(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセンサーを備える送電線監視システムであって、
前記複数のセンサーのそれぞれは、信号インジェクター又は信号ブロッカーとして構成され、
前記複数のセンサーのうち第１のセンサーであって、前記信号インジェクターとして構成され、送電線に磁気的に結合され、高周波の注入信号を前記送電線に印加する、前記第１のセンサーと、
前記複数のセンサーのうち第２のセンサーであって、前記信号ブロッカーとして構成され、前記第１のセンサーから所定の距離で前記送電線に磁気的に結合されて、前記注入信号が前記第１のセンサーに戻るように、前記注入信号をブロックする、前記第２のセンサーと、
前記複数のセンサーのうち第３のセンサーであって、前記信号ブロッカーとして構成され、前記第１のセンサーから所定の距離で前記送電線に磁気的に結合されて、前記注入信号が前記第１のセンサーに戻るように、前記注入信号をブロックする、第３のセンサーと、
前記ブロックされた注入信号に基づき、前記第１のセンサーと前記第２のセンサーの間の前記送電線の第１の部分のインピーダンスと前記第１のセンサーと前記第３のセンサーの間の前記送電線の第２の部分のインピーダンスを判定するコントローラと、
を備える送電線監視システム。
【請求項２】
前記インピーダンスがリアルタイムで判定される、請求項１に記載の送電線監視システム。
【請求項３】
前記コントローラが、所定のインピーダンスを、前記送電線の前記第１の部分の前記インピーダンス又は前記送電線の前記第２の部分の前記インピーダンスと比較して、差分値を取得し、前記差分値が所定の閾値より大きい場合は、前記コントローラがプロンプトを生成する、請求項１に記載の送電線監視システム。
【請求項４】
前記コントローラが、前記送電線と関連している回路遮断器に結合され、それにより、前記回路遮断器が、前記送電線に選択的に電圧を印加しないように、前記プロンプトに基づき制御される、請求項３に記載の送電線監視システム。
【請求項５】
前記送電線が鉄道網によって提供される、請求項１に記載の送電線監視システム。
【請求項６】
前記送電線が高架送電線、地下送電線、または低電圧送電線である、請求項１に記載の送電線監視システム。
【請求項７】
第１のセンサー、第２のセンサー、および第３のセンサーを送電線に磁気的に結合し、それにより前記第１のセンサーが、前記第２のセンサーと前記第３のセンサーとの間に所定の距離で配置されるようにし、前記第１のセンサーと前記第２のセンサーの間の前記送電線の第１の部分と前記第１のセンサーと前記第３のセンサーの間の前記送電線の第２の部分を定義するステップと、
前記第１のセンサーを信号インジェクターとして構成し、前記第２のセンサーを信号ブロッカーとして構成し、前記第３のセンサーを信号ブロッカーとして構成するステップと、
高周波信号を前記第１のセンサーから前記送電線の前記第１の部分と前記第２の部分に注入するステップと、
前記第２のセンサーおよび前記第３のセンサーによって、前記高周波信号をブロックして、前記高周波信号が前記第１のセンサーに戻るようにするステップと、
前記ブロックされた注入信号に基づき、前記送電線の第１の部分のインピーダンスと前記送電線の第２の部分のインピーダンスを判定するステップと
を含む、送電線を監視する方法。
【請求項８】
前記判定するステップがリアルタイムで実行される、請求項７に記載の送電線を監視する方法。
【請求項９】
コントローラが所定のインピーダンスを、前記送電線の前記第１の部分の前記インピーダンス又は前記送電線の前記第２の部分の前記インピーダンスと比較して差分値を取得することと、
前記差分値が所定の閾値より大きい場合に前記コントローラにおいてプロンプトを生成することと
をさらに含む、請求項７に記載の送電線を監視する方法。
【請求項１０】
回路遮断器をコントローラに結合することであって、前記回路遮断器が前記送電線と関連付けられることと、
前記回路遮断器をプロンプトに基づいて制御して、前記送電線に選択的に電圧を印加しないようにすることと
をさらに含む、請求項７に記載の送電線を監視する方法。
【請求項１１】
前記送電線が鉄道網によって提供される、請求項７に記載の送電線を監視する方法。
【請求項１２】
前記送電線が高架送電線、地下送電線、または低電圧送電線である、請求項７に記載の送電線を監視する方法。
【請求項１３】
前記複数のセンサーは、
前記送電線に磁気的に結合されるように構成された変成器と、
前記変成器と前記コントローラに接続された第１正弦波発生器であって、前記注入信号を生成する前記第１正弦波発生器と、
前記コントローラに接続された第２正弦波発生器と、
前記第２正弦波発生器と前記コントローラに接続された検知ユニットであって、前記変成器に接続されて前記ブロックされた信号から電圧と現在の信号を受け取る前記検知ユニットと
を備える請求項１に記載の送電線監視システム。
【請求項１４】
前記複数のセンサーは、
前記送電線に磁気的に結合されるように構成された変成器と、
前記変成器とコントローラに接続された第１正弦波発生器であって、前記注入信号を生成する前記第１正弦波発生器と、
前記コントローラに接続された第２正弦波発生器と、
前記第２正弦波発生器と前記コントローラに接続された検知ユニットであって、前記変成器に接続されることにより前記ブロックされた信号から電圧と現在の信号を受け取る前記検知ユニットと
を備える請求項７に記載の送電線を監視する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１４年４月２９日に出願された米国仮出願第６１／９８５，５５２号の利益を主張し、その内容が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
概して、本発明は、送電線から形成された送電網の監視に関連する。詳細には、本発明は、送電線に生じる高インピーダンス故障（ＨＩＦ）を検出するための送電網保護システムに関する。より詳細には、本発明は、スマートセンサーネットワークを使用して、送電網の送電線の健全性を監視し、そこで生じる電気的故障をリアルタイムで検出する、送電網保護システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
送電線は、発電所から電力を搬送するが、送電網を一緒に形成するエネルギー生成および伝送システムの最も重要な構成要素の１つである。それらの性質上、送電線は、接点障害を起こしやすく、接点障害は、電力線の導電面と、樹木などの非導電面との間に形成されている望ましくない伝導経路の結果である。すなわち、かかる接点障害は、かかる送電線の下の樹木の成長、送電線の電気伝導体における断絶、ならびに動物または人間の送電線との接触の結果である。従って、送電網の送電線の安全性および機能性を確実にすることは、その管理者にとって重大な懸念事項である。
【０００４】
送電網に影響を及ぼし得る１つのタイプの故障は、高インピーダンス故障である。高インピーダンス故障（ＨＩＦ）は、通常、送電線内の導体と非導電面との電気接触の結果であり、それは、ＨＩＦのために、故障電流を従来の継電器の検出可能レベル以下に制限する。高インピーダンス故障は、多くの場合、電圧を印加された導体が一般個人の手の届く範囲にあるという結果になるので、かかる個人の身体の安全、および個人財産の安全の両方に対して大変な脅威または危険をもたらす。かかる高インピーダンス故障電流は、電圧を印加された送電網に生じる電力網負荷のわずかな変化に対する振幅が非常に似ているので、かかる高インピーダンス故障は検出が困難である。
【０００５】
送電網の管理者にとって別の安全性に対する懸念事項は、電圧を印加されていない送電線に再度電圧を印加することに関連したプロセスに関する。この懸念事項は、送電網が電圧を印加されていない間に、常に、人間、動物または樹木が送電線と接触する可能性があるという事実に起因する。他方、低インピーダンス電力線故障は、送電網／送電線が電圧を印加される間に、送電線を流れる大量の電流に基づいて検出できるが、電圧を印加されていない送電網／送電線における故障を認識することは、送電線を流れる電流がないために困難である。従って、送電線の動作状態を、それらに関連した故障を含めて、監視するために、いくつかの故障検出／送電線監視技術が使用されており、これには、ＴＤＲ（時間領域反射率計）、ＦＢＧ（ファイバーブラッググレーティング）、ＧＰＳ（全地球測位センサー）、および磁気ベースセンサーを含む。しかし、これらの技術には様々な欠点があり、そのいくつかについて、以下で説明する。
【０００６】
１つの送電線監視技術では、統計に基づいた故障予測方法が使用されるが、それによって、不十分なデータ、不均衡なデータ構成、および閾値設定が使用される。配電障害にそれらが存在すると、識別問題を引き起こす。
【０００７】
オフラインで長距離の送電線における故障検出は、時間領域反射率計法（ＴＤＲ）に基づく故障検出方法を用いて達成され得る。しかし、ＴＲＤ法は複雑で、複雑なハードウェアを必要とする。
【０００８】
架空送電線に対する光学ベースの故障電流検出方法も利用されている。この方法は、故障電流を測定するためにファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）センサーを利用し、それと同時に、反射信号を監視するために光スペクトルアナライザーが使用される。そのため、この方法を遂行するためには複雑なハードウェアを必要とする。加えて、ＦＢＧ歪み測定に基づく氷検出センサー、および温度センサーが提案されており、そのため、氷センサーの運用は、複雑なハードウェア実装によって決まる。従って、かかるＦＢＧベースのアプローチも同様に、複雑なハードウェアが必要であることを欠点としてもつ。
【０００９】
送電線故障を検出するために使用される別の方法は、非接触磁場測定に基づいており、非接触磁場測定は磁気センサーによって実行される。従って、電気的故障の位置は、送電線に沿って測定される磁場に基づいて識別され得る。収集されたデータは、送電線の故障のタイプおよび故障スパン内での故障の特定位置を識別するためさらに利用できる。この方法は、故障した電力線によって引き起こされる高故障電流を検出するために有用であるが、電力線の健全性状態に基づき、架空電力線に生じる障害の可能性を予測するために使用することはできない。
【００１０】
代替として、送電線の健全性を監視するために、送電線に取り付けられたＧＰＳセンサーを使用して電力線のたわみを測定する方法が使用され得る。かかるＧＰＳセンサーは通常、任意の２本の送電線支持塔間の中間点で電力線に設置される。この方法を使用して電力線のたわみを測定することは、費用がかかる。送電線での架空導体の低たわみ挙動を評価するための監視システムも追求されている。かかる監視システムは、送電線の導体上の風荷重を評価するために、風速だけでなく、電力線導体の張力および温度も測定する。送電線のたわみを測定するための別の方法も研究されており、その方法は、元の電力線に近接して設置される予備または補助の抵抗線に誘導される電流に基づく。
【００１１】
さらに、米国特許第６，８０７，０３６号で、送電線における故障を検出するように構成されている漏電遮断器が教示されている。この遮断器は、ＡＣ（交流電流）電源と、接続された電力負荷との間に直列に設置される。センサーから収集されたデータに基づくリアルタイム送電線定格技術が米国特許第８，３８６，１９８号で提示されている。そのため、送電線の導体は、設計制限および導体の環境に対して想定された気象条件に基づく設計電流容量、ならびに受信したセンサーデータおよび受信した送電線の設計制限に基づく動的な電線電流容量を有し得る。
【００１２】
その上、送電網の送電線の高周波インピーダンスは、送電網の物理的特性を表すので、送電網の健全性状態と送電網上での故障の存在の両方が、送電網の送電線の高周波インピーダンスを測定することにより、検出および評価できる。しかし、既存の高周波インピーダンス測定装置は、電圧を印加された送電網または電力網に直接接続できず、また、特定の送電線部分のインピーダンスを測定することもできない。
【００１３】
従って、送電網の送電線網の健全性状態または状況を監視して、送電線における任意のタイプの電気的故障をリアルタイムで検出する、本発明のスマートセンサーネットワークの必要性がある。加えて、送電網の物理的特性を識別するために送電網の高周波インピーダンスを監視して、その健全性状態と電気的故障の存在の両方をリアルタイムで監視および評価できるようにする、本発明のスマートセンサーネットワークの必要性がある。その上、送電線上で生じる電気的故障の健全性状態を予測するために、高周波インピーダンス故障の検出を利用する本発明のスマートセンサーネットワークの必要性がある。さらに、ＤＣ鉄道網の電力系統を監視するだけでなく、架空、地下、または家庭／住宅用送電線を含む、送電システムまたは送電網の健全性状態を監視するように構成され、それにより本発明で所望の電力線部分のインピーダンスをリアルタイムで監視する、本発明のスマートセンサーネットワークの必要性がある。また、磁界結合または誘導結合を含む、磁気的結合を通して、送電線に結合できる、本発明のスマートセンサーネットワークの必要性もある。
【発明の概要】
【００１４】
前述を踏まえて、本発明の第１の態様は、送電線に磁気的に結合されて、磁気的結合を通じて高周波信号をその中に注入するように構成された、第１のセンサーと、第１のセンサーの一方の端部から所定の距離で送電線に磁気的に結合されて、第１のセンサーの方に戻る注入信号を遮断する、第２のセンサーと、第１のセンサーのもう一方の端部から所定の距離で送電線に磁気的に結合されて、第１のセンサーの方に戻る注入信号を遮断する、第３のセンサーとを含み、第２のセンサーと第３のセンサーとの間にある送電線の部分のインピーダンスを決定するために、第１のセンサーが第２のセンサーおよび第３のセンサーから遮断された信号を検出する、送電線監視システムを提供することである。
【００１５】
本発明の別の態様は、第１のセンサーが、第２のセンサーと第３のセンサーとの間に所定の距離で配置されるように、第１のセンサー、第２のセンサー、および第３のセンサーを送電線に磁気的に結合するステップと、高周波信号を第１のセンサーから送電線に注入するステップと、第２および第３のセンサーにおいて、第１のセンサーの方に戻る高周波信号を遮断するステップと、第１のセンサーにおいて第２のセンサーと第３のセンサーとの間にある送電線の部分のインピーダンスを決定するステップとを含む、送電線を監視する方法を提供することである。
【００１６】
本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、以下の記述、添付の請求項、および付随する図面を参照すると、さらに良く理解できるようになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の概念による、送電網の複数のそれぞれの送電線上に配置された複数のスマートセンサーの斜視図である。
【図２】本発明の概念による、単一の送電線上に配置された複数のスマートセンサーの概略図である。
【図３】本発明の概念による、Ｄ．Ｃ．鉄道網上に配置された場合の、複数のスマートセンサーの概略図である。
【図４】本発明の概念による、信号注入ユニット、および信号検知ユニットを含む、スマートセンサーの構成要素を示す概略図である。
【図５】本発明の概念による、スマートセンサーによって提供される信号注入ユニットによって利用される制御構造のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１に示すように、送電網１２の１本以上の送電線１０における電気的故障の存在を監視するために利用されるスマートセンサーは、全体として符号２０で表される。本発明は、複数のスマートセンサー２０を利用して、送電線１２またはその一部の健全性状態を監視するためのスマートネットワークを形成する。具体的には、スマートネットワークは、複数のセンサー２０から形成されて、樹木、人間、もしくは動物の接触などの、任意のタイプの電気的故障、または送電網１２の１本以上の送電線１０と関連する、絶縁体、導体、もしくは塔の不十分な健全性状態に起因する他の故障をリアルタイムで検出することも可能である。センサー２０は、監視されている送電網１２の１本以上の送電線１０の特定の区分または部分における高周波インピーダンス変化を監視および追跡するようにも構成される。従って、監視されている送電線１０のインピーダンスにおける変動は、送電線の動作健全性状態および状況の特性に関する情報を含んでいるので、センサー２０によるインピーダンス変化のリアルタイムでの追跡および監視によって、故障検出、および電力線の健全性／送電網の健全性の監視が、本発明によって実行できるようになる。
【００１９】
図２に関して、１本以上の電力線１０における高周波インピーダンスを測定するために、２０Ａ、２０Ｂおよび２０Ｃとして示されている、少なくとも３つのセンサー２０が、所定の長さを有する、送電線１０の部分５０／区分に沿って、所定の距離で間隔を空けられている。しかし、いくつかの実施形態では、センサー２０Ａ〜２０Ｃは、任意の所望の距離で互いに間隔を空けられてもよく、互いに同じか、または同じでない距離を含む。送電線１０は、電気伝導体を含み、電気伝導体は、電流またはエネルギー負荷の伝達のための物理層として機能することが理解されよう。送電線１０または電力線は、高電圧架空送電線もしくは低電圧架空送電線、地下送電線、屋内送電線、または、例えば、図３に示すＤ．Ｃ．鉄道電力線系統などの、電気鉄道電力線系統２５などの、任意の適切な送電線を含み得ることも考えられる。その上、センサー２０Ａ〜２０Ｃは、送電線１０と磁気的に結合される（例えば、磁界結合、誘導結合）ように、送電線１０に近接して配置される。そのため、遮断センサーとして構成されている、センサー２０Ｂおよび２０Ｃは、送電線部分５０の端部に配置され、他方、検出センサーとして構成される、センサー２０Ａは、実質的に、送電線部分５０の中央に配置される。電気鉄道または列車網２５の事例では、遮断センサー２０Ｂおよび２０Ｃは、鉄道網の、各終着駅２７に配置されるが、他方、信号注入を実行する検出センサー２０Ａは、センサー２０Ｂと２０Ｃとの間の任意の場所に配置され得ることが理解されよう。いくつかの実施形態では、電気鉄道網２５は、Ｄ．Ｃ．（直流）鉄道網であり得ることが理解されよう。
【００２０】
次に、高周波信号４０が、スマートセンサー２０Ａにより、非侵入的に（すなわち、センサー２０Ａと送電線１０との間の磁気的結合（例えば、磁界結合または誘導結合など）を通して）、所望の電力線部分５０の中央区分に注入される。スマートセンサー２０Ａは、高周波信号を注入するように構成されており、一対の遮断センサー２０Ｂと２０Ｃとの間に配置される。そのため、注入された信号４０は、センサー２０Ａの各端部から電力線部分５０に沿って伝達されて、１つの注入された信号４０Ａが電力線部分５０の半分／または一部６０Ａに沿って伝搬し、その後、スマートセンサー２０Ｂによって遮断され、一方、別の注入された信号４０Ｂは電力線部分５０の半分／または一部６０Ｂに沿って伝搬し、その後、スマートセンサー２０Ｃによって遮断される。信号遮断センサー２０Ｂおよび２０Ｃは、高周波電流を遮断することによって、部分５０に接続されているインピーダンスの効果を失わせる。すなわち、遮断技法を実行すると、送電線１０の所望の部分５０のインピーダンスが、送電網１２の残りのインピーダンスから分離でき、従って、独立して、または別々に測定できるようになる。そのため、分離された電力線部分５０のインピーダンスは、注入された高周波電圧および結果として生じる送電線部分５０を流れる高周波電流を測定することにより、センサー２０Ａによって計算される。電力線部分５０のインピーダンスの決定または測定は、ハードウェア電子機器とそのハードウェアによって提供されるプロセッサ上のソフトウェアプログラミングの組合せのハードウェア、ソフトウェアを通して実行でき、それは、センサー２０によって提供され得るか、またはリモートコンピュータでリモートに提供され得る。
【００２１】
従って、本発明によって利用される信号遮断技法では、送電線１０に磁気的に結合される（例えば、磁界結合、誘導結合）センサー２０Ａ〜２０Ｃが提供され、この技法では、検出センサー２０Ａによって、高周波信号を送電線１０に注入し、次いで、遮断センサー２０Ｂおよび２０Ｃによって取り消される。従って、既存の高周波フィルタリング法とは対照的に、本発明の方法は、高架電力線２０への直接的な物理接続を必要とせず、代わりに、本発明のセンサー２０は、送電線に磁気的に結合（例えば、磁界結合、誘導結合）される。図２は、部分５０などの、所望の電力線部分の高周波インピーダンスを測定するために使用される、非侵入型（すなわち、磁気的に結合される）センサー２０Ａ〜２０Ｃの配置を図示する。各スマートセンサー２０Ａ〜２０Ｃは、電力線部分５０のインピーダンスをリアルタイムで測定できる。３つのセンサー２０Ａ〜２０Ｃのグループは本発明の監視機能を実行する必要があるが、複数の部分の性能を監視して、インピーダンス測定および電力線／送電網の健全性状態を改善された精度または分解能で取得するために、任意の数のセンサーグループが、送電線１０の全長に沿って使用され得ることが理解されよう。
【００２２】
送電網１２のインピーダンスは、高周波信号４０にさらされる場合、センサー２０Ａを介して注入された信号４０を追跡することにより監視される。そのため、健全性状態（故障なし）で監視されている送電線１０の区分５０の事前に測定されたか、または格納されたインピーダンスと、監視されている送電線１０の所定の区分５０の実際の、または現在測定されたインピーダンスとの間の差によって、電力線１０の健全性に関する情報が提供される。
【００２３】
さらに、センサー２０Ａ〜２０Ｃは、異なるモードで動作するように構成され得る。例えば、上述のように、センサー２０Ａは、高周波信号４０Ａ〜４０Ｂを注入し、次いで、遮断された信号４２Ａ〜４２Ｂを検出するように動作し、他方、センサー２０Ｂおよび２０Ｃは、信号ブロッカーとして動作して、送電網１２のインピーダンスを、監視されている送電線区分５０のインピーダンスから分離するストップフィルタを含む。そのため、センサー２０Ａは、高周波信号を送電線１０に注入する、信号注入装置として動作し、同時に、検知／モニターとしても動作して、それにより、監視されている電力線区分５０の電力線インピーダンス変動を追跡または検知する。送電網１２の健全性を監視するために、高周波信号４０にさらされた区分５０のインピーダンスが継続して監視されて、電力線区分５０の基準インピーダンスと比較される。従って、送電線１０の異なる区分５０が調査または監視され得るので、センサー２０Ａ〜２０Ｃは、所与の送電線１０の全長内の特定の電力線部分５０の監視を達成するために、前述した注入／検知モードまたは遮断モードのうちの１つで選択的に運用され得る。信号４０の注入またはその検出は所望のパルス繰返し数または時間間隔で定期的に実行され得ることが理解されよう。
【００２４】
加えて、送電線１０に影響を及ぼし得る、例えば、樹木７０および個々の人間８０などの、様々な電気的故障が、図２に表されている。すなわち、かかる故障は、送電線１０の、樹木、動物、人体のような非導電面、または任意の他の非導電面との電気接触と定義される。しかし、本発明は、送電線１０と接触する任意の構造または品目の結果である、送電線１０の電気的故障を検出するように構成されている。
【００２５】
続いて図４を参照すると、上述のセンサー２０Ａ〜２０Ｃを具現化するために使用されるセンサー２０は、コントローラ１００を含み、コントローラ１００は、本明細書で説明する本発明の機能を実行するために必要なハードウェア、ソフトウェアまたはそれらの組合せで構成される。コントローラ１００は、信号注入ユニット１０２に結合され、信号注入ユニット１０２は、正弦波発生器１１０および１２０を含む。正弦波発生器１１０の出力は、ドライバー１３０に結合され、ドライバー１３０は高周波変成器１３２に取り付けられる。変成器１３２は、センサー２０を送電線１０に磁気的に結合する（例えば、磁界結合、誘導結合）ために使用される結合コイル１３４を含む。ＶＨＦは、コイル１３４の一次巻線にわたる高周波電圧を示し、ＩＨＦは、コイル１３４を流れる高周波電流である。具体的には、正弦波発生器１１０の出力が、ドライバー１３０に印加されるＶＨＦ−ＣＭＮＤ／コマンド圧力信号であり、ドライバー１３０は、注入されたＶＨＦ（すなわち、超短波）信号を、コイル１３４と送電線１０との間に確立された磁気的結合を介して、送電線１０に印加するのを開始する。
【００２６】
正弦波生成器１２０の出力は、一対のフィルタ２００および２１０を含む検知ユニット１５０に結合される。各フィルタ２００および２１０は、直列に結合された帯域通過フィルタ構成要素２１２および低域通過フィルタ構成要素２１４を含む。そのため、フィルタ２００の帯域通過フィルタ構成要素２１２の出力は、ノード２１６Ａで低域通過フィルタ構成要素２１４の入力に結合され、それにより、フィルタ２１０の帯域通過フィルタ構成要素２１２の出力がノード２１６Ｂにおいて低域通過フィルタ構成要素２１４の入力に結合される。すなわち、正弦波生成器１２０の出力が、各フィルタ２００および２１０の帯域通過フィルタ構成要素２１２と低域通過フィルタ構成要素２１４との間に配置されたノード２１６Ａ〜２１６Ｂに結合される。フィルタ２００および２１０の低域通過フィルタ構成要素２１４の各出力は、コントローラ１００に結合される。さらに、フィルタ２００の帯域通過フィルタ構成要素２１２の入力は、線／ワイヤー１５２におけるＶＨＦ一次信号であり、フィルタ２１０の帯域通過フィルタ構成要素２１２の入力は、線／ワイヤー１５４におけるＩＨＦ一次信号であり、それにより、信号１５２および１５４がコイル１３４から取得される。ＶＨＦ一次信号は、電流検出コイル１３４にわたって誘起される電圧であり、ＩＨＦ一次信号は、コイル１３４を流れる電流である。一態様では、ＶＨＦ一次信号は、コントローラ１００からの命令信号に基づきドライバー１３０によって生成される。信号ブロッカー２０Ｂ〜２０Ｃについては、送電線部分５０線で高周波信号が遮断できるようにするために、指令電圧が計算される。信号注入装置２０Ａの場合、注入された高周波信号４０が標準的な習慣および電気工事規程の制限内になるように、指令量が決定される。センサー２０の送電線１０に対する磁気は、一次および二次コイルを有する磁心を通じて行われる。ドライバー１３０は、一次巻線またはコイル１３４に接続され、それは、複数の巻きを有し、他方、送電線１０、またはその部分５０は、磁心の二次巻線と考えられる。
【００２７】
加えて、センサー２０は、直列に結合されたエネルギーハーベスター２５０、およびウルトラコンデンサまたは超コンデンサなどのエネルギー貯蔵装置２５２、ならびにＤＣ／ＤＣ変換器２５４を含む。ＤＣ／ＤＣ変換器２５４の出力は、構成要素１００、１１０、１２０、１３０、２１２、２１６、および２１４を含む、センサー２０の他の全ての電子部品またはブロックに結合されて、かかる部品が機能するための電力を供給する。通常、センサー２０内のすべての電子回路に電力を供給できるよう、低電圧レベル（例えば、５Ｖおよび３．３Ｖ）が必要である。ドライバー１３０は、電力増幅器であり、電力増幅器は、コントローラ１００からの命令信号を調整して、ＨＦ変成器１３２の一次側を駆動することができる。任意の市販の電力増幅器が、増幅器として機能するドライバー１３０として使用できることが理解されよう。
【００２８】
センサー２０の動作中に、上述したセンサー２０Ａの場合のように、注入／検知モードにされた場合、送電線部分５０に注入される信号４０の振幅と位相は、正弦波生成器１１０による受信のために、コントローラ１００によって命令される。信号注入ユニット１０２に関連した制御プロセス３００のブロック図が図５に示される。注入された信号１４０の結果としてインピーダンス検知モードで動作する場合、センサー２０Ａの検知ユニット１５０で受信される測定された電圧および電流は、（コイル１３４を介して）ワイヤー１５２および１５４により、検知ユニット１５０の帯域通過フィルタ構成要素２１２を通過し、フィルタ処理された信号を生成する。測定された電圧および電流の複素形式を抽出するために、フィルタ処理された信号はそれぞれ、それぞれのフィルタ２００、２１０のノード２１６Ａ〜２１６Ｂにおいて、それぞれの乗算器２４０Ａ〜２４０Ｂにより、正弦波生成器１２０によって提供される位相シフトされた正弦波に掛けられる。乗算器２４０Ａ〜２４０Ｂによる信号出力はそれぞれ、フィルタ２１４により低域通過フィルタ処理されると、信号はコントローラ１００によって記録される。乗算器２４０に適用される位相シフトの量は、測定された高周波電圧および電流の振幅および位相を決定するために、スイープされる。送電線インピーダンスの複素形式が次いで、注入された電圧および電流の振幅および位相に基づいて決定される。低域通過フィルタ２１４の後に最大限可能な振幅を達成するために、乗算器２４０Ａ〜２４０Ｂに適用される位相シフトの量が、電圧および電流信号の実際の位相を決定するものである。より高い周波数における電力線インピーダンスの複素形式は、電力線の物理状態をリアルタイムで表しており、それによって、送電線１０の健全性状態に対するモデルが取得できるようになる。健全状態での送電線１０のインピーダンスが測定されて、基準値とされる。送電線１０のインピーダンスは継続して監視されて、送電線１０の健全状態と以前に判定されたか、または健全状態として既知の基準インピーダンスと比較される。インピーダンスの差異が所定の閾値より大きい場合、センサー２０は、送電線１０の健全性状態について、送電網１２の管理者に警報を発する（通知する／示す）。この比較は、以下で説明する、リモートコンピュータで、またはセンサー２０自体で、生じ得る。
【００２９】
センサー２０は有線または無線の通信インタフェースを含み得、通信インタフェースは、センサー２０が、ローカルまたはリモートコンピュータシステムと通信できるだけでなく、１つ以上のセンサー２０が互いに通信できるようにすることが理解されよう。ローカルまたはリモートコンピュータシステムは、センサー２０から取得したデータを分析して、送電線１０および／または送電網１２の健全性を識別する、必要な警告／レポートプロンプトを生成するように構成され得る。他の実施形態では、センサー２０は、送電線１０または送電網１２の健全性状態を示す必要な警告／レポートプロンプトを生成し得る。さらに、センサー２０または、センサー２０と通信するリモートコンピュータは、送電線１０への電力の適用を制御する回路遮断器と通信し得る。そのため、センサー２０またはリモートコンピュータは、回路遮断器に命令して、オン状態からオフ状態へ、またはその逆へ、切り替え得る。
【００３０】
従って、本発明の１つの利点は、スマートセンサーネットワークが送電線に非侵入的に結合されるのを可能にすることである。本発明の別の利点は、スマートセンサーネットワークが、送電線の全体的な健全性を判定するために、特定の電力線部分のインピーダンスを検出および監視することである。
【００３１】
従って、本発明の目的は、上で提示した構造および使用のためのその方法によって達成されていることが分かる。特許法に基づき、最良の形態および好ましい実施形態だけが提示されて詳細に記述されているが、本発明はそれに限定されることも、それにより限定されることもないことが理解される。したがって、本発明の真の範囲および幅を理解するために、以下の特許請求の範囲を参照すべきである。
【図１】
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【図２】
0006452723.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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