(57)【要約】送電ケーブルを除氷するためのシステムおよび方法は、ケーブルを複数区分に分割する。導体をともに通常モードで並列に、かつ導体のうちの少なくともいくつかを防氷モードで直列に連結するために、区分の各末端にスイッチが提供される。スイッチが導体を直列に連結すると、ケーブル区分の電気抵抗が効果的に増大させられ、電力線電流によるケーブルの自己発熱がケーブルを除氷することを可能にし、スイッチは、通常動作中の少ない損失のために、導体を並列に連結する。代替実施形態では、システムが、各ケーブルの鋼強度コアを通して電流を提供して除氷を提供する一方で、通常動作中に、電流は、低抵抗導体層を通って流れる。ケーブル過熱状態が発生した場合に、システムを低抵抗動作に戻すように、バックアップハードウェアが提供される。
2011517267.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＣおよびＤＣ送電線の除氷および防氷動作のためのシステムであって、
少なくとも第１、第２、および第３の導体を備える、該送電線内の送電のためのケーブルの少なくとも１つの区分であって、該第１、第２、および第３の導体は、該区分の長さに沿って相互に電気的に絶縁されるが、直列に接続された少なくとも３つの導体の直列蛇行経路を形成するように、該区分の末端で接続される、少なくとも１つの区分と、
該ケーブルの区分の第１の末端における少なくとも第１のスイッチ、および該ケーブルの区分の第２の末端における少なくとも第２のスイッチであって、該第１および第２のスイッチは、該第１、第２、および第３の導体が、通常モードで並列に接続され、防氷モードで直列に動作するように動作可能である、第１および第２のスイッチと
を備える、システム。
【請求項２】
前記ケーブルの区分を通る送電のための接続は、前記第１のスイッチにおいて前記第１の導体に、前記第２のスイッチにおいて前記第３の導体に行われる、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
少なくとも１つのスイッチは、スイッチングデバイスと、スイッチコントローラとをさらに備え、該スイッチングデバイスおよびコントローラは、地面から電気的に絶縁され、該スイッチは、別の場所で防氷システムコントローラからの制御信号によって制御される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記ケーブルの区分は、第４および第５の導体をさらに備え、該第４および第５の導体を前記第１の導体に連結するために、該ケーブルの区分の前記第１の末端には第３のスイッチがあり、前記第３および第４の導体を該第５の導体に連結するために、該ケーブルの区分の前記第２の末端には第４のスイッチがあり、該第３および第４の導体は、該第４のスイッチ付近で電気的に連結され、該第４および第５の導体は、該第３のスイッチ付近で電気的に連結される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記ケーブルの区分を通る送電のための接続は、前記第１のスイッチにおいて前記第１の導体に、前記第２のスイッチにおいて前記第５の導体に行われる、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記システムは、前記送電線内の電流を監視し、防氷が必要とされる時を決定するため、および該送電線内の該電流に基づいて、防氷動作のためのスイッチ構成を決定するためのコントローラをさらに備える、請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記第２の導体と、前記第３の導体と、前記第４の導体と、前記第５の導体とから成る群より選択される導体は、前記第１の導体の抵抗より実質的に大きい抵抗を有する、請求項４に記載のシステム。
【請求項８】
少なくとも１つのスイッチは、スイッチングデバイスおよびコントローラをさらに備え、該スイッチングデバイスおよびコントローラは、地面から電気的に絶縁され、該スイッチは、システムコントローラからの制御信号によって制御され、該システムコントローラは、該少なくとも１つのスイッチから離れた場所に位置する、請求項４に記載のシステム。
【請求項９】
送電線の防氷動作のためのシステムであって、
少なくとも２つの区分を有する、少なくとも１つのケーブルであって、各区分は、
少なくとも第１、第２、および第３の導体であって、該第１、第２、および第３の導体は、相互に絶縁される、第１、第２、および第３の導体と、
該第２および第３の導体を該ケーブルの第１の末端において該第１の導体に連結するための第１のスイッチであって、該第２および第３の導体は、該第１のスイッチ付近で電気的に連結される、第１のスイッチと、
該第１および第２の導体を該ケーブルの第２の末端において該第３の導体に連結するための第２のスイッチであって、該第１および第２の導体は、該第２のスイッチ付近で電気的に連結される、第２のスイッチと
を備え、該第１の区分の該第３の導体は、該第２の区分の該第１の導体に接続される、少なくとも１つのケーブルと、
各区分の該第１および第２のスイッチを同時に開くシステムコントローラであって、その区分の該ケーブルの防氷動作のために、該第１、第２、および第３の導体を直列に配置することによって、該少なくとも１つのケーブルの抵抗を増大させ、該システムコントローラは、複数区分のスイッチを連続して開くことができる、システムコントローラと
を備える、システム。
【請求項１０】
前記ケーブルの少なくとも１つの導体の過熱を感知するため、および過熱を感知した際に該ケーブルの抵抗を減少させるように、前記第１、第２、および第３の導体を並列に配置するための装置をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
並列構成と直列構成との間で送電線ケーブルの導体を切り替えるためのスイッチボックスであって、
電力を該スイッチボックスに提供するためのエネルギー貯蔵デバイスと、
該エネルギー貯蔵デバイスを充電するための装置と、
スイッチ動作コマンドを受信するための制御信号受信機であって、該エネルギー貯蔵デバイスから電力供給される制御信号受信機と、
該ケーブルの少なくとも１つの導体を通る電流フローを決定するための少なくとも１つのスイッチであって、該制御信号受信機の制御下で電気的に起動させられる、スイッチと、
該ケーブルの導体上で高温が検出された場合に、該制御信号受信機を解除し、該ケーブル導体を並列に配置するための装置と
を備える、スイッチボックス。
【請求項１２】
送電線のケーブルを除氷するためのシステムであって、該ケーブルは、Ｎ個の導体を備え、Ｎは、１より大きい奇数であり、該Ｎ個の導体の各々は、他の導体から電気的に絶縁され、該システムは、
第１および第２のスイッチボックスであって、該第１のスイッチボックスは、該ケーブルの第１の末端に連結され、該第２のスイッチボックスは、該ケーブルの第２の末端に連結され、
各スイッチボックスは、少なくとも（Ｎ−ｌ）／２個のスイッチを有し、
第１のモードで、該スイッチボックスの該スイッチは、該ケーブルのＮ個の導体全てを並列に接続し、第２のモードで、該スイッチボックスの該スイッチは、Ｎ個の導体全てを直列に接続して、効果的な除氷動作のためにケーブル抵抗を増大させる、スイッチボックスと、
通常動作のために該第１のモードで該スイッチボックスを配置し、該ケーブルを除氷するために第２のモードで該スイッチボックスを配置するためのシステムコントローラと
を備える、システム。
【請求項１３】
送電線のケーブルの防氷動作のためのシステムであって、該ケーブルは、抵抗強度コアと、少なくとも１つの導体とを備え、該強度コアは、該少なくとも１つの導体から電気的に絶縁され、該システムはさらに、
第１の動作モードでの該ケーブルの防氷動作のために、該抵抗強度コアを通して該導体から十分な電流を迂回させるためのスイッチボックスを備え、該電流の大部分は、第２の動作モードで該導体を通過する、システム。
【請求項１４】
前記スイッチボックスは、前記第１の動作モード中に、前記導体とともに、インダクタンスを電気的に直列に配置し、前記強度コアは、インダクタおよび導体の直列の組み合わせと電気的に並列である、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記スイッチボックスは、磁気コア材料をコイルに挿入することによって、前記第１の動作モード中に、インダクタンスを前記導体とともに電気的に直列に配置し、該磁気コア材料は、前記第２の動作モード中に、該コイルから除去される、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記スイッチボックスは、外部システムコントローラのコマンド下で、前記第１の動作モードと前記第２の動作モードとの間で切り替えるための装置と、前記ケーブルの過熱状態を感知するための装置と、過熱状態が検出された時に、前記抵抗強度コア内の電流を低減するための装置とをさらに備える、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１７】
前記スイッチボックスは、変圧器を備え、該変圧器は、除氷中に前記強度コアに連結される二次巻線を有する、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記ケーブルは、該ケーブルの前記Ｎ個の導体より高い電気抵抗および機械強度の強度補強導体を有し、
該強度補強導体は、区分の長さに沿って他の導体から電気的に絶縁されるが、前記第１の区分の末端において、該Ｎ個の導体のうちの第１の導体に接続され、該区分の前記第２の末端において、該Ｎ個の導体のうちのＮ番目の導体に接続され、
前記スイッチボックスにおけるスイッチの開放は、該スイッチボックス間の該Ｎ個の導体の有効電気抵抗を増大させて、より大きい電流が該強度補強導体の中へ迂回されて、該Ｎ個の導体を除氷する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１９】
送電線の防氷のためのシステムであって、
少なくとも第１、第２、および第３の導体を備える、該送電線内の送電のためのケーブルの少なくとも１つの区分であって、該第１、第２、および第３の導体は、相互に電気的に絶縁される、少なくとも１つの区分と、
該ケーブルの区分の第１の末端にある少なくとも第１のスイッチ、および該ケーブルの区分の第２の末端にある少なくとも第２のスイッチであって、該第１および第２のスイッチは、該第１、第２、および第３の導体が、少なくとも低抵抗構成、中間抵抗構成、および高抵抗構成で接続されることが可能であるように、動作可能である、第１および第２のスイッチと、
防氷動作が必要とされる時を決定するための、該中間および高抵抗構成から適切な防氷構成を選択するための、および防氷動作が必要とされる時には該スイッチを該防氷構成に設定し、防氷動作が必要とされない時には該スイッチを該低抵抗構成に設定するためのシステムコントローラと
を備える、システム。
【請求項２０】
送電線のケーブルの区分を除氷するための方法であって、該ケーブルは、第１のスイッチボックスと第２のスイッチボックスとの間に延びる複数の導体を備え、該ケーブルの区分は、通常動作モードを有し、該複数の導体は、電気的に並列であって、該方法は、
該ケーブルの該区分上の氷の蓄積を検出することと、
該ケーブルの複数の該導体を電気的に直列に連結するように該スイッチボックスのスイッチを構成し、それにより、該通常動作モードでの該ケーブルの区分の抵抗より大きい除氷モード抵抗を有する除氷モードで、該ケーブルの区分を配置することと、
該ケーブルの区分内を流れる電流が、該ケーブルの区分を抵抗加熱して、該ケーブルの区分を除氷することを可能にすることと、
該ケーブルの区分を該通常動作モードに戻すように該スイッチボックスの該スイッチを再構成することと
を含む、方法。
【請求項２１】
前記スイッチボックス内の前記スイッチは、前記通常動作モードに対応する、少なくとも第１の構成と、スイッチボックス間に第１の抵抗を有する、前記除氷モードに対応する第２の構成と、スイッチボックス間に第２の抵抗を有する、第２の除氷モードに対応する第３の構成とを有し、該方法はさらに、
前記電流に対して適切な除氷モードを決定するために、前記ケーブルの区分内を流れる該電流を監視することを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記ケーブル内の電流が除氷するために不十分である時に、該ケーブルの区分内を流れる該電流の増加を要求するメッセージを伝送することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記複数のケーブルの第１の導体は、該複数のケーブルの第２の導体の抵抗とは実質的に異なる抵抗を有する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記送電線は、電力を電気自動車に伝送するよう構成される、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、２００８年８月１８日に出願された共有に係る正規の米国特許出願第１２／１９３，６５０号および２００８年４月２日に出願された米国仮特許出願第６１／０４１，８７５号の優先権を主張し、その開示が本明細書に参考として援用される。
【０００２】
（分野）
本文書は、オーバーヘッド送電線の分野に関する。具体的には、過剰な氷の重量に起因する損傷を防止するために、そのような送電線のケーブル上の過剰な氷の蓄積を防止するか、または除去するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
（背景）
アイスストームは、米国の一部地域では比較的一般的である。これらのストームは、オーバーヘッド送電線および関連するポールとタワーを含む構造上に氷の蓄積をもたらし、この氷は、数インチの厚さに達し得る。そのようなアイスストームは、幸いにも送電線の総動作時間のほんの数パーセントを占めるにすぎず、任意の送電線は、通常、年に数回だけそのような状況に遭遇する。
【０００４】
蓄積した氷の塊は、ケーブルおよび構造を機械的に加圧することによって、重大な問題を引き起こす。例えば、円筒形の２インチの氷は、１インチの導体に５．７トン／マイルの重量を引加する。変化したケーブルの輪郭も、風によるストレスを増加し、さらにそれが破損する可能性を高める。蓄積した氷は、送電線およびポールを破壊し、タワーを崩壊させ、それらのいずれかが送電を妨害して、地上の人間および建物に危害を加える深刻なリスクをもたらし得る。
【０００５】
いくつかの送電線は、電動車両に送電するために使用されるトロリーワイヤである。氷は良好な導体でないため、トロリーワイヤ上の氷は、車両への送電を妨げ得る。
【０００６】
送電線は、通常、高温での過剰な電力損失およびワイヤの動作を回避するように、一定の低い全体抵抗を有するよう設計される。ワイヤが高温に達すると、電気的自己発熱、高い周囲温度、または双方に起因するか否かにかかわらず、ワイヤは伸長し、脆弱化する傾向がある。この伸長は、ポールまたはタワーの間に線のたるみをもたらし得、地上の人間または建物に危害を及ぼす可能性がある。さらに、通常動作中の低抵抗は、過剰な電力損失を回避するために望ましく、線の過熱に対して失われる全てのキロワットは、生成されなければならないが、顧客に到達しないキロワットである。最後に、高抵抗に起因する送電線内の過剰な電圧降下は、電力網システムの不安定性をもたらし得る。
【０００７】
多くの送電線は、数インチ離間し、各相で電気的に並列接続される場合が多い、いくつかの個別の導体を有するケーブルを有する。互いと熱接触にある導体のケーブル上の高い周囲温度での冷却を改善することによって、より高い電流容量を可能にする一方で、この設計は、氷の核生成のために追加の表面を提供することによって蓄積し得る氷の量を増加させる。例えば、各線が３つのケーブルを有し、スペーサで離間したケーブル当たり５つの導体を持つ、２つの並列送電線を有するシステムは、２インチの氷で全て被覆され、マイル当たり１７２トンを超える超過重量を有し得る。さらに、そのような設計は、活性化した導体、または活性化した導体と熱接触する導体のみが除氷されるため、単一のスイッチボックス除氷設計とは互換性がない。
【０００８】
高重量および増加した空気抵抗の氷の張った線は、線の破損およびタワーの崩壊をもたらし得るだけでなく、線の初期破損またはポールあるいはタワーの崩壊から生じる、タワーにかかる力の突然の移行が、追加の隣接するタワーまたはポールをドミノのように倒壊させる可能性があり、修理工は、１つのタワーが倒壊するだけでなく、数十以上の隣接するタワーがたるんだ線に絡まって大破するのを認め得る。送電線の突然の崩壊は、スイッチングデバイスおよびパワープラントに損傷を与える場合もあり、電力網内の不安定性をもたらし得る。最悪の場合、送電線の突然の崩壊は、十分な容量の損失および電力網内の不安定性をもたらす可能性があり、結果として生じる停電は、複数の州にまで拡大し得る。したがって、これらの線上の氷の蓄積を防止、低減、または除去することが望ましい。
【０００９】
Ｃｏｕｔｕｒｅに対する特許文献１、および米国特許出願第２００３／０００６６５２号および第２００８／００６１６３２号は、ロードセルを有するシステム、または送電線上に蓄積した氷を検出するための他の装置を説明する。本システムでは、氷が検出されると、送電線の相の１つ以上の並列導体は、送電線内を流れる電流が迂回され、並列導体のうちの選択した１つまたは数個を除氷するように、並列の機械的および電子スイッチを開放することによって切断される。次いで、開放スイッチのパターンを再配置して、並列導体のうちの異なる１つまたは数個を通して電流を迂回させる。
【００１０】
送電線を除氷するための他のシステムは、当該技術分野において知られている。例えば、Ｓｈｉｍａｄａに対する特許文献２は、トロリーシステムの並列線を連結してループにした後、通常、電力がループを通して送信される時にループの周囲の電流を重ね合わせて線を除氷する。一実施形態では、Ｓｈｉｍａｄａは、ジュール加熱を誘導して線を除氷するための、トロリー線のループの周囲に重ね合わされたＡＣ電流を有する、ＤＣトロリー線を開示する。
【００１１】
送電線は、常に同一量の電流を搬送するわけではない。線上で送信される電流は、次々と時間および天候によって異なる負荷条件、その時点で動作しているパワープラントの特定の選択、および他の因子を含む多様な因子によって異なる。例えば、風力および太陽光発電所からの電力を電力網の中へ搬送している送電線は、雲、時間、および風の状態によって大きく異なり得る。複数のユニットを有するような従来の発電所であっても、時間とともに変化する送電線電流を提供し得、例えば、２つのユニットプラントのうちの１つのユニットを修理のために閉鎖され得る。同様に、電力網に対する揚水発電所および畜電池発電所を含む、電力貯蔵システムを接続する送電線は、断続的に電流を伝導し得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第６３９６１３２号明細書
【特許文献２】米国特許第４１９０１３７号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
（概要）
送電線を除氷するためのシステムであって、送電線は、少なくとも３つの相互に絶縁された導体を有するケーブル（それぞれ３相線の各相用、またはＤＣ線の各極性用）を有する。システムは、閉鎖されると、通常の低抵抗動作用に３つの導体全てを並列に配置し、開放されると、３つの導体全てを電気的に直列に配置して、ケーブルを除氷するスイッチを有する。システムは、システムコントローラの制御下で動作する。
【００１４】
特定の実施形態では、送電線は、機関車、路面電車、またはトロリーバス等の電動車両に電力を提供する線である。いくつかの導体のうちの１つは、パンタグラフまたはトロリーワイヤ等の摺動機械的連動と直接電気接触状態にある。特定の実施形態では、パンタグラフと接触する導体は、２つの他のワイヤの材料より高い電気抵抗を有するが、機械的強度の高い材料で形成される。例えば、パンタグラフを接触させるための導体は、鋼、ステンレス鋼、青銅、真鍮、または銅被覆あるいはアルミニウム被覆鋼で形成され得るが、２つの並列導体は、アルミニウム、アルミニウム合金、または銅で形成される。
【００１５】
特定の実施形態では、各ケーブルは、少なくとも５つの相互に絶縁された導体を有し、５つの導体は全て、通常動作の場合は並列であり、除氷する場合は直列である。３、７、および他の数字の導体を有する他の実施形態が開示される。
【００１６】
別の実施形態では、送電線のケーブルを除氷するためのシステムであって、各ケーブルは、少なくとも２つの区分に分割される。各区分は、少なくとも３つの導体を有し、それらは通常動作の場合は並列に配置され、除氷動作の場合は直列に配置される。システムコントローラは、ケーブルの区分を連続的に除氷して、送電線による送電の過度の干渉を防止するために提供される。
【００１７】
特定の実施形態では、ケーブルの温度を監視するため、およびケーブルの過熱が検出された場合に導体を並列に戻すための装置が提供される。
【００１８】
別の実施形態では、送電線の導体を並列構成と直列構成との間で切り替えるためのスイッチボックスは、充電器を持つ電力貯蔵デバイス、コマンドを受信するための制御信号受信器、およびケーブルの少なくとも１つの導体を通る電流を決定するための制御信号受信器によって制御される少なくとも１つのスイッチボックス、および制御信号受信器を解除し、ケーブルの導体上で高温が検出されると、ケーブル導体を並列構成に配置するための装置を有する。
【００１９】
別の実施形態では、ケーブルは、複数の導体を有する必要はないが、鋼ワイヤ等の電気的に抵抗強度コア、および少なくとも１つの導体を有し、本システムは、導体から抵抗強度コアを通る十分な電流を迂回させて、第１の動作モードでケーブルを除氷するためのスイッチボックスを有し、実質的に全ての電流は第２の動作モードで導体を通過する。
【００２０】
特定の実施形態では、スイッチボックスは、インダクタンスを導体と直列に配置するか、または増加することによって、強度コアを通して電流を迂回させ、強度コアは、インダクタンスと導体の直列の組み合わせと並列にあり、インダクタンスの誘導リアクタンスのために、増加電流を取る。
【００２１】
別の特定の実施形態では、スイッチボックスは、変圧器およびスイッチを有し、該変圧器は、通常動作でバイパスされ、ステップアップ変圧器として動作して、除氷モード中に、電力を強度コアの中へ迂回させる。
【００２２】
別の特定の実施形態では、スイッチボックスは、ケーブルの温度を監視するため、および高温に遭遇した場合に通常動作レベルに向けて強度コア内の電流を低減するためのデバイスを組み込む。
【００２３】
ケーブルが、第１のスイッチボックスと第２のスイッチボックスとの間にいくつかの導体を持つ区分を有する、送電線のケーブルを除氷するための方法が開示される。ケーブルの区分は、通常動作モードを有し、導体は、電気的に並列接続される。氷が検出され、除氷が望ましい場合、スイッチボックスを再構成して、導体のうちのいくつかを電気的に直接に連結し、それによって、ケーブルの区分を高抵抗除氷モードにする。ケーブルの区分内を流れる電流は、ケーブルの区分を抵抗的に加熱して除氷する。除氷後に、スイッチボックスのスイッチを再構成して、ケーブルの区分を通常動作モードに戻す。
【００２４】
該方法の特定の実施形態では、ケーブル内の電流が監視される。本実施形態では、コントローラは、ケーブル内の電流に従って、スイッチのいくつかの除氷構成の中から選択する。さらに、除氷するために電流が低すぎる場合、コントローラは、ケーブル内の電流の増加を要求し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、送電線の氷の蓄積を防止するか、または送電線から氷の蓄積を除去するためのシステムを示す概略図である。
【図２】図２は、輸送システムにおいて電力を送信するために使用される、トロリーワイヤの氷の蓄積を防止するか、またはそこから氷の蓄積を除去するための実施形態を示す。
【図３】図３は、図２のシステムとともに使用するためのケーブルの代替実施形態を示す。
【図４】図４は、ケーブル当たり５つの導体を有する、氷の蓄積を防止するためのシステムの代替実施形態の１つのケーブルの１つの区分を示す電気回路図である。
【図５】図５は、ケーブル当たり５つの導体を有する、氷の蓄積を防止するためのシステムの代替実施形態のケーブルの１つの区分を動作させる、代替方法の電界回路図である。
【図６】図６は、ケーブル当たり５つの導体を有する、氷の蓄積を防止するためのシステムの代替実施形態のケーブルの１つの区分を動作させる、代替方法の電気回路図である。
【図７】図７は、ケーブル当たり６つの導体を有する、氷の蓄積を防止するためのシステムの代替実施形態のケーブルの１つの区分を示す、代替方法の電気回路図である。
【図８】図８は、ケーブル当たり７つの導体を有する、代替実施形態の１つのケーブルの１つの区分の電気回路図である。
【図９】図９は、互いに熱接触する７つの導体および鋼強度部材を有するケーブルの断面図である。
【図１０】図１０は、システム内で使用するための太陽電池により電力供給されるスイッチボックスのブロック図である。
【図１１】図１１は、システム内で使用するための代替スイッチボックスのブロック図である。
【図１２】図１２は、複数のケーブル区分を有し、各区分は、独立した、または連続する除氷または防氷動作を行うことができるシステムを示す。
【図１３】図１３は、図１のシステムとともに使用するための第１のケーブルの断面を示す。
【図１４】図１４は、図４のシステムとともに使用するための第２のケーブルの断面を示す。
【図１５】図１５は、図１のシステムとともに使用するための第３のケーブルの断面を示す。
【図１６】図１６は、直列接続されたスイッチを有する代替実施形態を示す。
【図１７】図１７は、ＰＣＴ／ＵＳ２００４／２７４０８号に提案されるような電力線の除氷システムを示す。
【図１８】図１８は、外部導電層から電気的に絶縁される鋼強度コアを有するケーブルの断面を示す。
【図１９】図１９は、区分当たり２つの導体と単一のスイッチを有する除氷システムを示す。
【図２０】図２０は、図１９の除氷システムとともに使用するために適した誘導スイッチボックスの概略図である。
【図２１】図２１は、図２０の誘導スイッチボックスとともに使用するための代替コアを示す概略図である。
【図２２】図２２は、ケーブル内の電圧損失を低減するためのステップアップ変圧器を有する、区分当たり単一のスイッチボックスを有する代替除氷システムの概略図である。
【図２３】図２３は、図１および１５のいくつかの特徴を有する、代替実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（本実施形態の詳細な説明）
送電線１００上に蓄積した氷を電気的に除去する、または蓄積を防止するためのシステムが、図１に示される。便宜上、３つのケーブル１０２または通常の三相交流線の相のうちの１つのみが示される。図１の実施形態では、ケーブル１０２は、３つの並列導体１０４、１０６、１０８で構成される。３つの導体１０４、１０６、１０８は、スペーサ１１０をケーブル１０２に沿って絶縁することによって、１つに束ねる。
【００２７】
ケーブル１０２は、絶縁体１１２によってタワー１１４から吊設されるか、または代替実施形態では、ポール（図示せず）から吊設される。ケーブル１０２の区分の末端では、第１のスイッチボックス１１６および第２のスイッチボックス１１８は、ケーブル１０２に沿って絶縁体１１２から吊設される。各スイッチボックス１１６、１１８は、スイッチボックス１２０およびスイッチボックスアクチュエータコントローラ１２２を含む。
【００２８】
送電線の所定区分の場合、スイッチボックス１１６、１１８は、第１のスイッチ閉鎖状態または第２のスイッチ開放状態のいずれかである。通常動作中、スイッチボックスは、電気的に並列接続されたケーブル１０２の全ての並列導体１０４、１０６、１０８とともに、スイッチ閉鎖状態を維持する。送電線１００に沿って氷の蓄積が認められる、または疑われる場合、または氷結気象条件のために、氷の蓄積を防止することが望ましい場合、ボックス１１６、１１８のスイッチ１２０は、スイッチ開放状態に置かれる。これによって、ケーブル１０２の３つの導体１０４、１０６、１０８は、並列の代わりに直列で電気的に接続され、１つの導体１０４は逆方向の電力を搬送し、それによってケーブル１０２の区分の実効抵抗を９倍増加させる。
【００２９】
スイッチ１２０がスイッチ開放状態にあり、ケーブル１０２の実効抵抗が通常状態の９倍に増加すると、区分に沿った電圧の対応する９倍の増加は、通常のスイッチ閉鎖状態で、ケーブル１０２の自己発熱の対応する９倍の増加をもたらし、ケーブル１０２の加熱を提供して、蓄積した氷を溶解し、追加の氷の蓄積を遅延させる。本文書の目的において、防氷動作は、蓄積した氷を溶解するか、または追加の氷の蓄積を遅延させるように、ケーブル１０２の加熱を提供する様式での、ケーブル区分の動作である。
【００３０】
スイッチボックス１１６、１１８のスイッチ１２０は、システムコントローラ１２４の制御下で動作する。一実施形態では、システムコントローラ１２４は、ネットワーク運営センタ―に位置する。別の実施形態では、システムコントローラ１２４は、氷の蓄積を含む、局所気象条件を感知することができる自動装置であり、氷の蓄積の影響を受けるケーブル１０２の区分の付近にあるタワー１１４に取り付けられ、スイッチボックス１１６、１１８をその制御下に有する。このようにして、スイッチボックス１１６および１１８双方のスイッチは、スイッチボックス１１６および１１８が１マイル以上離れて位置しているとしても、基本的に同時に開閉することができる。
【００３１】
図１の実施形態は、図２に示されるように、ケーブルまたは極性のＤＣ送電線またはトロリー電力線にも適用可能である。図２の実施形態では、２つのスイッチボックス１５６、１５８の間に、蛇行形態に連結される３つの並列導体１５０、１５２、１５４がある。３つの導体のうちの１つ、接触導体１５４は、電動車両１６２のパンタグラフ１６０または他のトロリーワイヤ接触装置と接触するためにアクセス可能であるように配置される。
【００３２】
車両１６２は、レール１６４を通る車両電流の帰還経路を有する、電気機関車または図示されるような路面電車ユニットであり得る。代替実施形態では、２組の並列導体１５４およびスイッチボックス１５６、１５８が、二重トロリーワイヤ接触装置１６０とともに提供され、１つは、ＤＣまたはＡＣトロリーワイヤシステムの各相または極性用であり、車両１６２が双方の相または極性に接続するようにする。本代替実施形態では、車両１６２は、長年サンフランシスコで運航している電動バス等のゴムタイヤ車両であってもよい。
【００３３】
図２の実施形態では、スイッチ１６８、１６６を開放して除氷モードにし、閉鎖して通常動作モードにすることができる。これらのスイッチ１６８、１６６を開放すると、システムの後方区分において車両１６２によって引き込まれている電流等の、導体１５４、１５２、１５０を流れる電流は、３つの導体１５４、１５２、１５０の全てを同時ではなく連続して通過して、電流密度を増加し、導体を加熱する。
【００３４】
図２の実施形態では、接触導体１５４は、他の接触導体または非接触導体１５２、１５０のものとは異なる材料で製造され得るが、必ずしもそうである必要はない。例えば、接触導体は、高強度中抵抗の青銅、真鍮、銅覆鋼、ステンレス鋼、またはアルミニウム覆鋼であってもよく、低抵抗の銅またはアルミニウム製の並列導体１５０、１５２を有する。本実施形態は、パンタグラフまたはトロリーワイヤ接触装置１６０との接触に起因して、高強度接触導体がより良く機械ストレスに抵抗し得るという点で有利である。さらに、非接触導体１５２、１５０を除氷して、重量および風に関連する損傷を回避することが望ましいが、接触導体１５４上の氷は、接触導体１５４からパンタグラフまたは他のトロリーワイヤ接触装置１６０への電力伝達を干渉し得る。接触導体１５４のより高い抵抗は、接触導体１５４の即時かつ急速な除氷を保証することに役立ち、氷結条件中の車両１６２の継続運転を保証し得る。本代替実施形態では、スイッチ１６６、１６８を短時間開放することで接触導体１５４を除氷し、継続運転を保証することができるが、スイッチ１６６、１６８を繰り返し、または長時間開放すると、氷の蓄積が重量または風に関連する損傷をもたらす恐れがある場合に、非接触導体１５２、１５０を除氷することができる。
【００３５】
図２のトロリーシステムのいくつかの実施形態では、非接触導体１５０、１５２は、接触導体１５４から個別に吊設されるか、またはスペーサによって分離された導体１５０、１５２、１５４に近接するが、代替実施形態では、図３に示されるように、接触導体１５４は、絶縁材料および非接触導体１５０、１５２を含むシェルを形成し得る。
【００３６】
本システム１００は、ケーブル１０２の１つの導体１０４における電流の方向が逆であるという点、およびＣｏｕｔｕｒｅは、一度に１つまたは数個の導体のみを除氷するという点でＣｏｕｔｕｒｅのシステムとは異なり、システム１００は、離間した導体ケーブルの場合、区分の３つの導体全てを同時に除氷するが、Ｃｏｕｔｕｒｅは、ケーブルの全ての導体をクリアするためにいくつかの連続する除氷動作を必要とする。システム１００は、スイッチの数および位置においてもＣｏｕｔｕｒｅのシステムと異なる。Ｃｏｕｔｕｒｅは、１組のスイッチを区分の２つの末端の間にある一点に配置するが、システム１００では、スイッチは区分の末端の双方に配置される。３つの導体線のためのＣｏｕｔｕｒｅのシステムは、３つのスイッチを有するが、システム１００は、スイッチを２つのみ有する。もう１つの差異は、システムスイッチの全てが開放位置で故障すると、電流が流れ、したがって電力伝達が中断されるが、システム１００は、例えば、雷によってシステムが故障、または損傷した場合に起こり得るように、全てのスイッチが開放していても継続して電流を提供することである。同様に、システム１００は、ループが形成されず、追加の電流がループに引加されないため、Ｓｈｉｍａｄａのシステムとは異なる。
【００３７】
図４の氷の蓄積を除去または防止するためのシステム２００の代替実施形態は、ケーブル２０２当たり３つではなく、５つの導体を有する。本実施形態では、各スイッチボックス２０４、２１０は、２つの連動スイッチ２０６、２０７、２０９およびアクチュエータコントローラ２０８を有する。本実施形態では、スイッチ２０６、２０７、２０９の開放は、ケーブル２０２の実効抵抗が２５倍増加するという結果をもたらし、それによって、ケーブル１０２の自己発熱を高めて、蓄積した氷を溶解し、追加の氷の蓄積を遅延させる。図４の実施形態では、５つのうちの２つの導体は、電流を逆方向に搬送するが、３つの導体は電流を順方向に搬送する。
【００３８】
図４の実施形態では、ケーブル１０２の区分における全導体の有効長は、５倍増加する。６０サイクルの電力線ＡＣ電流の波長は約３０００マイルであるため、この長さの増加によって導入される位相は、数マイル長の区分が除氷される場合に電力網で動作させられると、送電線内の電力潮流に対して有意な影響を及ぼさず、有意な位相をもたらさない。さらに、３つの相全てにおいて同時にスイッチを動作させることによって、３つの相線において同時に長さ（および導体抵抗）を増加し得るため、送電線の異なる相導体の間の除氷動作によって追加される有意な位相があってはならない。
【００３９】
上述の抵抗および電力消費の増加は、オープンエアスペーサにより離間した導体ケーブルを用いる場合と同様に、ケーブルの各導体に対して等しい抵抗を有する実施形態を想定する。他の実施形態では、ケーブル内の個別の導体の抵抗は、異なる抵抗を有し得、達成される抵抗比は、導体の実効抵抗によって異なる。
【００４０】
ケーブル１０２の自己発熱の２５倍の増加は、ケーブルが低電流を伝導している時に望ましい場合があるが、ケーブルが、高電流で動作している、および／またはスペーサによって離間させる代わりに、１つに束ねられたいくつかの導体を有する場合は過剰となり得る。図４に示されるスイッチボックスの配置は、図５に示されるような他の有効電力消費の増加を生じるように代替方法で動作させられ得る。
【００４１】
図５の実施形態では、スイッチ２０６、２０９を開放して除氷モードにするが、スイッチボックス２０７は依然として閉鎖している。本実施形態では、導体当たりの抵抗が等しいと想定すると、ケーブル区分の実効抵抗は５倍増加する。
【００４２】
同様に、図６の実施形態２１５では、スイッチ２０６、２０７は開放しているが、スイッチボックス２０９は依然として閉鎖している。本実施形態では、各導体が抵抗Ｒを有すると想定すると、ケーブル区分の実効抵抗は、１／５Ｒから３Ｒに増加し、１５倍の抵抗の増加である。
【００４３】
６つ以上の導体を持つケーブルを有する実施形態は、奇数の導体を有し得る。図７の６導体実施形態２２０では、ケーブル区分の抵抗は、スイッチ２０６、２２２が開放すると１／６Ｒから３と１／２Ｒに増加し、９倍の増加である。システムの他の構成が可能であり、除氷モードで他の電力増加を有し、例えば、スイッチボックス２２２は依然として閉鎖しているが、スイッチ２０６が開放する場合、抵抗は１／６Ｒから３と３／４Ｒに増加し、４と１／２倍の増加である。
【００４４】
同様に、代替実施形態２５０は、各ケーブルに７つの導体、および各スイッチボックス２６８、２７０に３または４つの（図８に示されるような）スイッチ２５２、２５４、２５６、２５８、２６０、２６２、２６４、２６６を有し得る。図８の実施形態では、ケーブルの実効抵抗は、図１に示されるように、どのスイッチが開放されるかに従ってプログラム可能であり、全てのスイッチが閉鎖されると、ケーブルの抵抗は最大４９倍になる。追加の代替例およびパターンは図１に描写されていないことに留意されたい。ある程度、開放スイッチのパターンは、防氷動作において、どの導体を加熱し、どれを依然として励起しないかを選択することもできる。代替実施形態では、スイッチ２６６および２５２は、提供される抵抗オプションの低減が最小であるワイヤで置き換えられる。システムの最小抵抗構成と最大抵抗構成との間の動作モードは、本明細書において中間抵抗モードとして知られ、これらの多くは表１に示される。実施形態では、システムコントローラは、送電線を通る電力を監視し、除氷するために必要な抵抗を決定し、送電線内の電流に適切なように、最小抵抗、最大抵抗、および中間抵抗モードから除氷モードを選択する。いくつかの実施形態では、システムコントローラは、電力貯蔵システム、生成システム、またはネットワーク運営センタ―に要求を伝送することもでき、送電線内の電流が増加して、除氷のために十分な電流を提供する。
【００４５】
【表１】
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他の代替実施形態は、他の数の導体を有して存在し得、例えば、各ケーブルに９つの導体および各スイッチボックスに４つのスイッチを有する実施形態は、スイッチが開放されると、最大８１倍増加する実効抵抗を有する。
【００４６】
特定の実施形態では、送電線システムは、それぞれ図８の概略図に対応する複数の区分を有する相ケーブル２６７を有する。本実施形態では、ケーブル２６７は、アルミニウムまたは銅製の７つの導体２５３、２５５、２５７、２５９、２６１、２６３、２６５を有し、それらは、図９のケーブル断面に従って、熱および機械的接触で互いに結合され、および中央鋼強度部材２８０に結合される。７つの導体は、図８の７つの導体に対応する。本実施形態では、相ケーブルは、図１の様式に類似する様式で、タワーから吊設され、システムコントローラ１２４を備える。
【００４７】
本実施形態では、コントローラ１２４は、送電線ケーブルを通る電流を監視する。氷が検出されると、コントローラ１２４は、ケーブル２６７の適切な加熱を提供してケーブルを除氷するが、ケーブル２６７に対する損傷を回避する、抵抗の増加を決定する。次に、コントローラは、スイッチボックス２６８、２７０のスイッチ２５２、２５４、２５６、２５８、２６０、２６２、２６４、２６６のための開放スイッチの構成を自動的に決定し、該構成をスイッチボックス２６８、２７０に伝送して、システムを特定ケーブル２６７区分に対して除氷モードにする。ケーブル２６７区分の除氷が完了すると、スイッチは閉鎖して通常動作に戻る。
【００４８】
氷が検出され、除氷が望ましいが、ケーブル２６７が搬送している電流が、スイッチボックス２６８、２７０のスイッチ２５２、２５４、２５６、２５８、２６０、２６２、２６４、２６６の最大抵抗構成であっても除氷するために適した加熱を提供するには少なすぎる場合では、コントローラ１２４は、要求をグリッド管理システムに伝送し、十分な電力がケーブル２６７を通して搬送され、ケーブル２６７を除氷するように電力網を再構成し得る。電力貯蔵システムを電力網に接続する送電線の場合では、貯蔵システムは、十分な電力を貯蔵または放出して、線を除氷することを必要とし得る。
【００４９】
送電線の抵抗自己発熱は、送電線を通る電流Ｉの平方×線の抵抗Ｒ（Ｉ２＊Ｒ）に比例する。表１の抵抗増加は、ケーブルの各導体が等しい抵抗を有するという想定に基づいて計算される。送電線内の電流が比較的低い場合があり得るため、最大抵抗増加が、等しい抵抗の導体を用いて達成されるより有意に高くなり得るように、異なる抵抗の導体を有することが望ましい、送電線システムが存在し得る。例えば、図８の実施形態の変型実施形態では、ワイヤ２６３および２６５は、他の、または低抵抗の導体２５３、２５５、２５７、２５９、２６１の抵抗の１０倍の抵抗を有する。通常動作中、これらの導体２６３、２６５は、ほとんど電流を搬送せず、実効抵抗Ｒは、低抵抗導体２５３、２５５、２５７、２５９、２６１のそれぞれの抵抗の実効抵抗の１／５よりわずかに少ない。７つの導体全ては、スイッチ２５２および２５６のみを閉鎖することによって、直列に構成されるならば、実効抵抗は、１２５Ｒまで増加し、スイッチ２５８および２６０が閉鎖される場合は、７０Ｒまでの中間増加を伴う。一式の他の中間抵抗増加は、コントローラ１２４に対して選択するために得られ、容易に計算され得る。
【００５０】
さらに別の代替実施形態では、導体２６３は、各低抵抗導体２５３、２５５、２５７、２５９、２６１の抵抗の１０倍の抵抗を有し、導体２６５は、各低抵抗導体２５３、２５５、２５７、２５９、２６１の抵抗の３０倍の抵抗を有する。本実施形態では、７０倍Ｒまでの中間増加が得られ、２２５倍Ｒまでの最大増加が得られる。これらの実施形態では、コントローラ１２４は、線内で得られる電流の量に基づいて、除氷するために適した加熱を提供するために適切なスイッチボックス構成を選択する。次いで、本構成をスイッチボックス２６８、２７０に伝送し、したがってそれらのスイッチを設定する。コントローラは、送電線内の電流の監視を継続し、除氷するために適した加熱を提供する一方で、送電線を損傷し得る過剰加熱を回避するように電流が変化すると、スイッチボックス２６８、２７０のスイッチを再構成し得る。コントローラ１２４は、個別のコントローラであり得るか、またはスイッチボックス２６８、２７０に統合され得る。
【００５１】
一実施形態では、送電線区分２６７は、電力貯蔵サブシステムを有する太陽または風力発電システムから電力を搬送する。本実施形態では、送電線が電流をほとんどまたは全く搬送していない防氷モードに入ると、コントローラ１２４は、いくらかの貯蔵電力を送電線上で放出し、線を除氷するための電流を提供するよう求める要求を電力貯蔵サブシステムに伝送し得る。
【００５２】
代替実施形態は、図示するためにＮワイヤと称する、追加のワイヤを有してもよく、それぞれケーブル内で互いから相互に絶縁される。図８の導体に類似する実施形態の各導体は、１つ以上のＮワイヤから組み立てられ得る。スイッチボックスによって見られるＭ個の有効導体を有する実施形態では、ケーブル内にＮ個の絶縁ワイヤを有する場合、ＭはＮより少ないかまたは等しい。各導体内のワイヤの数は、導体間で異なり得、より抵抗の大きい導体は、低抵抗を有する導体より少数のワイヤを有し得る。
【００５３】
局所配電送電線は、３，５００〜２５，０００ボルトの間で動作する場合が多いが、多くの「高圧」三相送電線は、６０，０００〜１，２００，０００ボルトの間の電圧で動作する。従来の構成を有する実施形態は、いくつかの局所配電送電線とともに使用するために適切であり得るが、高圧送電線上の動作は、さらなる難題をもたらす。
【００５４】
高圧送電線とともに使用するために特に適した一実施形態（図１０）は、スイッチボックス２０４、１１６、１１８の全構成要素が電力線１０２、２０２電圧付近で動作するため、スイッチボックス２０４、１１６、１１８は、絶縁体１１２のケーブル２０２、１０２末端に取り付けられ、ケーブルで吊設される。そのような実施形態では、通常の１１５Ｖ  ＡＣ電力からスイッチボックス２０４、１１６、１１８に電力供給することは実用的でない。その結果、スイッチボックス２０４、１１６、１１８、３００は、ウルトラコンデンサまたはバッテリ等の内部電力貯蔵３０２によって電力供給される。
【００５５】
大部分の実施形態では、電力貯蔵３０２は、ケーブル１０２、２０２の１つ以上の導体を取り囲む誘導ピックアップ３０４、ソーラーパネル３０６、または接地するための小容量コンデンサ３０８等のデバイスから選択されるデバイスによって、チャージャ３１０を通して充電される。電力貯蔵３０２は、通常、電力を消費するスイッチボックス３００の唯一の構成要素である、制御信号受信器３１２に電力供給する。
【００５６】
制御信号受信器３１２が、システム制御１２４から適切にコード化された「除氷」コマンド、伝送されている電力とともに、ケーブル１０２、２０２上に重ね合わされる高周波搬送波を介して、制御１２４から受信器３１２に伝送され得る、コマンドを光ファイバ上で光学的に、またはラジオによって受信すると、受信器３１２は、高電流スイッチボックスまたはスイッチ３１６を開放する、電気的に動作させられるスイッチボックスアクチュエータ３１４を作動させる。スイッチボックスアクチュエータ３１４は、ソレノイド、エレクトロマグネット、または電動機を組み込んでもよく、電気的に動作させられるスイッチングデバイスの技術分野において知られるような、急速開閉のための追加バネを組み込んでもよい。代替実施形態では、スイッチボックス３１６は、電子スイッチであり、さらに別の実施形態は、電気的に動作させられる機械スイッチと並列に電子スイッチを有する。
【００５７】
一実施形態では、アクチュエータ３１４は、スイッチボックス３１６を閉鎖状態で保つ傾向があるバネ３１８の力に対抗するように動作する。
【００５８】
暑い夏の日にスイッチ３１６を不注意に開放しながら全付加で動作していると、過剰な電力損失および線の加熱をもたらし得るだけでなく、地面上の人または建物に危険をもたらすに足るたるみをもたらし得るか、またはケーブル１０２に損傷をもたらすこともあるため、アクチュエータ３１４は、スイッチボックス３００のケースに対して作用しないが、スイッチボックス３００から短距離にあるケーブル１０２の導体１０４等の１つの導体に取り付けられる、クランプ３２２に可融性リンク３２０を介して作用することによって、スイッチボックス３１６を引いて開ける。可融性リンク３２０は、導体１０４に隣接し、ケーブル１０２の過剰なたるみまたは損傷が生じる温度に導体１０４が到達する前に壊れ、バネ１１８がスイッチボックス１１６を閉鎖することを可能にするように、低融点金属または樹脂で形成される。したがって、氷除去または氷防止のためのシステムが故障すると、スイッチ１１６は閉鎖（低抵抗）状態になる。
【００５９】
図１１に示されるような代替実施形態は、相当の電流を中断する必要があり得るスイッチボックスの構成要素をスイッチングするために、商業的に入手可能な接触器および／またはソリッドステートリレーを使用してもよいという利点を有する。本実施形態では、制御信号受信器３１２は、通常、電気的に作動させた接触器モジュール３４０を作動させることによって、低抵抗条件と高抵抗条件との間でケーブル１０２、２０２をスイッチする。接触器モジュール３４０は、電気機械的スイッチングデバイスを組み込み得るか、またはスイッチボックス全体で見られる最大電圧は、送電線の動作電圧よりはるかに低いため、ソリッドステートリレーデバイス、あるいは双方を含み得る。適切に時間調節した電気機械的スイッチングと並行して、ソリッドステートリレーデバイスを使用する利点は、電気機械的スイッチングデバイスが、約数百アンペアであり得る送電線電流に低スイッチング抵抗を提供して、ソリッドステートリレーデバイスの自己発熱を低減する一方で、ソリッドステートリレーデバイスは、電気機械的デバイスが閉鎖する前に閉鎖し、電気機械的デバイスが開放した後に開放することによって、電気機械的デバイスを開閉することに関連する、任意の接触アーク発生を抑制し得ることである。
【００６０】
図１１の実施形態では、接触器モジュール３４０は、クランプ３２２が締め付けられる導体３４６内の過剰な加熱に起因して可融性リンク３２０が溶解すると、バネ３４４によって閉鎖される、安全スイッチ３４２に並列接続される。これは、導体３４６が高温に達すると、制御信号受信器３１２およびスイッチ３４０の双方を効率的に無効にする。これは、スイッチボックスが故障した場合に、ケーブル１０２、２０２の過剰なたるみ、または過熱損傷を防止するが、特に未修復で放置されると、後にケーブル１０２、２０２に対するいくらかの氷損傷のリスクをもたらす。
【００６１】
別の実施形態では、制御信号受信器３１２は、温度センサ３２４によって感知される温度を監視し、スイッチ３４０を閉鎖して、良好な除氷を示すが、可融性リンク３２０を溶解するために必要とされる温度より低い温度で、全ての導体を並列動作に戻す。一実施形態では、温度／状態送信器３２６は、導体の他の末端にあるスイッチボックスも、全ての導体を並列動作に戻すことができるように、高温に起因する３４０の閉鎖の表示をスイッチシステムコントローラ１２４に伝送する。線区分のスイッチボックスが、一方のスイッチボックスが開放したスイッチ３４０を有し、他方が閉鎖したスイッチ３４０を有するという一貫性のない状態である場合、可融性リンク３２０は、好ましくは最高電流を有する導体上に位置する。
【００６２】
システム制御１２４のフィードバックを提供し、故障したスイッチボックスの修理を促すために、安全スイッチ３４２と連動される感知スイッチボックス３４７の状態は、可融性リンク３２０の障害を感知し、送信器３２６を介してこの情報をシステム制御１２４に伝送する。
【００６３】
システムの制御を支援するために、温度センサ３２４（図１０および１１）をクランプ３２２に取り付けてもよく、温度の読み取り値は、温度送信器３２６によってシステム制御１２４に伝送され、例えば、ケーブル１０２の導体１０４の温度が水の凍結点を有意に超えるために、いつ区分の除氷が完了すると期待されるかを標示する。
【００６４】
あるいは、センサ３２４を使用して、除氷または防氷動作中に事前設定した値、例えば、＋１０℃にケーブル温度を維持することができる。そうすることにより、温度が事前設定した値に到達するとスイッチは閉鎖し、該値より下落すると開放する。これは、除氷／防氷のために消費される総電力を効果的に低減し、ケーブルの過熱も防止する。
【００６５】
図１２の実施形態では、数百マイル長であり得、多様な地形および気候域を横断し得る送電線の各ケーブル４００は、例えば、１／１０〜１０マイル長の区分４０２および区分４０４等の区分に分割される。各区分は、第１のスイッチボックス４０６、４１０、４１４および第２のスイッチボックス４０８、４１２、４１６を有する。送電線内の過剰な電圧降下を防止するために、ケーブル１０２を除氷することが望ましいと決定されると、第１の区分４０２のスイッチボックス４０６、４０８を作動させて、スイッチを開放する。該区分が除氷されると、第１の区分のスイッチを閉鎖し、第２の区分のスイッチボックス４１０、４１２を作動させて、スイッチボックスを開放する等、ケーブル４００の全ての氷結区分が除氷されるまで連続する。同様に、ケーブル４００を区分に分割することは、氷結条件に曝されている、または曝露されるケーブル４００のそれらの区分の除氷を許可する一方で、異なる気候に曝露される区分が通常動作を継続することを可能にする。
【００６６】
線の区分を連続して除氷することによって、電圧降下を制限することは、電力網の安定性を維持することに役立ち、顧客に気付かれ得る送電線内の電圧降下を回避する。
【００６７】
図１３は、本ケーブル除氷システムのスイッチボックス当たり単一スイッチの３つの導体ケーブルとともに使用するために適したケーブルの断面を示す。ゴム絶縁体を持つ非導電樹脂、セラミック、または金属であり得る三角スペーサ５０２は、ケーブルの各導体５０４に取り付けられる。導体５０４へのスペーサ５０２の取り付けは、ケーブルおよび絶縁体の基底部分の上にキャップを成形、粘付けし、ネジでキャップを絶縁体の底部に固定することによって、または離間した導体ケーブルの技術分野において知られるようなそのような他の方法によって行ってもよい。各導体５０４は、任意選択の鋼支持中心５０６上の導電性銅またはアルミニウムシェルであり得るか、または複数の鋼ストランドの支持中心に巻きつけられた導電性銅またはアルミニウムストランドから組み立てられてもよい。スペーサ５０２は、ケーブルに沿って均一の距離で位置付けられ、スペーサ間隔は、ケーブルの導体間の直接電気接触を防止するために十分小さくなるよう選択される。
【００６８】
図１４の実施形態では、４つの導体６０２は、スペーサ６０４によって中心導体６０６の周囲にスペーサに位置付けられ、５つの導体のそれぞれは、基本的に等しい電流容量である。示される実施形態では、１つの導体６０６または５つの導体６０２、６０６全ては、タワー間の長スパンに必要とされる強度を提供するように鋼心６０８を有してもよい。全ての５つの導体６０２は、除氷中に電流を搬送するため、これらの導体が互いに熱接触にない場合でも、５つの導体は全て除氷される。
【００６９】
図１５の実施形態では、ケーブル１０２または２０２として使用するためのケーブル７００は、鎖状の鋼であり得る、強度コア７０８を中心にして組み立てられる３つ（図示される）、５つ、７つ、または９つの導体７０２、７０４、７０６を有する。鎖状の銅またはアルミニウムであり得る、導体７０２、７０４、７０６は、互いから絶縁され、押し出し成形された樹脂絶縁層７１０で被覆される。
【００７０】
図１３、１４、および１５を参照して、導体５０４、６０２、６０６、７０２、７０４、７０６および鋼支持コア５０６、６０８、７０８は、堅固である必要はないと予想され、大部分の実施形態では、これらは、送電線配線の技術分野において知られるような可撓性および容易なインストールのために鎖状構成である。導体および鋼心は、マージされてもよく、これらは、鎖状のＣｏｐｐｅｒｗｅｌｄ（登録商標）（銅被覆鋼）ワイヤ等の導体被覆鋼の複数の個別のストランドを有する、鎖状の導体であってもよい。さらに、実施形態は、本明細書で参照される導体にまとめられる多数の小さい絶縁ワイヤを有し得、例えば、送電線ケーブルは、それぞれ本発明に従う除氷の目的で２つのワイヤから成る３つのグループにまとめられる６つのワイヤを有し得、ワイヤの各対は、前述されるように除氷するための導体として取り扱われる。
【００７１】
本明細書に説明する原理は、ＤＣ送電線にも適用可能である。送電線内の電流からの誘導ピックアップによって、または高圧コンデンサを通して、ＤＣ送電線のスイッチボックスに電力供給することは不可能であるが、他のスイッチボックス電力供給配置を使用してもよく、太陽電池およびバッテリ配置を含むが、これに限定されない。
【００７２】
本明細書に説明するシステムは、システムコントローラ１２４からスイッチボックス３００に伝送される制御信号を使用する。スイッチボックスのスイッチの偶発的開放または未承認者によるシステムの妨害を防止するために、制御信号は、暗号化形式で伝送され、コード化されることが望ましいと考えられる。
【００７３】
図１６の実施形態では、代替スイッチボックス構成が同様の効果をもたらす。本実施形態の相８００では、ケーブル８０２は、２つのスイッチボックス８０４、８０５の間を通る３より大きい奇数の導体８１０、８１２、８１４、８１６、８１８を有する。通常動作中、直列接続されるスイッチ８０６および８０７は、導体８１２、８１４、８１６、および８１８を導体８１０および入力８２０、ならびに出力スイッチボックス８０５に並列接続し、対応するスイッチは閉鎖される。スイッチボックス制御およびアクチュエータ８０８は、スイッチ８０６および８０７を開放し、電流は、５つの導体８１０、８１２、８１４、８１６、８１８の全てを直列に通って流れるよう強制され、それによって、これらの導体の抵抗自己発熱をもたらす。この構成は、直列配列における第１のスイッチ（例えば、スイッチボックス８０６）内の電流を増加させて、任意の１つのスイッチ全体で見られる電圧を低減する効果を有する。
【００７４】
送電線の除氷システムは、通常、三相のそれぞれをケーブル９００上で伝導すること、および図１７に示され、ＰＣＴ／ＵＳ２００４／２７４０８号に開示されるように、ケーブルを２つの導体９０４、９０６に分割することが提案されている。ケーブルの区分９１０の末端にあるスイッチボックス９０８は、並列の２つの導体９０４、９０６を用いる通常動作と、２つの導体９０４、９０６のうちの１つ９０６のみを流れる電流を用いる除氷動作との間を移行し、１つの導体９０４は、ケーブルの抵抗が、ケーブルを除氷するために十分な自己発熱をもたらし、さらなる氷の蓄積を防止するために十分高くなるようなサイズで除氷中に使用されるが、通常導体中に並列接続される導体９０４は、通常動作中の損失を低下させるために適切な低抵抗を提供するサイズである。スイッチボックス９０８からの区分９１０の対向末端、および次の区分９１６のスイッチボックス９１４の前方で、２つの導体９０４、９０６は、ともに電気的にショート９１２する。ショート９１２時を除いて、導体９０４、９０６は、絶縁の層９１８によって分離される。ＰＣＴ／ＵＳ２００４／２７４０８号に開示される設計では、第１の導体９０４の除氷は、除去される氷に物理的に近いケーブルの外層であるが、通常の第２の導体９０６は、ケーブルの中心バルクであって、ケーブルの任意のコアを含み得る。
【００７５】
修正ケーブル１０００（図１８）を含む高圧送電線ケーブルは、鋼等の強力だが抵抗の高い材料から成るストランド１００４を有する強度コアを取り囲むアルミニウムまたは銅等の一般に多くのストランド１００２から成る導体を有し、鋼は、ケーブルの支持を助け、他の方法で可能になるより優れたタワーまたは極性間隙を可能にする。修正ケーブル１０００では、強度コアストランド１００４と導電ストランド１００２との間の電気接触を防止する追加の絶縁層１００６が存在する。
【００７６】
図１９に示されるような送電ケーブルに対して修正した除氷システム１１００は、鋼心１１０４、絶縁層１１０６、および導電層１１０８を有するケーブル１１０２を有し、絶縁層１１０６は、鋼心１１０４と導電層１１０８との間の接触を防止し、鋼心１１０４および導電層１１０８のそれぞれは、通常、複数のストランドで形成される。外部絶縁および気候保護層等の追加層が存在し得る。ケーブル１１０２は、区分１１１０に分離され、区分１１１０の１つの末端はスイッチボックス１１１４であり、他の末端は、鋼心１１０４と導電層１１０８との間の短絡接続１１１６である。
【００７７】
通常動作中に、スイッチボックス１１１４は、ケーブル１１０２の各区分の導電層１１０８の間の電気接続を維持する。本通常モードでは、ケーブル１０２を通る電流の大部分は、導電層１１０８を通過する。ケーブル１１０２の区分１１１０を除氷するために、該ケーブル１１０２の区分１１１０と関連したスイッチボックス１１１４のコントローラ１１１８は、スイッチボックス１１２０を開放し、それによって、導電層１１０８内の電流を低減または排除し、ケーブルは電力を伝導し続けている送電線の一部であるため、それに対応して、該区分１１１０の鋼心１１０４内の電流を増加させる。
【００７８】
代替実施形態では、図１５および１を参照して、図２３に示されるように、導電層は、図１または図４のものに類似するスイッチボックスに連結される、図１５に示されるような数個の導体７０２、７０４、７０６を有する。強度コア７０８は、ケーブルの区分の各末端で、スイッチボックス１４０１、１４０３の間で電気的に接続される。スイッチ１４０２、１４０４が開放すると、導電層７０２、７０４、７０６の実効抵抗は、閉鎖したスイッチを有するケーブルのそれと比較して増加し、全てではないが、より多くの電流が、鋼強度コア１１０４、７０８を通して迂回される。
【００７９】
一実施形態では、スイッチボックス１１１４は、インダクタ１１２２を含む。スイッチボックス１１２０が開放すると、インダクタは、ケーブル区分１１１０の低抵抗外部導電層１１０８とともに、電気的に直列に配置され、インダクタ１１１２と導電層１１０８のこの直列接続は、該区分の内部鋼心１１０４と電気的に並列であって、結果として、ケーブル１１０２内の全てではないが、いくらかの電流が、鋼心１１０４を通して迂回され、この電流の量は、スイッチボックス１１２０が閉鎖した状態での通常動作中に、鋼心１１０４を通る電流より実質的に大きい。
【００８０】
スイッチボックス１１１４は、図１０および図１１を参照して前述されるような電力供給配置および高温解除装置である。
【００８１】
代替実施形態では、図２０に示されるように、スイッチボックス１１１４の代わりに使用するために適したスイッチボックス１２００は、スイッチボックス１１２０を有しない。本実施形態では、スイッチボックス１２００は、前述のケーブル区分の外部導電層１１０８および内部鋼心１１０４の双方に接続される電力入力接続１２０２、およびケーブル区分１１１０の内部鋼心１１０４への接続のための電力出力接続１２０４であって、いくつかの実施形態では、本接続は、ケーブルの局所的に露出した鋼心１１０４を組み込み得る。
【００８２】
図２０の実施形態は、数巻の高電流容量ワイヤを有するコイル１２０６も有し、コイル１２０６は、ケーブル区分１１１０の外部導電層１１０８に接続するために、電力入力接続１２０２と第２の電力出力接続１２０８との間に接続される。スイッチボックス１２００は、図１０および１１を参照して前述されるような充電配置を有する電力貯蔵１２１２、および制御信号受信器１２１４を有する。制御信号受信器１２１４は、ケーブル区分１１１０を除氷するコマンドを受信し、受信器１２１４は、非磁気ケーブル１２１８上で引っ張る電動アクチュエータを作動させる。非磁気ケーブル１２１８は、滑車１２２０の上を通って磁気コア要素１２２２に至り、電動アクチュエータ１２１６の作動は、コア要素１２２２をコイル１２０６に引き入れる。コア要素１２２２がコイル１２０６に引き入れられると、コイル１２０６のインダクタンスは増加し、それによって、抵抗内部鋼心１１０４を通るケーブル１１０２内の電流の一部を迂回させる。
【００８３】
滑車１２２０は、リリースキャッチ１２２４を通してスイッチボックス１２００のケースに取り付けられ、コイル１２０６へのコア要素１２２２のソレノイド引力を克服するために十分な強度を有するバネ１２２６を接続して、コイル１２０６からコア要素１２２２を引き込む。スイッチボックス１２００制御信号受信器１２１４は、ケーブル区分１１１０の除氷を中止するコマンドを受信し、制御信号１２１４は、電動アクチュエータ１２１６に命令して、非磁気ケーブル１２１８をほどく。これは、バネ１２２６が、コイル１２０６からコア要素１２２２を引き込み、ケーブル選択１１１０を通常動作に戻すことを許可する。
【００８４】
図１１の可融性リンク３２０に関して前述されるような可融性リンクが、ケーブル区分１１１０の過剰加熱に起因して溶解する場合では、バネ１２３２によって安全アクチュエータロッド１２３０をスイッチボックス１２００に引き込む。スイッチボックス１２００に引き込まれているアクチュエータロッド１２３０は、リリースキャッチ１２２４をトリガして滑車１２２０をリリースし、バネ１２２６がコア要素１２２２をコイル１２０６から引き込み、ケーブル区分１１１０を低インピーダンス動作に戻すことを可能にし、これは、強度コア１１０４内の電流を効率的に低減し、ケーブル１１０２の自己発熱を低減する。
【００８５】
図２０のスイッチボックスの実施形態では、システムコントローラ１２４（図１）が、除氷の完了を決定することができ、すぐにシステムコントローラ１２４が、通常動作に戻り、次のケーブル区分の除氷（必要に応じて）を開始するようスイッチボックス１２００に命令するように、スイッチボックスは、図１１のセンサ３２４および温度／状態送信器３２６等の回路を組み込む。一実施形態では、制御信号受信器１２１４は、センサ３２４の監視も行い、可融性リンク３２０溶解するために必要な温度より低い温度で、コア１２２２を引き出すことによって、スイッチボックス１２００を通常動作に戻すよう試みる。
【００８６】
図２０の実施形態に類似する代替実施形態では、一体成形の可動コア１２２２の代わりに、図２１に示されるように、ツーピースコアが使用される。本実施形態では、第１のＬ字型コア部分１２４０をスイッチボックスに固定する。第２のＬ字型コア部分１２４２は、図２１における１２４２として示されるような第１の位置において、コイル１２３２から引き出されて低インダクタンス設定をもたらすように配置され得るか、またはコイル１２３２の中へ、図２１に点線で示される第２の位置１２４４に引き込まれて、高インダクタンス設定をもたらすように配置され得る。本実施形態では、第１および第２のＬ字型コア位置１２４２、１２４０は、第２のコア部分１２４２が高インダクタンス位置にある時に、磁束のためのループを形成する。
【００８７】
図１９および２０の実施形態は、図１を参照して前述されるようなシステムコントローラ１２４の制御下で動作し、一実施形態では、ケーブルのいくつかの区分は、図１９および２０を参照して説明されるように除氷されるが、いくつかの他の区分は、図１および４を参照して説明されるように除氷される。
【００８８】
図２２の実施形態も送電線ケーブルを除氷するためのシステム１３００であり、この場合は、ケーブル電力の一部分をステップアップ変圧器（巻き線１３０４および１３０６）およびケーブル１３０２の鋼支持ストランド１３０８を通して迂回させることによりケーブル１３０２を加熱することによって、本実施形態では、鋼ストランド１３０８は、絶縁１３１０によって取り囲まれた後、鎖状のアルミニウムまたは銅導電層１３１２によって包囲される。スイッチボックス１３１３は、通常動作モードで開放するスイッチボックス１３１４、および閉鎖するスイッチ１３１６を有し、電流が導電層１３１２を通ってスムーズに流れることを可能にする。スイッチボックス１３１３は、図１１を参照して説明される電力貯蔵３０２およびコマンド受信器３１２に類似し、等しい充電回路を有する電力貯蔵１３２２およびコマンド受信器１３２４も有し、他の実施形態と同様に、コマンド受信器１３２４は、システムコントローラ１２４と連通する。
【００８９】
ケーブル１３０２を除氷することが望ましい場合、コマンド受信器１３２４は、コマンドを受信し、スイッチボックス１３１４を最初に閉鎖して、鋼支持ストランド１３０８を通る電流経路を確立した後、コマンド受信器１３２４は、スイッチボックス１３１６を開放して、相当量の電流を変圧器一次巻き線１３０６に引加する。すぐに変圧器二次巻き線１３０４は、電力を支持ストランド１３０８に提供する。変圧器一次巻き線１３０６は、ほんの数回巻かれているにすぎず、変圧器コア１３１８は、ケーブル内で使用可能な電力のわずかな部分のみ、例えば、ケーブル１メートル当たり１００〜３００ワットが支持ストランド１３０８に引加されるように、飽和磁気材料で構成され、１０００アンペアを引き込む６００ｋＶの送電線では、１メートル当たり３００ワットで、１マイルの線の３つのケーブル全てを加熱するために必要な１５０ｋＷは、送電線を流れる総電力の割合の１／１０より低く、一次巻き線１３０６全体の電圧降下は、低レベルに保持され得る。
【００９０】
他の実施形態と同様に、図２２の実施形態は、可溶リンクおよび温度センサ等のケーブルの過熱を感知するための装置（図２２に図示せず）を有する。ケーブルの過熱を感知するための装置が、ケーブルの過熱状態を検出すると、スイッチボックス１３１６または補助スイッチボックス（図示せず）が閉鎖され、変圧器一次巻き線１３０６をバイパスすることによって、ケーブルコア１３０８内の電流を低減し、通常動作モードの場合と同様に、バイパス一次巻き線１３０６は、ケーブルコア１３０８内の電流を著しく低減し、ケーブル１３０２の抵抗加熱を低減する。
【００９１】
図１０、１１、２１、および２２のスイッチボックス等の、本明細書で説明される全ての実施形態のスイッチボックスは、例えば温度センサ３２４を介して、ケーブルおよびスイッチボックスの過熱状態を感知し、可融性リンク３２０等の可融性リンクを溶解するために必要とされる温度より低い温度で通常動作するための除氷から復帰を試みる。可融性リンク３２０および関連装置によって提供される機械的感知および低抵抗動作への回帰は、送電線への過熱損傷を防止することが意図される、最も重要な機械的バックアップであり、そのケーブルは、システム制御１２４、電気スイッチボックスアクチュエータ３１４、電動的に起動するスイッチ３４０、１１２０、１３１６、電動アクチュエータ１２１６、温度センサ３２４、または除氷モードになる他の構成要素を有する必要がある。
【００９２】
前述の説明は、その特定の実施形態を参照して、具体的に図示および説明されているが、当業者には、この精神を逸脱することなく、形態および詳細の様々な他の変更を行ってもよいことが理解されるであろう。本明細書に開示され、以下の請求項によって包括される広範な概念から逸脱することなく、該説明を異なる実施形態に適用する時に、種々の変更を行ってもよいことを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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