄａ）を有しても良い。また、ＲＦＩＤチップは、互いに無線で通信し合うことができる。トランスポンダは、情報を読取ユニット（ｒｅａｄｉｎｇ ｕｎｉｔ）に中継することができる。読取ユニットは、監視、警報センター、携帯電話等と通信することができる。これにより、電力供給設備内の温度が有害なレベルに達する前に、オペレータが介入できるようになる。これは、前述した各種のセンサを用いてラインの風による揺れ具合を検出することが可能になる。ＲＦＩＤシステムから取得したデータは、電力供給設備の精密検査を行うための事由があるかどうかを評価するために必要な情報をオペレータに提供することができる。要するに、このシステムにより、電子システムにライン検査の一部を残すことが可能になる。

また、一実施形態によれば、コロナ放電をシステムによって検出することができる。コロナ放電は、高電場において導体周囲で部分放電する。空気中の自由電子が導体周りで３０ｋＷ／ｃｍより多い磁場強度が有る場合は、酸素分子をイオン化するための十分なエネルギーを有している。イオンが絶縁材料に衝突を与え、ひいては故障や導体間或いは導体と接地との間にアーク放電をもたらす断熱材を介して、導電性チャネルを形成することができる。エアーギャップ（ａｉｒ ｇａｐ）、オープンバー（ｏｐｅｎ ｂａｒ）又はシャープエッジ（ｓｈａｒｐ ｅｄｇｅ）は、コロナ放電をもたらす一般的な要因である。

高電圧線周りの放電は、絶縁を破壊し電波雑音を生成する。これは、酸素分子がイオン化してオゾンを形成することによって絶縁材料が分解されることによって起こる。陽と陰イオンは、無線信号を妨害する赤緑色光（ｒｅｄ―ｇｒｅｅｎ ｌｉｇｈｔ）及び電波を生成する。

上述したＲＦＩＤ技術に基づくセンサネットワークシステムでは、電子情報は、無線周波数範囲で送受信される。ノードの無線部分は、コロナ（電波範囲の乱れ）を検出し、ネットワークでこれを中継することが可能になる。ノードの固有のＩＤと電波雑音の強度を比較することによって、信号受信器は、コロナ放電の位置を識別することが可能になる。

電力供給設備は、何マイルもの距離になる場合がある。二本の柱の間の距離が数百メートル離れている場合もある。これらを良好な範囲を得るためには、ＲＩＤＦチップは、アクティブにしてなければならないので、そのために独自の電源を備えている。同時に、電源は、一般的に毎年交換が必要なバッテリ操作に基づくべきではない。

図２は、本発明に係るセンサ装置２０が、高電圧線２２にどのように取り付け方の一例を示している。

図３は、本発明の一実施形態のセンサ装置２０の設置前を示している。センサ装置２０は、二つの部品３１及び３２を含むドーナツ形状を有しており、設置した時に高電圧線を構成するケーブルと一緒に固定することができる。センサ装置の二つの部品は、アウターハウジング３４（ｏｕｔｅｒ ｈｏｕｓｉｎｇ）及びインナーコア３５（ｉｎｎｅｒ ｃｏｒｅ）を有している。アウターハウジング３４は、絶縁及び防水材料で作られている。インナーコア３５は、例えば、アイアンコア（ｉｒｏｎ ｃｏｒｅ）又は別の導電性材料のようなコアであってもよい。二つの部品３１及び３２の間にガスケット３６を設け、それによって防水接合を得ることができる。センサ装置に不可欠なセンサ３３は、センサ装置を設けた時にケーブルと接触するようなドーナツのインナーリング（ｉｎｎｅｒ ｒｉｎｇ）に沿って配置されている。センサ装置２０は、例えば、ＲＦＩＤチップ形式では、センサ装置に接続された信号送信器を含むことができる。センサ装置２０は、高電圧線からの電流信号を受信しながら送信器／ＲＩＤＦチップ用に所望の電圧レベルに変換する変圧器を更に含むことができる。変圧器は、また、ライン上の負荷、即ち電気エネルギーを測定することができる。この情報は、ネットワークライン上の監視及び安全域で利用できるように構築することができるので、ネットワーク所有者にとって使い勝手が良くなる（供給設備の所有者／ユーザー）。

図４は、本発明のセンサ装置設置後の一実施形態を示し、ここでは、二つの部品を締め付け固定する(ｃｌａｍｐ)ことによって、センサ装置は、閉じた防水ユニットを形成している。

図３及び図４のセンサ装置の断面図を図５に示す。本センサ装置５０は、２つの構成部品を互いに固定させながらケーブル５６上に設けられている。ドーナツ形状を有しているセンサ装置の外側にプラスチック製の絶縁材、さらに内側にインナーアイアンコア５４、５５を備えている。センサ５３は、センサ装置の側部でケーブル５６と接触するように設けられている。センサ５３と信号送信器及び必要に応じてセンサに接続された読取機は、アイアンコアに巻回されたコイル（ｃｏｉｌ）５１を介して、ケーブル内の電流をエネルギー源として利用し、ケーブル内の電圧を正規の電圧レベルに変換できる電子回路に接続されている。

ＲＦＩＤチップは、変圧器の二次側に接続されている。図示している解決策によってセンサ装置は、絶縁体から切り離すことなくライン上に設置することが可能になる。

１０ 電力供給設備
１１ 複数の高電圧柱又は鉄塔
１２ センサ装置
１３ 高電圧線
２０ センサ装置
２２ 高電圧線
３１ 部品
３２ 部品
３３ センサ
３４ アウターハウジング
３５ インナーコア
３６ ガスケット
５０ センサ装置
５１ コイル
５３ センサ
５４ インナーアイアンコア
５５ インナーアイアンコア
５６ ケーブル

Claims (18)

1. 高電圧線を含む電力供給設備内の温度荷重やその他の衝撃を監視するセンサシステムであって、
   監視すべき電力供給設備の前記高電圧線上又は高電圧線に沿って複数の位置に間隔を置いて配置された少なくとも２つのセンサ装置を備え、
   各センサ装置は、前記高電圧線上の複数の位置でクランプできるように構成された二つの部品を備え、
   前記二つの部品は、アウターハウジング及び、導電性材料からなるインナーコアによって構成され、更に前記インナーコアは、前記電力供給設備の前記高電圧線を介して電気的に接続されており、
   前記各センサ装置は、当該各センサ装置に接続された信号送信器と、隣接する別のセンサ装置からの信号を受信し中継する信号受信器を有し、
   少なくとも１つ以上の前記信号受信器に接続され、前記信号を処理し、指示信号を得る処理ユニットを備えていることを特徴とするセンサシステム。
2. 前記センサ装置は、風力センサ及び温度センサを含んでいることを特徴とする請求項１に記載のセンサシステム。
3. 前記センサ装置は、張力センサ及び／又は高度センサを含んでいることを特徴とする請求項１に記載のセンサシステム。
4. 複数の前記センサ装置に電気負荷測定手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のセンサシステム。
5. コロナ放電を検出する手段を有していることを特徴とする請求項１に記載のセンサシステム。
6. 前記信号送信器及び前記信号受信器は、電磁波信号送信器及び読取機を有していることを特徴とする請求項１に記載のセンサシステム。
7. １つ以上の前記センサ装置は、信号受信器に接続されることを特徴とする請求項１に記載のセンサシステム。
8. 前記センサ装置は、前記電力供給設備に電気的接続され、前記電力供給設備は、前記センサ装置用のエネルギー源として役立つことを特徴とする請求項１に記載のセンサシステム。
9. 前記センサ装置は、監視対象である前記電力供給設備と物理的に接触していることを特徴とする請求項１に記載のセンサシステム。
10. 前記処理ユニットは、前記指示信号の伝送又は当該指示信号に関連する他の情報の伝送のための外部ユニットと無線によって通信する手段に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサシステム。
11. 前記外部ユニットは、警報センター、携帯電話又はコンピュータを含むことを特徴とする請求項１０に記載のセンサシステム。
12. 高電圧から配電電圧に電圧を変換する変圧器を含んでいることを特徴とする請求項８に記載のセンサシステム。
13. 高電圧線を含む電力供給設備内の温度やその他の衝撃を監視する方法であって、
    前記高電圧線にクランプできるように構成された二つの部品を含み、前記二つの部品は、アウターハウジング及び、導電性材料からなるインナーコアによって構成され、更に前記インナーコアは、前記電力供給設備の前記高電圧線を介して電気的に接続された構成を有する複数のセンサ装置を用意すると共に、
    当該各センサ装置に接続された信号送信器と、隣接する別のセンサ装置からの信号を受信し中継する信号受信器を用意し、
    前記複数のセンサ装置を前記高電圧線上又は高電圧線に沿って複数の位置に間隔を置いて配置し、
    各々の前記センサ装置に接続された１つ以上の信号送信器によって前記センサ装置からセンサ信号を送信し、
    各々の前記センサ装置に接続された１つ以上の信号受信器によって前記信号送信器から信号を受信して、受信した前記信号を中継し；さらに
    前記信号を処理し、指示信号を得ることを特徴とする方法。
14. 前記センサ装置は、風力及び温度測定することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記センサ装置は、張力及び／又は地面より上の高度を測定することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
16. 前記信号送信器及び信号受信器は、電磁波信号送信器及び読取機を有していることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
17. １つ以上の前記センサ装置は、信号受信器によって他のセンサ装置からの信号を受信することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
18. 前記各センサ装置はコロナ放電を検出することを特徴とする請求項１３に記載の方法。

Images