(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一径間の両端に配置される２基の送電鉄塔の設計値を含む設計情報の入力を受け付ける設計情報受付部と、
前記設計情報受付部が受け付けた前記設計情報に基づいて、非線形計画法を使用して、前記２基の送電鉄塔の間に懸架された一の電線と他の電線が所定の風速で揺らされたときの前記一の電線と前記他の電線との離隔距離が最小となる座標ｘＡ、ｘＢと横触れ角θＡ、θＢを求め、該結果に基づいて、前記一の電線と前記他の電線との前記離隔距離が最小となる最接近位置と最接近距離とを特定する最接近位置特定部と、
前記最接近位置と前記最接近距離とを視認可能な態様で提示する提示部と、
を備える鉄塔装柱設計支援システム。
【請求項２】
前記離隔距離は、前記一の電線と前記他の電線の座標ｘＡ、ｘＢと横触れ角θＡ、θＢから成る次式に基づいて求める、
請求項１に記載の鉄塔装柱設計支援システム。
ＤＡＢ＝ＦＤ（ｘＡ,θＡ,ｘＢ,θＢ）
【請求項３】
前記電線は、前記送電鉄塔の腕金に設けられたがいしにより分断され、分断された前記電線は、分断された前記電線を電気的に接続するためのジャンパ線を介して接続されており、
前記最接近位置特定部は、前記ジャンパ線が所定の風速で揺らされたときの前記ジャンパ線と前記送電鉄塔との離隔距離を演算し、前記ジャンパ線と前記送電鉄塔との離隔距離が最小となる最接近位置を特定する、
請求項１または２に記載の鉄塔装柱設計支援システム。
【請求項４】
前記提示部は、前記最接近位置特定部が特定した前記最接近位置に基づいて、前記２基の送電鉄塔の設計値を修正するための修正案を提示する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の鉄塔装柱設計支援システム。
【請求項５】
前記提示部は、前記最接近位置における前記離隔距離が所定の値を下回る場合に、前記修正案を提示する、
請求項４に記載の鉄塔装柱設計支援システム。
【請求項６】
前記提示部は、前記２基の送電鉄塔のうち少なくとも１基の送電鉄塔の設計値を修正し、修正した設計値を提示する、
請求項１から５のいずれか１項に記載の鉄塔装柱設計支援システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄塔装柱設計支援システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
送電のための電線が適度なたるみ（弛度）を持たせて懸架されることにより、鉄塔に作用する張力が緩和され、送電鉄塔の倒壊を防止することができる。一方で、風による揺れにより、電線同士あるいは電線と周囲の樹木等とが接触し、短絡又は地絡が発生するおそれがある。このため、電線が風により揺らされたときの電線との離隔距離をあらかじめ求める技術が考案されている。
【０００３】
特許文献１には、電線の振れ角に応じて電線の周囲を複数のエリアに区分し、区分されたいずれかのエリアに樹木が存在することを検出すると、エリア毎に異なる式を使用して電線と樹木との離隔距離を求めることが記載されている。特許文献２に開示されている送電線位置計測処理では、電線の懸垂（カテナリー）曲線を求めるため、電線を支持する２つの支持点を結んだ架空線上の任意の観測点３点により懸架された架空線の２次近似曲線を算出する。
【０００４】
特許文献１、２には、建設済みの送電鉄塔に懸架されている電線との離隔距離を求めるための技術が開示されているが、送電鉄塔の設計時においても、同一の送電鉄塔に懸架される複数の電線間の距離を求める必要がある。設計時には、送電鉄塔の装柱の設計（腕金の長さ、腕金の垂直間隔等の設計）において、横揺れした電線が相互に最接近したときの電線の離隔距離を算出し、算出した距離が所定の基準を満たさない場合に腕金の長さ、腕金の垂直間隔等の装柱の設計値を変更する。
【０００５】
設計時における電線同士の離隔距離を求める従来手法のひとつとして平面的手法がある。ここでは、図１３（ａ）に示すように、送電鉄塔１と送電鉄塔２に３相３線式２回線の電線が懸架されている場合を例に説明する。なお、各送電鉄塔はそれぞれ３段の腕金を有しており、送電鉄塔１と送電鉄塔２の装柱はほぼ同じであるものとする。
【０００６】
図１３（ａ）に示すように、送電鉄塔１又は２から離れるほど、つまり径間（送電鉄塔１及び２の間）の中間地点に近づくほど電線のたるみが大きくなるため、中間地点における電線の揺れは径間において最も大きくなる可能性がある。このことから、風に揺らされた電線は径間の中間地点において最も接近する可能性が高いといえる。
【０００７】
また、揺らされた各電線の振れ角は風の乱れによってほぼ同じ場合もあれば、異なる場合もある。図１３（ｂ）に、径間の中間地点（図１３（ａ）の破線で囲まれた位置）において、最上段の腕金に懸けられた電線（上相の電線）Ｃ１、Ｃ４が揺れたときの各電線の位置の変化の様子の一例を示す。図１３（ｂ）では、紙面右側から左側に向かって風が吹いたものとする。なお、白丸は、腕金に懸架されている箇所（径間の端）における電線Ｃ１、Ｃ４の位置を示し、黒丸は、径間の中間地点における電線Ｃ１、Ｃ４の位置を示す。図示するように、電線Ｃ１、Ｃ４は、平均的な振れ角（平均横振角）に変動角を増減した範囲で振れる。
【０００８】
以上のことを踏まえ、従来の平面的手法では、径間の中間地点における平均風速に対する電線の振れ角の平均値（平均横振角）を計算により求め、平均横振角に統計的に求めた変動角を加えた角度に基づいて電線同士の最小離隔距離を求める。
【０００９】
また、他の従来手法として径間分割手法がある。図１４（ａ）に、送電鉄塔１と送電鉄塔２を含む径間の概観を示し、図１４（ｂ）に、図１４（ａ）の破線で囲まれた部分を拡大した図を示す。径間分割手法では、図１４（ａ）に示すように、送電鉄塔１と送電鉄塔２の径間における電線を複数の区間に分割し、図１４（ｂ）に示すように、各分割点の３次元座標を求め、求めた各分割点の３次元座標に基づいて電線同士の最小離隔距離を求める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−２５２７２９号公報
【特許文献２】特開２００９−５８２５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に記載の技術では、分割したエリア毎に異なる式を使用して電線との離隔距離を求める必要があり、処理が煩雑になってしまう。また、特許文献２に記載の技術では、架空線上の任意の１点を順次移動させ、その都度、架空線上の任意の１点を中心とした円弧を求める必要があり、処理が煩雑である。
【００１２】
また、平面的手法では、ほぼ同じ装柱の送電鉄塔の径間においては、複雑な処理を必要とせずに電線同士の離隔距離を求めることができるが、送電鉄塔の装柱が大きく異なる場合には、電線同士の最小離隔距離を正確に求めることは難しい。径間分割手法では、装柱が大きく異なる送電鉄塔の径間、あるいは、長い径間においても、電線同士の離隔距離を求めることが可能であるが、分割点の位置の決め方によっては、分割点の位置と電線同士が最接近する位置とがずれる場合があり、求めた最小離隔距離が正確でない場合がある。
【００１３】
本発明は、このような実情に鑑みなされたものであり、径間に係る条件にかかわらず、電線同士の最小離隔距離を高精度にかつ簡易に求めることが可能な鉄塔装柱設計支援システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の観点に係る鉄塔装柱設計支援システムは、
同一径間の両端に配置される２基の送電鉄塔の設計値を含む設計情報の入力を受け付ける設計情報受付部と、
前記設計情報受付部が受け付けた前記設計情報に基づいて、非線形計画法を使用して、前記２基の送電鉄塔の間に懸架された一の電線と他の電線が所定の風速で揺らされたときの前記一の電線と前記他の電線との離隔距離を演算し、前記一の電線と前記他の電線との前記離隔距離が最小となる最接近位置と前記最接近位置における前記離隔距離である最接近距離とを特定する最接近位置特定部と、
前記最接近位置と前記最接近距離とを視認可能な態様で提示する提示部と、
を備える。
【００１５】
前記電線は、前記送電鉄塔の腕金に設けられたがいしにより分断され、分断された前記電線は、分断された前記電線を電気的に接続するためのジャンパ線を介して接続されており、
前記最接近位置特定部は、前記ジャンパ線が所定の風速で揺らされたときの前記ジャンパ線と前記送電鉄塔との離隔距離を演算し、前記ジャンパ線と前記送電鉄塔との離隔距離が最小となる最接近位置を特定するようにしてもよい。
【００１６】
前記提示部は、前記最接近位置特定部が特定した前記最接近位置に基づいて、前記２基の送電鉄塔の設計値を修正するための修正案を提示するようにしてもよい。
【００１７】
前記提示部は、前記最接近位置における前記離隔距離が所定の値を下回る場合に、前記修正案を提示するようにしてもよい。
【００１８】
前記提示部は、前記２基の送電鉄塔のうち少なくとも１基の送電鉄塔の設計値を修正し、修正した設計値を提示するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、径間に係る条件にかかわらず、電線同士の最小離隔距離を高精度にかつ簡易に求めることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施の形態１に係る演算用コンピュータのハードウェア構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１に係る演算用コンピュータの制御部が実現する機能を示す機能ブロック図である。
【図３】ある径間における無風時の電線の弛度曲線、横揺れ時の電線の弛度曲線を３次元座標系として示した図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は電線間の離隔距離を求める方法を説明するための図である。
【図５】最急降下法の処理を示すフローチャートである。
【図６】実施の形態１に係る離隔距離演算処理を示すフローチャートである。
【図７】最接近箇所等を提示する態様を示す一例である。
【図８】（ａ）は、最接近箇所等の提示態様の他の例を説明するための図であり、（ｂ）は、最接近箇所等の提示態様を示す他の例である。
【図９】変形例１に係る離隔距離演算処理を示すフローチャートである。
【図１０】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は送電鉄塔への電線を懸架する方式の例を示す図である。
【図１１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は多導体送電線について、最小離隔距離の算出を求める手法を説明するための図である。
【図１２】従来手法と本発明に係る手法による最小離隔距離の算出結果を比較するための図である。
【図１３】（ａ）、（ｂ）は従来手法を説明するための図である。
【図１４】（ａ）、（ｂ）は従来手法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（実施の形態１）
以下、本発明に係る鉄塔装柱設計支援システムを説明するための実施の形態を説明する。
【００２２】
図１に、実施の形態１に係る鉄塔装柱設計支援システム１０００のシステム構成を示す。鉄塔装柱設計支援システム１０００は、演算用コンピュータ１００を含む。演算用コンピュータ１００は、設計技術者により作成された送電鉄塔の設計図に基づく設計情報（設計値）から電線が相互に接近して電線間の距離が最も小さくなるときの電線間の想定される離隔距離（最小離隔距離）を求め、求めた最小離隔距離に係る情報を設計技術者に提示する。
【００２３】
以下、演算用コンピュータ１００の構成を説明する。演算用コンピュータ１００は、ＰＣ（Personal Computer）等からなり、図１に示すように、入力部１１０、出力部１２０、記憶部１３０、制御部１４０を有する。入力部１１０、出力部１２０、記憶部１３０は、バス１９０を介して制御部１４０に接続されている。
【００２４】
入力部１１０は、ユーザインターフェースであり、キーボード、マウス等の入力装置を備える。設計技術者は、キーボード、マウス等の入力装置を使用して演算用コンピュータ１００に所望の処理を行うよう指示する。入力部１１０は、入力装置を介して受け付けた指示を制御部１４０に通知する。出力部１２０も、ユーザインターフェースであり、ディスプレイ装置１２１を含む。出力部１２０は、制御部１４０の制御に従って、ディスプレイ装置１２１に画像を表示する。
【００２５】
記憶部１３０は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等から構成される。記憶部１３０には、演算用コンピュータ１００の動作に必要な各種データ・プログラムが格納される。記憶部１３０には、演算用コンピュータ１００の各部を制御するためのＯＳ（Operating System）１３１、電線間の最小離隔距離等を求めるための離隔距離演算用プログラム１３２が格納されている。さらに、記憶部１３０には、設計技術者が設計した設計図に基づく設計情報を格納するための設計情報格納領域１３３が確保されている。
【００２６】
制御部１４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ワークメモリ等を備え、記憶部１３０に格納されたＯＳ１３１を実行して、演算用コンピュータ１００の各部を制御する。
【００２７】
また、制御部１４０は、離隔距離演算用プログラム１３２を実行することによって、図２に示す設計情報受付部１４１、最接近位置特定部１４２、提示部１４３として動作し、以下に示す機能を実現する。
【００２８】
設計情報受付部１４１は、２基の送電鉄塔の設計図に基づく情報入力を受け付ける。本実施の形態においては、設計情報受付部１４１は、あらかじめ設計技術者により設計情報格納領域１３３に保存された離隔距離算出に必要な装注データならびに径間データ（以下、離隔距離算出用データとする）を読み出し、読みだした離隔距離算出用データを最接近位置特定部１４２に出力する。設計情報受付部１４１は、必要に応じて設計情報格納領域１３３から読みだした離隔距離算出用データに対して変換処理等を施してもよい。
【００２９】
最接近位置特定部１４２は、設計情報受付部１４１から供給された離隔距離算出用データに基づいて２基の送電鉄塔に懸架された電線が揺らされたときの電線間の離隔距離が最小となる最接近位置を求め、そのときの離隔距離（最小離隔距離）を演算する。演算によって求められた最接近位置、最小離隔距離は、記憶部１３０に格納される。提示部１４３は、最接近位置、最小離隔距離を出力部１２０を介して視認可能な態様で提示する。さらに、提示部１４３は、最接近位置、最小離隔距離に基づいて、２基の送電鉄塔の設計値を修正するための修正案を提示してもよい。
【００３０】
以下、最小離隔距離を求める手法を説明する。なお、以下の説明においては、電線は耐張方式で送電鉄塔に支持されているものとする。また、以下の説明においては、風による電線の横揺れのみを考慮し、がいし及び電線の荷重による電線の横揺れへの影響については考慮しないものとする。
【００３１】
一般的に、送電鉄塔に懸架された電線の形状は、電線の張力及び重量によって決まり、カテナリー曲線に従うことが知られている。よって、支持点の位置、径間長が決まるなら、無風時の電線の形状を求めることができる。
【００３２】
図３に、ある径間における無風時の電線ＷＡの弛度（たるみ）を示す弛度曲線、横揺れ時の電線ＷＡの弛度曲線を３次元座標系として示す。ここでは、電線ＷＡを支持する一方の支持点（支持点１）は、送電鉄塔１の腕金における懸架位置を示し、他方の支持点（支持点２）は、送電鉄塔２の腕金における懸架位置を示す。
【００３３】
支持点１の位置を示す座標ＰＳ１（ｘＳ１，ｙＳ１，ｚＳ１）は、送電鉄塔１の建設地の緯度、経度及び標高、送電鉄塔１の高さ、電線ＷＡの懸架の対象となる腕金の送電鉄塔１における高さ位置、電線ＷＡが懸架される腕金の長さにより決まる。腕金の送電鉄塔１における高さ位置、腕金の長さは、送電鉄塔１の装柱の設計値から求められる。演算用コンピュータ１００の制御部１４０は、記憶部１３０（設計情報格納領域１３３）に格納された離隔距離算出用データを読み出し、離隔距離算出用データに含まれる送電鉄塔１に係る情報に基づいて支持点１の座標ＰＳ１を求める。また、制御部１４０は、支持点２の座標ＰＳ２（ｘＳ２，ｙＳ２，ｚＳ２）についても、離隔距離算出用データに含まれる送電鉄塔２に係る情報に基づいて支持点１と同様に求める。
【００３４】
ここで、電線ＷＡが、角度θＡだけ横揺れした場合、電線ＷＡの任意の点Ａの位置の変化について説明する。点Ａの位置は、３次元の座標（ｘｘＡ，ｙｙＡ，ｚｚＡ）で表されるものとする。ここでは、無風時の電線ＷＡの点Ａの位置が座標ＰＡ０（ｘｘＡ０，ｙｙＡ０，ｚｚＡ０）で表され、横揺れにより移動した点Ａの位置が座標ＰＡ１（ｘｘＡ１，ｙｙＡ１，ｚｚＡ１）で表されるものとする。なお、図３に示す、αは支持点間の鉛直角度であり、βは鉄塔中心間をｘ軸としたときの支持点間の投影水平角度（支持点間の水平角度をｘｙ平面に投影したもの）であり、α、βは、支持点１、支持点２の位置に基づいて一意に決まる値である。このときの座標ＰＡ１の各成分は数１に示すように求められる。
【００３５】
【数１】
0006366477.tif 000002
【００３６】
ここで、ΔｘＡは、図４（ａ）に示すように、支持点１のｘ座標と点Ａのｘ座標の距離を示し、ΔｘＡ＝ｘｘＡ０−ｘＳ１である。ｄ（ΔｘＡ）は、座標ＰＡ１における電線ＷＡの弛度である。このときの弛度は、電線ＷＡの位置、風速、架線張力、径間長、電線重量、支持点の高低差により決まる。
【００３７】
【数２】
0006366477.tif 000003
【００３８】
ここで、Ｔｃは電線張力（水平成分）、ｗｃは単位長における電線質量、Ｇは重力加速度、ｑ１は負荷係数（電線ＷＡに加わる合成荷重（電線重量と着雪重量と風圧荷重のベクトル和）と電線重量の比）、Ｓは径間長、ｈは支持点の高低差である。電線張力Ｔｃ、単位長における電線質量ｗｃ、重力加速度Ｇの値は、あらかじめ決められた値が記憶部１３０に格納されている。また、径間長Ｓ、高低差ｈは、支持点１、支持点２の座標ＰＳ１、ＰＳ２から求めることができる。このように、横揺れにより移動した電線ＷＡ上の任意の点Ａの位置を示す座標ＰＡ１、その位置における弛度ｄ（ΔｘＡ）を求めることができる。
【００３９】
次に、横揺れしたときの２本の電線の任意の点の距離の求め方を説明する。電線ＷＡ、電線ＷＢ上の任意の点をＡ、Ｂとし、電線ＷＡ、電線ＷＢが横揺れしたときの点Ａ、点Ｂの位置がそれぞれ座標ＰＡ１（ｘｘＡ１，ｙｙＡ１，ｚｚＡ１）、座標ＰＢ１（ｘｘＢ１，ｙｙＢ１，ｚｚＢ１）で表されるとする。電線ＷＡを支持する一方の支持点（支持点１）の位置は座標ＰＳ１（ｘＳ１，ｙＳ１，ｚＳ１）、電線ＷＡを支持する他方の支持点（支持点２）の位置は座標ＰＳ２（ｘＳ２，ｙＳ２，ｚＳ２）、電線ＷＢを支持する一方の支持点（支持点３）の位置は座標ＰＳ３（ｘＳ３，ｙＳ３，ｚＳ３）、電線ＷＢを支持する他方の支持点（支持点４）の位置は座標ＰＳ４（ｘＳ４，ｙＳ４，ｚＳ４）で表されるとする。このとき、座標ＰＡ１と座標ＰＢ１との距離（移動後の点Ａと点Ｂとの距離）ＤＡＢは以下の式で表される。
【００４０】
【数３】
0006366477.tif 000004
【００４１】
ここで、移動後の点Ａの位置を示す座標ＰＡ１の各成分、座標ＰＡ１における電線ＷＡの弛度を上述の数１、数２を使用して求めると、数４に示すようになる。
【００４２】
【数４】
0006366477.tif 000005
【００４３】
数４において、ΔｘＡは、ｘ軸上における電線ＷＡの支持点１と点Ａとの距離である。ｄＡは、点Ａの位置における電線ＷＡの弛度である。
【００４４】
次に、移動後の点Ｂの位置を示す座標ＰＢ１の各成分、座標ＰＢ１における電線ＷＢ弛度を上述の数１、数２を使用して求めると、数５に示すようになる。
【００４５】
【数５】
0006366477.tif 000006
【００４６】
数５において、ΔｘＢは、電線ＷＢの支持点３と点Ｂのｘ軸上の距離である。ｄＢは、点Ｂの位置における電線ＷＢの弛度である。
【００４７】
前述したように、α、βは、支持点１と支持点２（あるいは、支持点３と支持点４）の位置に基づいて一意に決まる値である。従って、上述の数３〜数５から、横揺れ時の２本の電線ＷＡ、ＷＢ間の距離ＤＡＢは、数６に示すように、電線ＷＡ、ＷＢそれぞれの径間方向の座標の座標ｘと横触れ角θを変数とする関数ＦＤにより求めることができる。
【００４８】
【数６】
0006366477.tif 000007
【００４９】
なお、電線ＷＡについての座標ｘＡと横振れ角θＡ、電線ＷＢについての座標ｘＢと横振れ角θＢが取りうる値は、数７に示すように特定の範囲に限定される。電線ＷＡについての座標ｘＡ１が取り得る値の最小値は支持点１のｘ座標であり、最大値は支持点２のｘ座標である。電線ＷＢについての座標ｘＢが取り得る値の最小値は、支持点３のｘ座標であり、最大値は支持点４のｘ座標である。
【００５０】
【数７】
0006366477.tif 000008
【００５１】
つまり、電線ＷＡ−電線ＷＢ間の最小離隔距離を求めるために、数７に示す制約条件のもとで、数６に示す関数の最小値を求めればよい。つまり、この電線ＷＡ−電線ＷＢ間の最小離隔距離を求める手法は、複数の変数で表される関数の最小化問題と同様である。よって、最小離隔距離を求めるため、一般的な非線形計画問題の解法を採用することができる。
【００５２】
一般的な非線形計画問題の解法として、最急降下法、共役勾配法等がある。例として、最急降下法を図５を参照しながら説明する。ここでは、以下の式で表されるＸを変数とする関数ｆ（Ｘ）を目的関数とし、関数ｆ（Ｘ）の最小値を求める。
【００５３】
【数８】
0006366477.tif 000009
【００５４】
まず、図５に示すように、Ｘの初期値Ｘｋ（ｋ＝０）、適切な学習係数αを選択する（ステップＳ１０１）。ここで、Ｘｋは、第ｋステップにおける近似解である。また、ｋを０とする（ステップＳ１０２）。
【００５５】
次に、数９に示すように、関数ｆの勾配の絶対値を求め、関数ｆの勾配の絶対値が所定の値ε（ε：十分に小さな正の値）以下であるか否かを判別する（ステップＳ１０３）。
【００５６】
【数９】
0006366477.tif 000010
【００５７】
なお、関数ｆの勾配は、関数ｆの微分値であるため、数１０により求められる。
【００５８】
【数１０】
0006366477.tif 000011
【００５９】
関数ｆの勾配の絶対値が所定の値ε以下であると判別した場合（ステップＳ１０３；Ｙｅｓ）、Ｘｋを近似解とし（ステップＳ１０４）、処理を終了する。
【００６０】
一方、関数ｆの勾配の絶対値が所定の値εより大きいと判別した場合（ステップＳ１０３；Ｎｏ）、数１１に示すように、現在のＸの値（Ｘｋ）から関数ｆの勾配に学習計数αを乗じた値を減じて得た値を次の関数の値（Ｘｋ＋１）とする（ステップＳ１０５）。
【００６１】
【数１１】
0006366477.tif 000012
【００６２】
さらに、ｋの値を加算し（ステップＳ１０６）、再び、ステップＳ１０３以降を実行する。
【００６３】
本実施の形態においては、演算用コンピュータ１００は、２本の電線間の最小離隔距離を求めるため、最急降下法の非線形計画問題の解法を採用して目的関数の最小値を求める。
【００６４】
以下、演算用コンピュータ１００が電線間の最小離隔距離を求める離隔距離演算処理の流れを示す。
【００６５】
まず、離隔距離演算処理の実行に先立って、設計技術者は、２基の送電鉄塔１及び２の設計図（装柱図）を作成する。設計技術者は、作成した設計図に基づいて離隔距離算出用データを求め、入力部１１０を介して求めた離隔距離算出用データを入力する。制御部１４０は設計技術者の操作に従って、入力された離隔距離算出用データを記憶部１３０の設計情報格納領域１３３に保存する。
【００６６】
その後、設計技術者は、入力部１１０を介して、離隔距離演算用プログラム１３２の起動を指示する。設計技術者の指示に応答して、制御部１４０は、離隔距離演算用プログラム１３２を実行して、上述の設計情報受付部１４１、最接近位置特定部１４２、提示部１４３として機能し、図６に示す離隔距離演算処理を行う。
【００６７】
以下、送電鉄塔に３相３線式２回線の電線が懸架されている場合を例に説明する。ここでは、ある１つの風速条件（例えば、風速２０メートル以下／秒）において、６本の電線のうち選択した２本の電線が最も近づいたときの電線間の離隔距離（最接近距離）を求める。そして、すべての電線の組み合わせ、すなわち、６Ｃ２の組み合わせ（１５通りの組み合わせ）の電線の最接近距離を求め、１５通りの組み合わせに係る最接近距離のうち最も小さい値を最小離隔距離と特定する。なお、風速条件を示す情報は、設計技術者により設計情報格納領域１３３にあらかじめ格納されている。
【００６８】
まず、制御部１４０は、設計情報格納領域１３３に保存された離隔距離算出用データを読み出し（ステップＳ２０１）、読み出した離隔距離算出用データを記憶部１３０の一時領域に記憶する。さらに、制御部は、離隔距離の演算対象となる電線の組み合わせを求め、１５通りの電線の組み合わせの情報を記憶部１３０の一時領域に記憶する（ステップＳ２０２）。
【００６９】
次に、制御部１４０は、１５通りの組み合わせのうちのひとつの組み合わせを選択し、選択した組み合わせの２本の電線（電線ＷＡと電線ＷＢ）が最も接近したときの電線間の離隔距離である最接近距離を演算し、演算により求めた最接近距離を記憶部１３０の一時領域に記憶する（ステップＳ２０３）。具体的には、制御部１４０は設計情報格納領域１３３に保存された離隔距離算出用データに基づいて、まず、電線ＷＡについて、図３に示す支持点１の位置を示す３次元座標ＰＳ１（ｘＳ１，ｙＳ１，ｚＳ１）と支持点２の位置を示す３次元座標ＰＳ２（ｘＳ２，ｙＳ２，ｚＳ２）を求める。支持点１、支持点２の３次元座標ＰＳ１、ＰＳ２は、送電鉄塔１及び２のそれぞれの建設地についての情報、電線ＷＡが懸架されている腕金の長さ、腕金の高さ位置等に基づいて算出される。送電鉄塔１及び２のそれぞれの建設地についての情報（緯度・経度、標高等）、腕金の長さ、腕金の高さ位置等は、離隔距離算出用データに含まれている。同様に、制御部１４０は、電線ＷＢの２つの支持点の３次元座標を求める。
【００７０】
次に、制御部１４０は、電線ＷＡ、ＷＢについて、数７に示す制約条件を求める。まず、電線ＷＡの線路方向座標ｘＡ（図３に示すｘ軸方向の座標）が取りうる範囲を２つの支持点１、支持点２の位置を示す３次元座標ＰＳ１、ＰＳ２から求める。ここでは、線路方向座標ｘＡが取りうる値の範囲は、ｘｓ１＜＝ｘＡ＜＝ｘｓ２となる。同様に、制御部１４０は、電線ＷＢの線路方向座標ｘＢが取りうる値の範囲を求める。
【００７１】
さらに、制御部１４０は、電線ＷＡ、ＷＢの振れ角θＡ、θＢを求める。制御部１４０は、数７に示す平均横振れ角mean(θＡ)、mean(θＢ）（以下、横振れ角θＡ、θＢの平均値をmean(θＡ)、mean(θＢ）、あるいは、θＡ、θＢにバーを付した符号で表す）を求めるため、風速条件、電線重量、電線張力等の値を使用して、以下の数１２（「電気学会技術報告（２部）第２２０号，架空送電線路の絶縁設計要綱」（社）電気学会発行、昭和６１年５月、第５３頁参照）に基づいて、所定の演算を実行し、求めた値を記憶部１３０に記憶する。風速条件、電線重量、電線張力は、予め記憶部１３０に記憶されているものとする。
【００７２】
【数１２】
0006366477.tif 000013
さらに、制御部１４０は、変動角ｎσＡ、ｎσBを求めるため、径間長、負荷係数、電線張力、風速の係数等を使用して、以下の数１３に基づいて、所定の演算を実行し、求めた値を記憶部１３０に記憶する。数１３における、ａ、α、β、Ｋ等のパラメータは所定の演算により求められ（「電気学会技術報告（２部）第２２０号，架空送電線路の絶縁設計要綱」（社）電気学会発行、昭和６１年５月、第５４頁参照）、予め記憶部１３０に記憶されているものとする。
【００７３】
【数１３】
0006366477.tif 000014
【００７４】
そして、制御部１４０は、数３に示す式を目的関数とし、最急降下法を使用して、上述のように求めた制約条件（数７）のもとでの目的関数の最小値を求める。このようにして求められた最小値が電線ＷＡと電線ＷＢの最小離隔距離となる。併せて、制御部１４０は、径間において電線ＷＡと電線ＷＢが最も近づいたときの位置を、例えば、３次元の座標値として求め、求めた位置と最接近距離（目的関数の最小値）とを、該当の電線の組み合わせを示す情報とともに記憶部１３０に記憶する。
【００７５】
次に、制御部１４０は、すべての組み合わせについて電線間の最接近距離の演算が終了したか判別し、終了していない場合（ステップＳ２０４；Ｎｏ）、再び、ステップＳ２０３以降の処理を実行する。
【００７６】
一方、制御部１４０は、すべての組み合わせについて電線間の最接近距離の演算が終了したと判別すると（ステップＳ２０４；Ｙｅｓ）、記憶部１３０に格納した１５通りの最接近距離のうち最も値が小さい最接近距離を最小離隔距離として選択する（ステップＳ２０５）。制御部１４０は、選択した最接近距離（最小離隔距離）と、その位置（最接近箇所）とを視認可能な態様で提示する（ステップＳ２０６）。具体的には、制御部１４０は、最小離隔距離と最接近箇所とを示す画面をディスプレイ装置１２１に表示させる。ディスプレイ装置１２１に表示する具体的な態様については後述する。
【００７７】
なお、ここでは、ある１つの風速条件の下で、最小離隔距離を演算する処理を説明したが、制御部１４０は、複数の風速条件が指定された場合、それぞれの風速条件について、図６に示す処理を繰り返し実行して、各風速条件における最小離隔距離を併せて提示するようにしてもよい。
【００７８】
図７に、ステップＳ２０６で、制御部１４０がディスプレイ装置１２１に表示させる画面の例を示す。図７に示す例では、画面左側に２基の送電鉄塔の様子を模式的に示した図を示している。ここでは、一方の送電鉄塔の腕金に符号を付しており、架空地線（上述の説明においては演算の対象外）が懸架される腕金の一方をＬ１Ｃ０、他方をＬ２Ｃ０、上相の電線が懸架される腕金の一方をＬ１Ｃ１、他方をＬ２Ｃ１、中相の電線が懸架される腕金の一方をＬ１Ｃ２、他方をＬ２Ｃ２、下相の電線が懸架される腕金の一方をＬ１Ｃ３、他方をＬ２Ｃ３としている。なお、２つの風速条件（毎秒２０メートル以下、毎秒２０メートル超過）についてそれぞれ最小離隔距離を演算したものとする。
【００７９】
図７に示す例において、画面の左側には、各風速条件について、制御部１４０が求めた１５通りの最接近距離のうち最接近距離が最も小さい電線の組と、線間の離隔距離が最小となる位置（最接近箇所）とが図示されている。さらに、画面の右側には、各風速条件について、最接近する電線の組と最小離隔距離が表示されている。ここでは、風速条件が毎秒２０メートル以下の場合、Ｌ１Ｃ１とＬ２Ｃ２に懸架される２本の電線が最も最接近し、その最小離隔距離は７．８メートルであること、風速条件が毎秒２０メートル超過の場合、Ｌ２Ｃ２とＬ２Ｃ３に懸架される２本の電線が最も最接近し、その最小離隔距離は５．８メートルである例が図示されている。
【００８０】
さらに、制御部１４０は、ディスプレイ装置１２１に次のような画面を表示するようにしてもよい。ここでは、１つの風速条件について最小離隔距離を演算したものとする。制御部１４０は、図８（ａ）に示すようにＸ、Ｙ、Ｚ軸を取った場合に、各電線の位置をＸＺ平面、ＸＹ平面、ＹＺ平面に投影した図をディスプレイ装置１２１に表示する。図８（ｂ）にディスプレイ装置１２１に表示される画面の例を示す。ここでは、例として、図８（ａ）に示すＬ１Ｃ０とＬ２Ｃ０に懸架された電線２本の最接近距離を測定したときの結果を示している。このような態様で表示することで、設計技術者は、電線が最接近したときの電線の様子を視覚的に把握することができる。さらに、ＸＺ平面、ＸＹ平面、ＹＺ平面に投影した図を表示することで、設計技術者は、上空から径間を見た場合、一方の鉄塔から径間に沿う方向に他方の鉄塔を見た場合、径間を側方向から見た場合、と３方向から電線間の間隔を視認することができる。さらに、制御部１４０は、図８（ｂ）に示す画面を表示する際に、併せて、電線の離隔距離を表示してもよい。
【００８１】
さらに、制御部１４０は、電線間の離隔距離を十分に確保することができるような修正案を提示してもよい。例えば、制御部１４０は、送電鉄塔の設計値についてシミュレーションを行い、送電鉄塔の修正後の設計値を求め、求めた修正後の設計値をディスプレイ装置１２１に表示させてもよい。あるいは、制御部１４０は、修正後の設計値を、ＣＡＤ（Computer Aided Design）データに変換可能な形式のデータ（例えば、ベクター形式のデータ）として出力してもよい。あるいは、制御部１４０は、修正後の設計値を提示するのではなく、例えば、上相の腕金の長さを左右にそれぞれ１０センチメートル長くするほうが望ましいといった、設計図を修正する際の指針となるような情報を提示してもよい。このとき、制御部１４０は、少なくとも１基の送電鉄塔についての修正後の設計値又は設計図を修正する際の指針となるような情報を提示すればよい。
【００８２】
以上説明したように、本実施の形態に係る鉄塔装柱設計支援システム１０００では、制約条件のもと目的関数の最小値を求めることで、電線同士の最小離隔距離を求める。このように、電線同士の最接近距離をカテナリー曲線から得られる関数とみなして、非線形計画法を適用することで、電線同士の最接近位置を離散値でなく連続値で評価する。よって、例えば、径間の両端の２基の送電鉄塔の装柱が大きく異なる、径間が長い、２基の送電鉄塔の建設地の標高差がある等の２基の鉄塔の立地条件が大きく異なる等の場合であっても、図３に示す、支持点１及び２の座標値、制約条件を適切に求めることで、電線同士の最小離隔距離を求めることができる。つまり、径間に係る条件にかかわらず、電線同士の最小離隔距離を簡易に求めることができる。さらに、従来の径間分割手法では、分割点の位置の決め方次第で演算精度が落ちてしまうことがあったが、上述の手法によれば、高精度の演算を行うことが可能である。
【００８３】
（実施例）
以下、２本の電線（Ａ、Ｂ）の最接近距離を分割法（径間分割法）と本手法でそれぞれ求め、その結果を検討した。表１に離隔計算検討条件を示す。ここでは、風速を２ｍ／ｓから４０ｍ／ｓまで変化させた場合に、電線の離隔距離が最も小さいときの距離を最接近距離として求めた。表２に、電線の架線に係る設計条件を示す。
【表１】
0006366477.tif 000015
【表２】
0006366477.tif 000016
【００８４】
本手法では、先ず、表１及び表２のデータに基づいて、電線ＷＡ、ＷＢの位置のｘＡ座標、ｘＢ座標を求めると共に、数７に示す制限条件である横触れ角θＡ、θＢの上限値と下限値を求める。次に、この制限条件のもとで、数６に示す関数に基づいて、最急降下法等を用いて上記数６の関数の最小値を示すθＡ、θＢ、ｘＡ、ｘＢを求めると共に、この結果に基づいて、電線ＷＡとＷＢとの離隔距離が最小となる最接近位置と最接近距離とを特定することができる。
【００８５】
表３に２本の電線（Ａ、Ｂ）の最接近距離を分割法と本手法により求めた結果を示す。Ｘ軸は、検討対象とする電線を支持する２鉄塔の中心を結ぶ線の水平成分方向で、Ｙ軸は、Ｘ軸と直交する線の水平成分方向、Ｚ軸は高さ方向としている。原点（Ｙ，Ｙ，Ｚ）＝（０，０，０）は、検討対象径間の前側の鉄塔中心（地表面）である。
【表３】
0006366477.tif 000017
図１２に、分割法について、分割数を変えた場合の最接近距離をプロットした。分割数については、基準とした分割数（径間方向に２５分割・横振れ方向１０分割）に対する倍率で示している。例えば、分割倍率＝２は、径間方向５０分割・横振れ方向２０分割となる。分割倍率＝１６で、径間方向４００分割・横振れ方向１６０分割である。なお、径間方向と横振れ方向の分割数の比は固定されている。
【００８６】
本手法は分割数によらないことから，グラフ上では水平な直線として表示している。分割法は分割数ｎを大きくすると精度が良くなるが、図１２によれば、分割数の増加とともに，分割法の最接近距離が本手法の最接近距離に漸近していくことが示されている。本手法で得られる最接近距離は，分割数の多い場合の分割法で得られる値に近く、高い精度が得られている。分割法は分割数ｎ→∞で、厳密解（＝正解）に収束することから、本手法がほぼ厳密解であることを示唆している。また、分割法は、分割数を増やしていくと指数的に計算量が増大し計算時間が増えるが、本手法の計算時間は一定であり、効率的に厳密解が得られることも本手法の利点である。
【００８７】
なお、この発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。
上述の実施の形態では、１５通りの組み合わせについてそれぞれ求めた最接近距離のうち最も小さい最接近距離を最小離隔距離として提示したが、例えば、最接近距離が所定の閾値未満である場合に、該当する最接近距離についての情報を提示するようにしてもよい。図９に変形例１に係る離隔距離演算処理を示すフローを示す。ステップＳ２０１からＳ２０４までの処理は実施の形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００８８】
ステップＳ２０４において、制御部１４０は、すべての組み合わせについて電線間の最接近距離の演算が終了したと判別すると（ステップＳ２０４；Ｙｅｓ）、記憶部１３０に格納した１５通りの最接近距離について、それぞれの値が閾値未満であるか否かを判別する（ステップＳ２０５ａ）。制御部１４０は、閾値未満であると判別した最接近距離とその位置とを視認可能な態様で提示する（ステップＳ２０６ａ）。
【００８９】
さらに、制御部１４０は、図９に示すフローのステップＳ２０５ａにおいて、最接近距離が閾値未満であると判別した場合に、電線間の離隔距離を十分に確保できるような修正案を提示してもよい。例えば、制御部１４０は、送電鉄塔の設計値についてシミュレーションを行い、送電鉄塔の修正後の設計値を求め、求めた修正後の設計値をディスプレイ装置１２１に表示させてもよいし、修正後の設計値をＣＡＤデータに変換可能な形式のデータ（例えば、ベクター形式のデータ）として出力してもよい。あるいは、制御部１４０は、修正後の設計値を提示するのではなく、例えば、上相の腕金の長さを左右にそれぞれ１０センチメートル長くするほうが望ましいといった、設計図を修正する際の指針となるような情報を提示（ディスプレイ装置１２１に表示）してもよい。このとき、制御部１４０は、少なくとも１基の送電鉄塔についての修正後の設計値又は設計図を修正する際の指針となるような情報を提示すればよい。
【００９０】
また、実施の形態１においては、耐張方式の送電鉄塔を例に説明したが、送電鉄塔への電線を懸架する方式は様々な方式がある。図１０に送電鉄塔への電線を懸架する方式をいくつか例示する。一般的に、電線は、絶縁性を確保するため磁器等からなるがいしを介して送電鉄塔に支持される。また、送電電圧が高圧である場合、複数のがいしが連ねられたものが使用される。図１０（ａ）はＩ吊り型の懸垂方式である。ここでは、紙面左右が線路方向であり、腕金の先端部に、がいし１が吊り下げられ、がいし１の先端に電線１が懸けられる。図１０（ａ）に示す懸架方式においても、上述の実施の形態１と同様に電線間の最小離隔距離を求めることができる。
【００９１】
図１０（ｂ）では、紙面左右が線路方向であり、線路方向に対して垂直な方向から腕金を見た場合を示す。ここでは、２組のがいし１及び２が腕金の左右（線路方向においては腕金の前方部分と後方部分）にそれぞれ懸けられ、電線１は、がいし１及び２により分断される。さらに、分断された電線１Ａ、電線１Ｂを電気的に接続するためのジャンパ線ががいし１及び２の先端部に懸けられる。図１０（ｂ）に示すジャンパ線を含む場合においても、電線１Ａ、電線１Ｂのそれぞれと他の電線との最小離隔距離を求めることができる。
【００９２】
また、図１０（ｃ）では、紙面の奥行き方向が線路方向であり、線路方向に腕金を見た場合を示す。ここでは、２組のがいしを線路方向からみてＶ字形に配置し、その下端で電線１を支持する（Ｖ吊型の懸垂方式）。この場合においても、実施の形態１と同様に電線間の最小離隔距離を求めることができる。
【００９３】
さらに、図１０（ｂ）に示すジャンパ線についても、ジャンパ線の一端と他端の位置（位置を示す座標値）は、電線１Ａ及び１Ｂの張力、電線重量、がいしの数、がいしの重量等に基づいて求められる。よって、ジャンパ線が振れる範囲を制約条件とし、ジャンパ線と送電鉄塔との離隔距離を示す関数を目的関数とし、実施の形態１と同様の手法でジャンパ線と送電鉄塔の最小離隔距離について求めることができる。
【００９４】
上述の説明においては、１相の電線が１本の電線（単導体）である例を説明したが、例えば、多導体送電線の場合でも電線間の最小離隔距離を求めることができる。図１１（ａ）に、１相が６本の電線から構成される６導体送電線を線路方向に見た場合の略断面図を示す。ここでは、多導体である電線１０、２０の２回線を図示している。各相をそれぞれ構成する６本の電線の間にはスペーサ１２、２２が設けられている。スペーサ１２、２２により、６本の電線（１１ａ〜１１ｆ、２１ａ〜２１ｆ）は、所定の距離を空けて、略六角形に配置される。さらに、スペーサ１２、２２が設けられることで、風による横揺れがあっても６本の電線（１１ａ〜１１ｆ、２１ａ〜２１ｆ）は規定された間隔を保持したままで、一体となって揺らされる。よって、電線１０と電線２０との最小離隔距離を求める際には、電線１０、２０のそれぞれの中心点Ａ、Ｂを通る線路方向の軸上にとった任意の点を、上述の説明の電線ＷＡ、電線ＷＢの任意の点とみなして、その距離が最小となるような位置を求めればよい。なお、最小離隔距離を提示する際には、求めた最小離隔距離から、電線１０、２０のそれぞれの半径を差し引いた値を提示すればよい。
【００９５】
また、１相が４導体である場合は、図１１（ｂ）に示すように、電線３０、４０の中心点Ｃ、Ｄを通る線路方向の軸上の任意の点について、１回線が２導体である場合は、図１１（ｃ）に示すように、電線５０、６０の中心点Ｅ、Ｆを通る線路方向の軸上の任意の点について、最小距離を求めればよい。
【００９６】
さらに、上記の手法は、電線と電線下の樹木との最小離隔距離を求めるときにも採用できる。この場合、電線が振れる範囲と、電線下の樹木の、例えば、先端部の揺れる範囲とを制約条件として設定すればよい。上記の手法を採用した場合、線路方向に対して直角な方向への樹木の倒壊のみならず、他の方向（線路方向等）への樹木の倒壊についても加味できるため、電線と樹木の離隔距離をより高い精度で算出することが可能である。
【００９７】
上記の実施の形態においては、電線の横揺れへの影響を与える条件として風のみを考慮し、がいし及び電線への荷重については説明を省略したが、がいし及び電線への荷重による電線の横揺れへの影響についても考慮する必要がある。
【００９８】
上述の実施の形態では、設計技術者が入力部１１０を介して離隔距離算出用データを入力することにより、演算用コンピュータ１００に離隔距離算出用データが供給されたが、離隔距離算出用データの供給方法はこれに限られない。例えば、演算用コンピュータ１００は通信インタフェースを備え、ネットワークを介して接続された他のコンピュータから離隔距離算出用データが供給されてもよい。
【００９９】
また、上述の例では、設計技術者が作成した設計図に基づいて求めた離隔距離算出用データを演算用コンピュータ１００に入力する例を説明した。あるいは、設計技術者が演算用コンピュータ１００にインスト−ル済みのＣＡＤ用プログラムを実行して設計図を作成し、作成した設計図のＣＡＤデータを記憶部１３０に保存するようにしてもよい。この場合、制御部１４０は、図６に示す離隔距離演算処理の実行に先立って、ＣＡＤデータを離隔距離算出の処理に適切な形式のデータ（例えば、ベクター形式のデータ）に変換する処理を実行する。あるいは、演算用コンピュータ１００に、ネットワークを介して接続された他のコンピュータからＣＡＤデータが供給されてもよい。
【０１００】
上述の例では、非線形計画問題を解く手法として最急降下法を採用したが、あるいは、共役勾配法を使用してもよい。
【０１０１】
また、上述の例では、３相３線式２回線の電線が懸架されている場合に、６本の電線について、電線間の離隔距離を演算したが、架空地線と電線の離隔距離についても演算するようにしてもよい。この場合、架空地線も含めた８本の電線のうち選択した２本の電線が最接近したときの離隔距離を求めるため、８Ｃ２の組み合わせ（２８通りの組み合わせ）の電線の最接近距離を求め、２８通りの組み合わせに係る最接近距離のうち最も小さい値を最小離隔距離と特定すればよい。  
【０１０２】
なお、本発明に係る鉄塔装柱設計支援システムは、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いても実現可能である。例えば、コンピュータに、上記動作を実行するためのプログラムを、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk-Read Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＭＯ（Magneto Optical Disk）などのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶して配布し、これをコンピュータシステムにインストールすることにより、上述の処理を実行する表示制御装置もしくは制御装置を構成してもよい。さらに、インターネット上のサーバ装置が有するディスク装置等にプログラムを記憶しておき、例えば、搬送波に重畳させて、コンピュータにダウンロード等するものとしてもよい。
【符号の説明】
【０１０３】
１００  演算用コンピュータ
１１０  入力部
１２０  出力部
１２１  ディスプレイ装置
１３０  記憶部
１３１  ＯＳ
１３２  離隔距離演算用プログラム
１３３  設計情報格納領域
１４０  制御部
１４１  設計情報受付部
１４２  最接近位置特定部
１４３  提示部
１９０  バス
１０００  鉄塔装柱設計支援システム
ＷＡ、ＷＢ  電線
【図１】
0006366477.tif 000018
【図２】
0006366477.tif 000019
【図３】
0006366477.tif 000020
【図４】
0006366477.tif 000021
【図５】
0006366477.tif 000022
【図６】
0006366477.tif 000023
【図７】
0006366477.tif 000024
【図８】
0006366477.tif 000025
【図９】
0006366477.tif 000026
【図１０】
0006366477.tif 000027
【図１１】
0006366477.tif 000028
【図１２】
0006366477.tif 000029
【図１３】
0006366477.tif 000030
【図１４】
0006366477.tif 000031