(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電線に併設して送電線の鉄塔上部に送電線路の端部で折り返されて往復する一連続の光ファイバを配設し、
上記光ファイバの一方端から光信号を入射し、落雷時に、上記光ファイバ介して受信される偏波変動を観測することにより、雷撃位置を標定する雷撃位置標定方法であって、
観測される２つの偏波変動の時間差により雷撃位置を大まかに標定し、
上記電撃位置近傍における偏光面回転角度の時間変化に対する傾きの変化点間隔のパターンと鉄塔の径間距離パターンとを対応付け、
上記対応付けに基づき、偏光面回転角度の時間変化により求めた光ファイバ上の雷撃位置に対応した鉄塔間電撃位置を標定する
ことを特徴とする雷撃位置標定方法。
【請求項２】
送電線路の端部で折り返されて往復する一連続の光ファイバは、同一ユニット内に収納されている
ことを特徴とする請求項１の雷撃位置標定方法。
【請求項３】
送電線に併設して送電線の鉄塔上部に光ファイバを配設し、
上記光ファイバの一方端から光信号を入射し、落雷時に、上記光ファイバの他方端に現れる偏波変動を観測することにより、雷撃位置を標定する雷撃位置標定方法であって、
偏光面回転角度の時間変化に対する傾きの変化点間隔のパターンと鉄塔の径間距離パターンとを対応付け、
上記対応付けに基づき、偏光面回転角度の時間変化により求めた光ファイバ上の雷撃位置に対応した鉄塔間雷撃位置を標定する
ことを特徴とする雷撃位置標定方法。
【請求項４】
光ファイバは、ユニット内に収納されている
ことを特徴とする請求項３の雷撃位置標定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力線、ＯＰＧＷで構成される送電線へ落雷があった場合の雷撃位置の標定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の鉄塔と電力線、ＯＰＧＷで構成される送電線への雷撃位置を標定するために、ＯＰＧＷ内の光の偏波変動を利用した方法が知られている（例えば特許第２８１８６７４号参照）。
ＯＰＧＷ（Optical Ground Wire ：光複合架空地線）とは架空地線の一種で送電線鉄塔の頂上間に張られ、避雷の役目も持っている。その構造は図５に示すように、外側は、螺旋状に撚られたアルミ被覆鋼線で、中心部は光ファイバが入ったアルミ管である。
雷撃位置標定の動作には図５に示す構造が非常に重要であり、落雷時の非常に大きな雷撃電流の一部が、中心部の光ファイバを包むコイルのように流れる。そしてファラデー効果により図５に示すようにＯＰＧＷ内部に磁界が生じ、ＯＰＧＷを進む光波はこの磁界の影響によって大きな偏波変動が発生する。
なお、架空地線の外周に光ファイバを巻き付ける巻き付け型の光複合架空地線においても、雷撃電流により上記と同様に磁界が発生し同様の現象が生ずる。
【０００３】
したがって、図６に示すように、雷撃監視したい送電線のＯＰＧＷ１の片側にレーザ光源２を設け、ＯＰＧＷ１に片側からレーザ光を入射し、もう−方で折り返し戻ってきた光を偏波変動解析部３で偏波変動解析すれば、雷撃位置を標定することが可能である。
すなわち、図６において、ＯＰＧＷに雷撃があった場合、前記の効果で雷撃位置付近の行きの光と折り返された光がそれぞれ偏波変動を受けるため、図７に示すように、偏波変動の観測波形である偏波移動速度の時間変化には２つの山が生じる。この２度の偏波変動の時間差から雷撃位置が標定可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記方法によれば、ＯＰＧＷの光ファイバ上での雷撃位置を特定できるものの、そこが実際の送電線上ではどの位置に相当するかはわからない。
なぜなら雷撃による偏波変動はＯＰＧＷ内の光ファイバを通る光に生じるので、解析結果は光ファイバ上での位置になる。このため、実際にどこで雷撃があったかを知るためには、送電線長と敷設されている光ファイバの実長を関係付ける必要がある。
ここで、ＯＰＧＷの敷設状態について説明すると、鉄塔数基に一カ所のＯＰＧＷの接続箇所があり、この箇所では図８に示すようにＯＰＧＷを鉄塔下部まで引き下げ、ＯＰＧＷ内の光ファイバ融着している。さらに、同図に示すように鉄塔間には弛みがあり、加えて構造的には図９に示すように複数の光ファイバが集合された光ファイバユニットの撚りがある。
【０００５】
これらを考慮して、図８に示す鉄塔高・径間長・撚込み率・弛度・設置位置の標高といった敷設データから鉄塔１基毎に隣の鉄塔との間の光ファイバ実長を計算する。このようにして光ファイバ実長の累積和と鉄塔番号を結びつけることによって、どの鉄塔付近で雷撃があったかが特定可能になる。
しかし、弛度や引き下げ長のデータを正確に得るのは難しいため、ある鉄塔と鉄塔までの光ファイバ累積実長の関係には誤差が生じ、遠方の鉄塔になるほど誤差は拡大する。更に雷撃電流パルスの時間幅は距離に換算すると鉄塔数十基に亘るほどの幅である場合もあり、標定精度を上げるには限界がある。
以上のように従来方法では、光ファイバ累積実長の誤差等により精度よく雷撃位置を標定することが困難であった。
本発明は上記した従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、敷設データから求めた光ファイバ累積実長に誤差等があっても、雷撃位置を高精度に標定することができる雷撃位置標定方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
図２（ａ）は雷撃時の偏波移動角の時間変化であり、前記図７に示した偏波移動速度の時間変化と同様、磁気光学効果の一種であるファラデー効果により、雷撃時に同図に示すように偏波面が回転する。本発明では図２に示す偏波移動角の時間変化を利用して雷撃位置を標定する。雷撃電流のパルス幅は数十μｓの幅であるため、偏波変動の変化も同等の時間幅である。この時間幅は距離に換算すると鉄塔１０数基に相当する。
図２（ａ）に示す波形を拡大すると、図２（ｂ）に示すように微妙な傾きの変化があり、変化点の間隔は鉄塔間のファイバ長とよく−致していることがわかった。この現象のはっきりとした原因は不明だが、ＯＰＧＷが鉄塔毎に接地されているため雷撃電流の−部が地表に流れ、電流量が変化する事に起因するのではないかと考えられる。
【０００７】
本発明はこの現象を利用して、次のようにして雷撃位置を標定する。
（１）まず雷撃波形が得られたとき、前記した従来の方法によりおおよその雷撃位置を特定する。
次に、上記従来方法で得た雷撃位置付近の鉄塔十数基について、上記図２（ｂ）で説明した偏光面回転角度の時間変化に対する傾きの変化点間隔を求め、求めた変化点間隔から鉄塔間ファイバ長を得る。そして、この鉄塔間ファイバ長の並びと、敷設データから計算した鉄塔間ファイバ長の並びのパターンがほぼ一致するポイントを探す。
一方、雷撃位置は、図２（ａ）の矢印で示す偏波移動角の変化が最も急峻となる時点Ｆに対応しており、この点Ｆと鉄塔間位置を対応づけることができれば雷撃位置を標定することができる。そこで、上記のようにして得た鉄塔間ファイバ長の並びと、敷設データから計算した鉄塔間ファイバ長の並びのパターンの対応関係から、上記点Ｆに対応した鉄塔間位置を求める。
（２）光ファイバの一方端から光信号を入射し、落雷時に、上記光ファイバの他方端に現れる偏波面回転角度の時間変化を観測する。そして、上記した偏光面回転角度の時間変化に対する傾きの変化点間隔のパターンに基づき、図２（ａ）に示した偏波移動角の変化が最も急峻となる時点Ｆ付近の鉄塔間ファイバ長を得る。
そして、偏光面回転角度の時間変化に対する傾きの変化点間隔のパターンから得た鉄塔間ファイバ長の並びと、敷設データから計算した鉄塔間ファイバ長の並びのパターンがほぼ一致するポイントを探す。
次に、上記のようにして得た鉄塔間ファイバ長の並びと、敷設データから計算した鉄塔間ファイバ長の並びのパターンの対応関係から、上記点Ｆに対応した鉄塔間位置を求める。
上記（１）（２）のようにすれば、本当はどの鉄塔付近で雷撃があったかを特定することができ、高精度な雷撃位置の標定が可能となる。
なお、光ファイバはユニット内（例えば前記したＯＰＧＷ）に収納するのが望ましい。特に、光ファイバを送電線路の端部で折り返して配設し、２つの偏波変動の時間差から雷撃位置を大まかに標定する場合には、光ファイバを同一ユニット内（ＯＰＧＷであれば同一ＯＰＧＷに）収容すれば、敷設を容易にすることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施例の雷撃位置標定システムの構成例を示す図である。同図において、１０は送電線鉄塔であり、送電線鉄塔１０の上部には送電線に併設してＯＰＧＷ１が架設されている。ＯＰＧＷ１内には送電線路の端部で折り返されて往復する一連続の光ファイバ１０が収容されており、その折り返し部には伝播距離をかせぐための遅延用光ファイバ４が接続されている。
また、発電所側には、レーザ光源２と偏波変動解析部３が設けられ、レーザ光源２から放出されるレーザ光を上記ＯＰＧＷ１の往路側光ファイバ１０ａに入射する。
上記レーザ光はＯＰＧＷ１の往路側光ファイバ１０ａを介して変電所側に設置された遅延用光ファイバ４に入射し、遅延用光ファイバ４で遅延され、ＯＰＧＷ１の復路側光ファイバ１０ｂを介して発電所側に折り返され、発電所側に設けられた偏波変動解析部３の偏波変動解析装置に入射する。
【０００９】
上記構成において、送電線の途中で雷撃があると、前記したように雷撃点付近の往路側光ファイバ１０ａおよび復路側光ファイバ１０ｂを経由する行きの光と折り返された光がそれぞれ偏波変動を受ける。
偏波変動解析部３は上記偏波変動を解析し、解析結果を電話回線６を介してデータ収集解析部５に送信する。データ収集解析部５は上記解析結果に基づき雷撃位置を標定する。
送電線に雷撃があると、偏波変動解析部３により観測される偏波変動移動速度の時間変化には、前記図７に示したように２つの山が生ずる。この２度の偏波変動の時間差から前記したようにＯＰＧＷの光ファイバ上における雷撃位置を標定することができる。なお、前述のように偏波変動波形の時間幅は広いため、変電所近傍の雷撃では２つの波形が重なってしまい雷撃位置標定が出来ない。これを防ぐために変電所内には上記したように遅延用光ファイバ４を設置している。
【００１０】
以上の方法によれば、前記したように光ファイバ上での雷撃位置を標定することができる。しかし、上記した従来の方法では、前記したようにファイバ長は鉄塔毎の鉄塔データから計算した径間長の和として求められ、弛度や引き下げ長のデータを正確に得るのは難しい。このため、ある鉄塔と鉄塔までの光ファイバ実長の関係には誤差が生じ、遠方の鉄塔になるほどズレが大きくなる。更に雷撃電流のパルスは距離に換算すると鉄塔十数基に亘るほど程の幅である事もあり誤差は大きい。
【００１１】
そこで、データ収集解析部５において、２度の偏波変動の時間差から得た雷撃位置付近の鉄塔十数基について、偏波変動角波形の時間変化の傾きの変化点の間隔を解析し、以下のようにして雷撃位置を標定する。
図３は偏波変動角度の時間変化に基づく雷撃位置標定方法を説明する図であり、同図のＡは前記図２（ｂ）と同様、偏波変動角波形の時間変化に対する傾きを示している。同図のＡに示すように偏波変動角波形には微妙な傾きの変化があり、この変化点の間隔は前記したように鉄塔間のファイバ長とよく一致している。この例の場合、その変化点の間隔から求めた径間長のパターンは、同図に示すように１０２ｍ，８７ｍ，１０８ｍ，…，１３４ｍ，１５９ｍである。
【００１２】
一方、従来の方法により雷撃位置が鉄塔６９と鉄塔７０の間であると標定され、該雷撃位置の近傍で鉄塔の敷設データから計算した鉄塔間ファイバ長の並びのパターンが、上記パターンに一致するポイントを探したところ、同図に示すように鉄塔６４〜鉄塔７２間の１００ｍ，９０ｍ，１１０ｍ，…，１３０ｍ，１６０ｍであったとする。
ここで、前記図２（ａ）のＦ点に相当する位置が図３においてｆ点であったとすると、この点は鉄塔間のファイバ長が１２３ｍの位置であり、これと上記敷設データから計算した鉄塔間ファイバ長の並びのパターンとを対応付けると、鉄塔６８と鉄塔６７の間に相当する（図３のｆ点は図２（ａ）のＦ点（雷撃位置）に対応する点であり、ｆ点が図３で最も傾きが急峻となる点であるとは限らない）。したがって、雷撃位置は鉄塔６８と鉄塔６７の間であると標定される。
【００１３】
以上の方法によれば、既存のＯＰＧＷ内に収容されている空き心線を検出媒体且つ伝送媒体とするため、従来の故障区間標定システムのように送電線鉄塔への追加設備が必ずしも必要ではなく、精度よく雷撃位置を標定することができる。特に、鉄塔と鉄塔までの光ファイバ累積実長の関係に誤差があっても、これを補正して雷撃位置を精度よく標定することが可能である。
更にこの方法では、雷撃の度に計算で得られたファイバ長のプロファイルに補正を加え続ければ、より正確な送電線全体の鉄塔間ファイバ長のプロファイルが完成し、雷撃時の標定精度向上に貢献することができる。
なお、上記実施例では、雷撃監視用に光ファイバを往復分、計２本を占有しているが、波長多重技術を用いれば光ファイバの光通信回線との共用も可能である。
【００１４】
図４は本発明の第２の実施例を示す図であり、本実施例は、１本の光ファイバにより雷撃位置を標定するようにしたものである。
図４において、１１は送電線鉄塔であり、送電線鉄塔１１の上部には送電線に併設してＯＰＧＷ１が架設されている。
また、変電所側にはレーザ光源２が設けられ、発電所側には偏波変動解析部３が設けられており、レーザ光源２から放出されるレーザ光は上記ＯＰＧＷ１の空き心線に入射する。
上記レーザ光はＯＰＧＷ１内の光ファイバ１０を介して発電所側に送られ、発電所側に設けられた偏波変動解析部３に入射する。
【００１５】
上記構成において、送電線の途中で雷撃があると、レーザ光源２から放出され、ＯＰＧＷ１内の光ファイバ１０を介して送られる光が偏波変動を受ける。
偏波変動解析部３は上記偏波変動を解析し、解析結果を電話回線６を介してデータ収集解析部５に送信する。データ収集解析部５は上記解析結果に基づき以下のようにして雷撃位置を標定する。
送電線に雷撃があると、前記したように偏波変動解析部３で受信される光の偏波面回転角度が時間変化する。この偏波面回転角度の時間変化から、図２（ａ）の矢印で示した雷撃位置である点Ｆを求めることができる。
また、偏波面回転角度の時間変化は、図３で説明したように微妙な傾きの変化があり、この変化点の間隔は前記したように鉄塔間のファイバ長とよく一致している。
そこで、前記図３で説明したように上記のようにして得た鉄塔間ファイバ長の並びと、敷設データから計算した鉄塔間ファイバ長の並びのパターンの対応関係から、上記点Ｆに対応した鉄塔間位置を求める。前記図３の場合には、第１の実施例と同様に、雷撃位置は鉄塔６８と鉄塔６７の間であると標定される。
なお、本発明において用いられる光ファイバは、以上説明してきたようなＯＰＧＷ内に収容されて配設されている形態に限定されず、雷撃位置標定を行おうとする送電線路に沿って配設されていれば足りる。
また、光ファイバを送電線路の端部で折り返して配設し、雷撃地点で観測される２つの偏波変動の時間差から雷撃位置を大まかに標定する場合には、光ファイバを同一ユニット内（ＯＰＧＷであれば同一ＯＰＧＷに）収容するようにするのがよい。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、偏光面回転角度の時間変化に対する傾きの変化点間隔を求め、求めた変化点間隔から鉄塔間ファイバ長を得て、この鉄塔間ファイバ長の並びと、敷設データから計算した鉄塔間ファイバ長の並びのパターンがほぼ一致するポイントを探すことにより、雷撃位置を標定するようにしたので、敷設データから求めた光ファイバ累積実長に誤差等があっても、精度よく雷撃位置を標定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の雷撃位置標定システムの構成例を示す図である。
【図２】雷撃時の偏波移動角の時間変化を示す図である。
【図３】偏波変動角度の時間変化に基づく雷撃位置標定方法を説明する図である。
【図４】本発明の第２の実施例の雷撃位置標定システムの構成例を示す図である。
【図５】ＯＰＧＷ表面を流れる雷電流と発生する磁界を説明する図である。
【図６】従来方法を説明する図である。
【図７】偏波変動波形を示す図である。
【図８】送電線におけるＯＰＧＷの敷設状態を説明する図である。
【図９】ＯＰＧＷ内の光ファイバの撚りを説明する図である。
【符号の説明】
１        ＯＰＧＷ
２        レーザ光源
３        偏波変動解析部
４        遅延用光ファイバ
５        データ収集解析部
６        電話回線
１０      光ファイバ
１１      送電線鉄塔
【図１】
0004302273.tif 000002
【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】
0004302273.tif 000008
【図８】
0004302273.tif 000009
【図９】
0004302273.tif 000010