(57)【要約】空中に張られた高張力ケーブル（１）を監視するための装置およびそれを使用する方法。このシステムは、高張力ケーブル（１）に固着され、反射特性が既知の少なくともひとつのブラグ格子（４）が設けられた少なくともひとつの光ファイバ（３）と、この光ファイバに既知の範囲の波長の光を送出する光源（６）と、光ファイバ（３）のブラグ格子（４）から反射された光を検出し、それぞれのブラグ格子（４）から反射された光をその既知の反射特性に基づいて認識する測定装置（７）とを備える。
2004512492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空中に張られた高電圧ケーブルを監視するためのシステムにおいて、
前記ケーブルに固着され、反射特性が既知の少なくともひとつのブラグ格子が設けられた少なくともひとつの光ファイバと、
この光ファイバに既知の範囲の波長の光を送出する光源と、
前記光ファイバの前記ブラグ格子からから反射された光を検出し、それぞれのブラグ格子から反射された光をその既知の反射特性に基づいて認識する測定装置と
を備えたことを特徴とするケーブル監視システム。
【請求項２】
ひとつの光ファイバの長さ方向に複数のブラグ格子が設けられた請求項１記載のケーブル監視システム。
【請求項３】
保護管内に取り付けられた請求項１または２記載のケーブル監視システム。
【請求項４】
前記管は複数の光ファイバを含むファイバ光ケーブルであり、このファイバ光ケーブルは、高電圧ケーブルの製造時にその高電圧ケーブル内で中空の撚り線を構成するように取り付けられた請求項３記載のケーブル監視システム。
【請求項５】
前記管は複数の光ファイバを含むファイバ光ケーブルであり、既存の布設済みの高電圧ケーブルに巻き付けられた請求項３記載のケーブル監視システム。
【請求項６】
反射特性が既知の少なくともひとつのブラグ格子が設けられた少なくともひとつの光ファイバと、この光ファイバに既知の範囲の波長の光を送出する光源と、前記光ファイバの前記ブラグ格子から反射された光を検出し、それぞれのブラグ格子から反射された光をその既知の反射特性に基づいて認識する測定装置とを備えた光測定システムを使用する方法において、前記光ファイバを高電圧ケーブルに固着することを特徴とする方法。
【請求項７】
それぞれのブラグ格子は、その位置で高電圧ケーブルのひずみを測定するように選択された位置で、その高電圧ケーブルに固着される請求項６記載の方法。
【請求項８】
それぞれのブラグ格子は金属スリーブ内にモールドされ、この金属スリーブは、その位置で高電圧ケーブルのひずみを測定するように選択された位置で、その高電圧ケーブルに固着される請求項６記載の方法。
【請求項９】
光ファイバが高電圧ケーブルの内部に取り付けられる請求項６、７または８記載の方法。
【請求項１０】
光ファイバはほぼその全長にわたって外側ケーシングを備え、高電圧ケーブルの外側に巻かれる請求項６、７または８記載の方法。
【請求項１１】
すべてのブラグ格子がひとつの光ファイバに取り付けられた請求項６ないし１０のいずれか記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は空中に張られた高圧電線を監視するシステムに関する。
【０００２】
電力供給用の空中線は、雪や氷の重み、稲妻、地域的な要因による極端な温度および風、地理的地形的な条件などの周囲からの機械的ひずみ（ｓｔｒａｉｎ）を受けている。重大な風によるひずみとしては、極端な突風、終端取付け部を磨耗させる振動、および風と氷の重みとの組み合わせにより生じ電線に短絡や損傷を生じさせるギャロッピングがある。一般に、極端な気候的ひずみは、停電を引き起こしてそれによる大きな補修作業を必要とし、大きな経済的結果を伴なう。特に直接出向くことのできない領域に設置される実時間監視システムは、電線およびまたは柱（鉄塔）が極端な負荷を受けているかどうかの情報を提供し、これにより、大きな損傷が発生する前に必要な処置を施すことができる。
【０００３】
気候的ひずみを記録するこれまでの一般的な方法は、主に、変化するものを探す間接測定を基本にしている。関連する領域の着氷の値を提供するために、単純なアイス・リグすなわち電圧を加えていない２張りの導体が、ひずみ検出器と組み合わせて使用される。 短時間の振動を測定するために、光学望遠鏡が使用される。電線の選択された点のギャロッピングを視覚的に検査するため、ビデオ・カメラが使用される。これらの解決方法に共通なことは、電線のひずみを直接に測定しているわけではなく、それに直接関連して変動する変数を測定するものである。これらの問題のひとつは、高電圧の場所で取り扱うことである。これらの方法は、地域的電力供給に依存する。水晶ガラスの光ファイバは電界の影響を受けず、そのため、信号伝播が高電圧環境による影響を受けることがない。また、信号は長距離にわたり伝えられ、これにより、地域的電力供給に依存することがない。適切なファイバ光ケーブルに配置された供給ファイバは、通信用のファイバと同様に、容易に電力線に巻きつけることができる。 その方法は現在よく知られている。これとは別に、ファイバを縒り線に収容することもできる。気候的ひずみを測定するための既存の方法と本発明との最も重要な違いは、電力線上に気候的に引き起こされるひずみを直接測定することで、それらを計算するための基礎となる変数を介するものではない。
【０００４】
本発明は、空中に張られた高電圧線の気候ひずみを記録することを可能とする新規な方法からなる。この方法は、ファイバ光センサ、望ましくはブラグ格子を基本とする。この種の測定システムは多くの別々の特許公報に記載され、例えばＵＳ ５，８４５，０３３には、オイルおよびガスのシステム内で配管を監視するためのファイバ光測定システムが開示されている。この光測定システムは、配管上の螺旋ラインに沿って巻かれた光ファイバを備える。その光ファイバには、長さ方向に、ブラグ格子を用いて異なる波長の光を反射する多数のセンサが設けられる。光源は広い範囲の波長の光を光ファイバに入射する。別々のブラグ格子が異なる波長の光を反射するので、異なる格子の変化を引き起こしたひずみは、生じたひずみの強度および位置を、反射光のスペクトルの変化として示す。このシステムは、センサが配管外に配置されるので、使用環境について非常に要求が大きく、しっかりした解決策が必要である。このシステムはまた、測定に用いる専用の機器が必要である。
【０００５】
国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ９４／００９６７には、上述の米国特許で使用される種類の公知のセンサ・システムについて一般的な記述があるが、他のどのような特別の使用分野も記載されていない。
【０００６】
本発明の目的は、正確かつ費用効果が高く、センサ機器を局地に配置することなく、天候条件の変化の下で電力線を監視する監視システムを提供することにある。
【０００７】
長距離通信用の最近のファイバ光ケーブルが、高電圧ケーブルに取り付けられている。本発明による付随的な利点は、取り付けおよび測定システムのある程度の制御に既存の機器を使用でき、経費を削減するとともに、費用効果の高いシステムを提供できる。
【０００８】
本発明を以下の実施例を示す図面を参照して説明する。
【０００９】
図１は二つの鉄塔の間に張られた公知のタイプの高電圧ケーブルを示す。光ファイバ３は電力ケーブル１上に取り付けられ、ブラグ格子を備えた多数のセンサ４が設けられる。センサ４はケーブルに沿った経験的に大きなひずみを受ける場所に配置され、これにより、可能な限り早い段階でひずみを発見できる。さらに、センサの位置は、張ったケーブルが特に環境にさらされる例えばフィヨルドの入り江に長距離にわたり張ったようなところで振動が問題になることがわかっている場所、および着氷やギャロッピングが問題になることがわかっている領域のみを測定するように選択される。
【００１０】
光ファイバは通常、特に天気および風にさらされる領域が、保護ケーシングにより覆われ、長距離通信で使用光ファイバと同様の方法により、そのために開発された機器を使用して、高電圧ケーブルに固着される。本発明では、測定システムが高電圧環境から電気的に隔離されることが望ましいので、ケーブルが金属部を含まないファイバケーブル内に配置されることが特に望ましい。本発明の望ましい実施形態では、光ファイバ２はその製造時に高電圧ケーブル内に取り付けられる。これは最適な保護を提供し、ファイバの損傷による誤動作を減らす。
【００１１】
図１において、光ファイバは高電圧ケーブル１から中央測定局５に導かれ、この中央測定局５は、他のサービス機器や、例えば変電所に設置されるようなシステムの同様の機器と共に配置されることが望ましい。光ファイバが低損失であることから、中央測定局５は監視対象のケーブルから比較的遠隔地に配置することができる。図では１張を測定しているが、複数張を測定することも当然に可能である。
【００１２】
図２は本発明で使用される既知の測定アセンブリを示す。図示した測定アセンブリでは、例えばレーザまたは高輝度ダイオードを用いた光源６から正確に定められた範囲の波長で光を放射し、光カプラ８を介して光ファイバ３に入射する。
【００１３】
上述した特許公報に記載されたように、光はブラグ格子４から反射され、反射された光がカプラ８を通って、反射信号のスペクトルを測定する検出システムに導かれる。これらの反射の波長は格子の周期により、したがってブラグ格子の周囲の構造により、固有に与えられる。ブラグ格子のひずみの効果は前もって較正により決められる。このようにして、ブラグ格子がひずみセンサとして機能する。センサすなわちブラグ格子４に外部刺激が無いときの反射が既知なら、反射の変化をセンサ４内の変化として検出できる。
【００１４】
異なる反射特性をもつブラグ格子を設け、これにより、それぞれの変化が、変化が生じているセンサの位置、そして高電圧ケーブルに沿った位置を示す。ブラグ格子の反射特性は、例えば格子定数を変えることにより変えられる。
【００１５】
また、放射される信号をパルス化し、受信パルスの到着時刻で位置を示すようにすることもできる。しかし、この方法では、ブラグ格子間でいくらかの反射があるので、不要な信号を除去する必要がある。ファイバ端９には検出システム７に戻る反射を防止するための手段が設けられるが、この反射はファイバ端９までの距離で決まるので、放射された信号がパルスなら、検出システムで公知の方法により容易に除去できる。
【００１６】
図２に示した解決策の代わりに、それぞれが１または複数のセンサ４を備えた多数の光ファイバを使用することもできる。どちらの解決策を選ぶかは、単一のファイバに設けられた多数のセンサを分離する実現性に対する多数のファイバの取り扱いに要する費用に依存する。図示した解決策が通常は望ましい。
【００１７】
図３は５個のセンサが設けられた光ファイバ３を示す。ここで、この光ファイバ３は管または縒り線１０に取り付けられている。四つのセンサ４が管に固着され、これにより、管内のひずみにより影響を受け、そのひずみを検出する。センサ４は種々の方法、望ましくはエポキシ接着剤を用いて固着される。
【００１８】
５番目のセンサ４Ａは管に固着されず、管のひずみには影響を受けない。しかし、この５番目のセンサ４Ａは温度変化により光ファイバに生じる他のひずみにより同様の影響を受け、高電圧ケーブルが受ける比較的大きな温度変動による変化を修正するための参照として使用される。そのような参照センサ４Ａを多数、高電圧ケーブルに沿って別々の場所に配置し、温度変動を補償できるようにすることもできる。
【００１９】
ファイバ３を高電圧ケーブル１の外側に取り付けることにより、参照センサ４Ａを適切なケーシング内に配置し、高電圧ケーブル１を張るときの影響を受けないようにし、同時に、氷や水などの他の影響から保護することができる。
【００２０】
図４は高電圧ケーブル１の表面に取り付けられたセンサ４を示す。この例では、光ファイバ３のクラッディング１３が限定された領域を除去され、ブラグ格子４５がファイバ３に固着され、その特性がある領域で変化する。被覆されていないファイバには保護層１４が設けられる。クラディングとセンサ領域との双方が付加的な保護層、例えばプラスティックで覆い、外側からの影響から保護することが望ましい。
【００２１】
光ファイバにブラグ格子を形成する方法としては、拡散やレーザの使用など、数多くの方法が存在する。これらの解決策は当業者にはよく知られており、ここではこれ以上説明しない。どのような解決策であっても、本発明の主旨にどのような効果も及ぼすものではない。
【００２２】
取り付け時およびその後の双方において良好な保護を確保するため、ひずみ測定のためのブラグ格子が設けられたファイバ領域を、撚り線の曲線にしたがう形状の金属性の薄い保護スリーブに接着する。この保護スリーブは信号を伝達するファイバ・ケーブルとほぼ同じ直径をもち、両端がファイバ・ケーブルに小体される。より多くのブラグ格子を直列に配置する場合には、保護スリーブをブラグ格子が設けられたファイバの中心に沿って分割された円筒形とし、スリーブの二つの部分およびファイバ・ケーブルの終端を前もって接着する。取り付け時には、このスリーブを高電圧線に接着またはモールドする。
【００２３】
図５は高電圧ケーブル１の断面を示し、この高電圧ケーブル１は、望ましくは互いに巻かれたワイヤ１１すなわち撚り線を備える。さらに、この高電圧ケーブル１は管１０を備え、この管１０には、例えば、図３に示すような、測定用の１または複数の光ファイバが設けられる。管１０はワイヤ１１のまわりに巻かれ、通常の高電圧ケーブルの構造に付け加えられる。管１０はまた、例えば長距離通信など、他の目的に適した光ファイバあるいは導線を備えることもできる。高電圧ケーブルはまた、保護プラスチック層１２により被覆される。
【００２４】
上述したように、１または複数の光ファイバを種々の方法によりケーブルに固着できる。既存の高電圧ケーブルで測定を行う場合には、ファイバをケーブルの外側に巻き付け、それと同時に、あるいはそれに関連して、長距離通信線を布設することもできる。このとき、図４に示したように、光ファイバを高電圧ケーブルに直接接着してもよく、図３に示したように、保護管内に配置してもよい。伸びを測定するために、センサ点すわなちブラグ格子を高電圧ケーブルに接着するだけでよい。新しい高電圧ケーブルを製造するときに、図５に示した解決策を選択することもできる。この場合には、撚り線とプラスチック保護層との間に、すわなち、高電圧ケーブルがまだフラスチックで被覆されていないときに、管１０を巻き付け、これによた、管１０が高電圧ケーブル内の撚り線のひとつを構成するようにする。
【００２５】
光ファイバまたは導線３としてどのような種類のものを用いてもよく、通常は水晶ガラスの標準的なファイバを用いるが、場合によっては、特別のファイバを用いてもよい。測定システムの他の部分はファイバに適合するように構成され、例えば放射光の波長に関して選択されたファイバの材料に対応するように、また、温度および湿度などの種々の条件の特性に適合するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
選択された位置に多数のセンサが取り付けられた高電圧ケーブルを張った状態を示す。
【図２】
公知の光線センサを設定した実施形態を概略的に示す。
【図３】
光ファイバ、望ましくは中空の縒り線が管内に配置された実施形態を示す。
【図４】
表面に取り付けられたブラグ格子の実施形態を示す。
【図５】
プラスチック被覆線に取り付けられたファイバを示す。
【国際公開パンフレット】
2004512492.tif 000003
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2004512492.tif 000005
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2004512492.tif 000014
2004512492.tif 000015
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004512492.tif 000016
2004512492.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成13年6月8日(2001.6.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空中に張られた高電圧ケーブルを監視するためのシステムであり、
前記ケーブルに固着され、反射特性が既知の少なくともひとつのブラグ格子が設けられた少なくともひとつの光ファイバと、
この光ファイバに既知の範囲の波長の光を送出する光源と、
前記光ファイバの前記ブラグ格子からから反射された光を検出し、それぞれのブラグ格子から反射された光をその既知の反射特性に基づいて認識する測定装置と
を備えたケーブル監視システムにおいて、
前記光ファイバは保護管内にゆるく配置され、基本的に前記少なくともひとつのブラグ格子の位置で前記保護管に固着された
ことを特徴とするケーブル監視システム。
【請求項２】
ひとつの光ファイバの長さ方向に複数のブラグ格子が設けられた請求項１記載のケーブル監視システム。
【請求項３】
保護管内に取り付けられた請求項１または２記載のケーブル監視システム。
【請求項４】
前記管は複数の光ファイバを含むファイバ光ケーブルであり、このファイバ光ケーブルは、高電圧ケーブルの製造時にその高電圧ケーブル内で中空の撚り線を構成するように取り付けられた請求項３記載のケーブル監視システム。
【請求項５】
前記管は複数の光ファイバを含むファイバ光ケーブルであり、既存の布設済みの高電圧ケーブルに巻き付けられた請求項３記載のケーブル監視システム。
【請求項６】
少なくともひとつの光ファイバを備えた光測定システムの使用方法であり、前記光ファイバは保護管に取り付けられ、前記光ファイバにはそのファイバに沿って選択された位置に反射特性が既知の少なくともひとつのブラグ格子が設けられ、前記光測定システムはさらに、前記光ファイバに既知の範囲の波長の光を送出する光源と、前記光ファイバの前記ブラグ格子から反射された光を検出し、それぞれのブラグ格子から反射された光をその既知の反射特性に基づいて認識する測定装置とを備えた光測定システムを使用する方法において、前記光ファイバを前記保護管に固着することを特徴とする方法。
【請求項７】
それぞれのブラグ格子は、その位置で高電圧ケーブルのひずみを測定するように選択された位置で、その高電圧ケーブルに固着される請求項６記載の方法。
【請求項８】
光ファイバが高電圧ケーブルの内部に取り付けられる請求項６、７または８記載の方法。
【請求項９】
光ファイバはほぼその全長にわたって外側ケーシングを備え、高電圧ケーブルの外側に巻かれる請求項６、７または８記載の方法。
【請求項１０】
すべてのブラグ格子がひとつの光ファイバに取り付けられた請求項６ないし１０のいずれか記載の方法。
【国際調査報告】
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