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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024150490
(43)【公開日】2024-10-23
(54)【発明の名称】送電線監視のシステムおよび方法
(51)【国際特許分類】
H02J 13/00 20060101AFI20241016BHJP
H02G 1/02 20060101ALI20241016BHJP
【ＦＩ】
H02J13/00 301A
H02G1/02
【審査請求】有
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2024107792
(22)【出願日】2024-07-03
(62)【分割の表示】P 2020561605の分割
【原出願日】2019-01-25
(31)【優先権主張番号】62/622,603
(32)【優先日】2018-01-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】520268805
【氏名又は名称】ラインビジョン，インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100087941
【弁理士】
【氏名又は名称】杉本 修司
(74)【代理人】
【識別番号】100112829
【弁理士】
【氏名又は名称】堤 健郎
(74)【代理人】
【識別番号】100155963
【弁理士】
【氏名又は名称】金子 大輔
(74)【代理人】
【識別番号】100150566
【弁理士】
【氏名又は名称】谷口 洋樹
(74)【代理人】
【識別番号】100213470
【弁理士】
【氏名又は名称】中尾 真二
(74)【代理人】
【識別番号】100220489
【弁理士】
【氏名又は名称】笹沼 崇
(74)【代理人】
【識別番号】100225026
【弁理士】
【氏名又は名称】古後 亜紀
(72)【発明者】
【氏名】ピニー，ネイサン ダグラス
(72)【発明者】
【氏名】マッケスニー，トーマス アンダーソン
(72)【発明者】
【氏名】グルド，エリオット ジェイ．
(57)【要約】
【課題】送電線の１つまたは複数の導体の、高さなどの幾何形状の判定と導体の他の特性のリアルタイム監視とが可能な送電線監視のシステムおよび方法を提供する。
【解決手段】この送電線監視システム（１０）は、クリアランス・センサ（２０）と、送電線導体（８２－１、８２－２、８２－３）の幾何形状および／または動きを査定するために前記クリアランス・センサ（２０）からのデータを処理するコントローラ（５０）とを備える。
【選択図】図１
【解決手段】この送電線監視システム（１０）は、クリアランス・センサ（２０）と、送電線導体（８２－１、８２－２、８２－３）の幾何形状および／または動きを査定するために前記クリアランス・センサ（２０）からのデータを処理するコントローラ（５０）とを備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
クリアランス・センサと、
送電線を形成する導体の幾何形状および／または動きを査定するために前記クリアランス・センサからのデータを処理するコントローラと
を含む送電線監視システム。
送電線を形成する導体の幾何形状および／または動きを査定するために前記クリアランス・センサからのデータを処理するコントローラと
を含む送電線監視システム。
【請求項2】
前記クリアランス・センサは、３次元点群測定値を生成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記コントローラは、前記データから前記導体の経路を外挿する、請求項１に記載のシステム。
【請求項4】
前記コントローラは、前記導体ごとに画定された３次元検索領域を使用する、請求項１に記載のシステム。
【請求項5】
前記クリアランス・センサは、水平の上方３０度と８０度との間で前記導体をスキャンするように角度を付けられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項6】
前記コントローラは、前記導体の前記動きを解決し、その特性を表すために、繰り返されるスキャンの前記データを処理する、請求項１に記載のシステム。
【請求項7】
前記コントローラは、前記導体上に形成された氷の厚さを測定するために前記データを処理する、請求項１に記載のシステム。
【請求項8】
前記コントローラは、前記導体の間の導体間間隔を測定するために前記データを処理する、請求項１に記載のシステム。
【請求項9】
送電線を形成する導体を測定するのにクリアランス・センサを使用することと、
前記導体の幾何形状および／または動きを含めて前記導体を査定するために前記クリアランス・センサからのデータを処理することと
を含む、送電線監視方法。
前記導体の幾何形状および／または動きを含めて前記導体を査定するために前記クリアランス・センサからのデータを処理することと
を含む、送電線監視方法。
【請求項10】
１つまたは複数の導体に沿った電力の流れを測定する方法であって、
前記１つまたは複数の導体の電場および／または磁場を測定することと、
前記導体の位置を測定することと、
前記電場および／または磁場の測定からの前記導体によって伝送される前記電力の推定値を改善するのに前記位置を使用することと
を含む方法。
前記１つまたは複数の導体の電場および／または磁場を測定することと、
前記導体の位置を測定することと、
前記電場および／または磁場の測定からの前記導体によって伝送される前記電力の推定値を改善するのに前記位置を使用することと
を含む方法。
【請求項11】
前記導体の前記位置は、ライダ・ベースのクリアランス・センサを用いて測定される、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
前記導体の前記位置は、３次元で指定される、請求項１０に記載の方法。
【請求項13】
複数の前記導体の導体間間隔は、複数の３次元導体位置から計算される、請求項１０に記載の方法。
【請求項14】
前記導体によって伝送される前記電力を推定するのに使用される電場モデルを調整するのに気象センサ情報または気象データを使用することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項15】
前記導体によって伝導される電力を判定するのに前記測定された位置と共に電磁場モデルを使用することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項16】
電力測定値を生成するシステムであって、
１つまたは複数の導体の電場および／または磁場を測定する１つまたは複数の電磁場センサと、
前記導体の位置を測定するクリアランス・センサと、
前記電場および／または磁場の測定からの前記導体によって伝送される前記電力の推定値を改善するのに前記測定された位置を使用するコンピュータと
を含むシステム。
１つまたは複数の導体の電場および／または磁場を測定する１つまたは複数の電磁場センサと、
前記導体の位置を測定するクリアランス・センサと、
前記電場および／または磁場の測定からの前記導体によって伝送される前記電力の推定値を改善するのに前記測定された位置を使用するコンピュータと
を含むシステム。
【請求項17】
送電線の近くの電場および／または磁場を測定することと、
前記送電線の周囲の気象の特徴を表すことと、
前記気象と前記測定された電場および／または磁場とに基づいて第１の測定プロセスを使用して前記送電線の導体温度を推定することと、
前記送電線の位置および／またはたるみを測定することと、
前記測定された位置／たるみから第２の測定プロセスを使用して前記送電線の前記導体温度を推定することと、
前記第１の測定プロセスおよび前記第２の測定プロセスから導出された前記導体温度を比較して異常状態を判定することと
を含む、送電線に関する起こり得る異常を検出する方法。
前記送電線の周囲の気象の特徴を表すことと、
前記気象と前記測定された電場および／または磁場とに基づいて第１の測定プロセスを使用して前記送電線の導体温度を推定することと、
前記送電線の位置および／またはたるみを測定することと、
前記測定された位置／たるみから第２の測定プロセスを使用して前記送電線の前記導体温度を推定することと、
前記第１の測定プロセスおよび前記第２の測定プロセスから導出された前記導体温度を比較して異常状態を判定することと
を含む、送電線に関する起こり得る異常を検出する方法。
【請求項18】
前記送電線の前記位置は、ライダ・ベースのクリアランス・センサを用いて測定される、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
前記送電線の前記位置は、３次元で指定される、請求項１７に記載の方法。
【請求項20】
前記気象を判定するのに気象センサ情報または気象データを使用することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項21】
送電線の近くの電場および／または磁場を測定する１つまたは複数の電磁場センサと、
気象情報と前記測定された電場および／または磁場とに基づいて第１の測定プロセスを使用して前記送電線の導体温度を推定するコンピュータと、
前記送電線の位置および／またはたるみを測定するクリアランス・センサと
を含み、前記コンピュータは、前記測定された位置／たるみから第２の測定プロセスを使用して前記送電線の前記導体温度を推定し、前記第１の測定プロセスおよび前記第２の測定プロセスから導出された前記導体温度を比較して異常状態を判定する
送電線に関する起こり得る異常を検出するシステム。
気象情報と前記測定された電場および／または磁場とに基づいて第１の測定プロセスを使用して前記送電線の導体温度を推定するコンピュータと、
前記送電線の位置および／またはたるみを測定するクリアランス・センサと
を含み、前記コンピュータは、前記測定された位置／たるみから第２の測定プロセスを使用して前記送電線の前記導体温度を推定し、前記第１の測定プロセスおよび前記第２の測定プロセスから導出された前記導体温度を比較して異常状態を判定する
送電線に関する起こり得る異常を検出するシステム。
【請求項22】
送電線に関する風の状態を検出する方法であって、
前記送電線の位置を測定することと、
前記測定された位置に基づいて前記風の状態を推定することと
を含む方法。
前記送電線の位置を測定することと、
前記測定された位置に基づいて前記風の状態を推定することと
を含む方法。
【請求項23】
風速を測定することと、
前記送電線の状況を査定するために、前記測定された風速を前記推定された風速と比較することと
をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
前記送電線の状況を査定するために、前記測定された風速を前記推定された風速と比較することと
をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項24】
送電線に関する風の状態を検出するシステムであって、
前記送電線の位置を測定するクリアランス・センサと、
前記送電線の前記測定された位置に基づいて前記風の状態を推定するコンピュータと
を含むシステム。
前記送電線の位置を測定するクリアランス・センサと、
前記送電線の前記測定された位置に基づいて前記風の状態を推定するコンピュータと
を含むシステム。
【請求項25】
風速を測定する風力計をさらに含み、前記コンピュータは、前記推定された風速を前記風力計によって測定された風速と比較する、請求項２４に記載のシステム。
【請求項26】
クリアランス・センサと、
送電線導体を識別するために前記クリアランス・センサからの点群を処理するコントローラと
を含む、送電線監視システムまたは送電線監視方法。
送電線導体を識別するために前記クリアランス・センサからの点群を処理するコントローラと
を含む、送電線監視システムまたは送電線監視方法。
【請求項27】
クリアランス・センサと、
導体動きを査定するために前記クリアランス・センサからのタイムスタンプ情報を用いて点群を処理するコントローラと
を含む、送電線監視システムまたは送電線監視方法。
導体動きを査定するために前記クリアランス・センサからのタイムスタンプ情報を用いて点群を処理するコントローラと
を含む、送電線監視システムまたは送電線監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本願は、参照によってその全体が本明細書に組み込まれている、２０１８年１月２６日に出願した米国特許仮出願第６２／６２２６０３号の、３５米国特許法第１１９（ｅ）条の下での利益を主張するものである。
本願は、参照によってその全体が本明細書に組み込まれている、２０１８年１月２６日に出願した米国特許仮出願第６２／６２２６０３号の、３５米国特許法第１１９（ｅ）条の下での利益を主張するものである。
【背景技術】
【0002】
通常の架空送電線は、空間構成においてお互いから分離され、送電線塔（または支持塔）の間を走る、単一の撚られたケーブルまたは束に配置された複数の撚られた副導体からなる３つの電圧を与えられた位相導体と、１つまたは複数の電圧を与えられない架空地線（ＯＨＧＷ）とからなる。導体は、通常、鋼、アルミニウム、銅、合金、または炭素複合材料のストランドから構成され、所望の腐蝕耐性特性（たとえば、亜鉛めっき）、光学特性、および他の特性を達成するためにさまざまな表面処理が適用される。各導体は、しばしば電線を介して伝送される電力の異なる相を搬送し、送電線を介して流れる総電力は、３つの相のそれぞれを通って流れる電力の和である。導体束は、通常、スペーサによって接続された２つから４つまでの導体からなる。以下の議論では、導体束は、単に「導体」と呼ばれ、これは、送電線を通って流れる電力の相を搬送する送電線の媒体を指すと理解されなければならない。各送電線を構成する導体は、特定の周波数（米国では６０Ｈｚ、欧州では５０Ｈｚ）の交流（ＡＣ）および電圧、直流（ＤＣ）および電圧を搬送することができ、あるいは、建設期間中、保守期間中、または緊急停止期間中には電圧を除去され得る。
【0003】
導体は、塔の間で一直線に延びるのではなく、２つの隣接する塔の間で懸垂線の形状をとる。これに関して、送電線の機械的張力の量を減らすために、導体に「たるみ」が設けられる。たるみは、一般に、２つの隣接する塔の間の導体の最低点と比較した、導体が塔に接続される場所の高さの差と定義される。たるみが少なすぎると、張力が高くなりすぎる可能性があり、導体が、引張り応力に起因して破砕する可能性があり、あるいは、導体が、過度の風振動または他の振動をこうむり、これも導体ストランドの材料疲労によって引き起こされる破砕につながる可能性がある。たるみが多すぎると、導体の長さが増え、したがってコストが高まる。さらに、たるみが多すぎると、導体が、風の中でより大きい振幅で外にスイングし、したがって、他の導体、塔の構造体、またはたとえば木もしくは建物などの他の近くの物体に接触しまたは閃絡する可能性がある。
【0004】
時間変動する電気的動作状態および気象状態も、導体のたるみに影響する。実際に、ぶらさがる懸垂線導体は、導体が相互関係のある平均温度、張力、およびたるみを有する熱機械システムを表す。導体が暖かい空気、陽光、または電気抵抗加熱によって加熱される時に、導体材料の長さ方向の熱膨張は、導体の延びおよび張力減少を引き起こし、接地クリアランスが減少する（たるみが増加する）。導体が気象（冷たい空気、風、放たれる黒体放射、または降雨）によって冷却される時に、長さ方向の熱収縮は、張力を増やし、たるみを減らす。張力、温度、およびたるみの間の相互関係は、これらの変数のうちのいずれか１つの測定または判定が、熱機械モデルを使用することによって他の変数のいずれかまたは両方を計算することを可能にすることを意味する。
【発明の概要】
【0005】
本発明に従って作られた装置は、通常は導体との接触または直接の機械的接触なしに、送電線の１つまたは複数の導体の高さなどの幾何形状または３次元懸垂線形状を判定するのに使用される。さらに、本発明の装置および方法は、導体の高さおよび他の特性の連続的でリアルタイムの監視を可能にする。
【0006】
一般に、一態様によれば、本発明は、ライダ・ベースのクリアランス・センサを含む送電線監視システムを特徴とする。
【0007】
一般に、別の態様によれば、本発明は、送電線の電場および／または磁場を測定することと、送電線の位置を測定することと、電場および／または磁場の測定からの送電線によって伝送される電力の推定値を改善するのに位置を使用することとを含む、送電線電力測定値を生成する方法を特徴とする。
【0008】
一般に、別の態様によれば、本発明は、送電線電力測定値を生成するシステムであって、送電線の電場および／または磁場を測定する１つまたは複数の電磁場センサと、送電線の位置を測定するクリアランス・センサと、電場および／または磁場の測定からの送電線によって伝送される電力の推定値を改善するのに測定された位置を使用するコンピュータとを含むシステムを特徴とする。
【0009】
一般に、別の態様によれば、本発明は、送電線の近くの電場および／または磁場を測定することと、送電線の周囲の気象の特徴を表すことと、気象と測定された電場および／または磁場とに基づいて第１の測定プロセスを使用して送電線の導体温度を推定することと、送電線の位置および／またはたるみを測定することと、測定された位置／たるみから第２の測定プロセスを使用して送電線の導体温度を推定することと、第１の測定プロセスおよび第２の測定プロセスから導出された導体温度を比較して異常状態を判定することとを含む、送電線に関する起こり得る異常を検出する方法を特徴とする。
【0010】
一般に、別の態様によれば、本発明は、送電線の近くの電場および／または磁場を測定する１つまたは複数の電磁場センサと、気象情報と測定された電場および／または磁場とに基づいて第１の測定プロセスを使用して送電線の導体温度を推定するコンピュータと、送電線の位置および／またはたるみを測定するクリアランス・センサとを含む、送電線に関する起こり得る異常を検出するシステムを特徴とする。ここで、コンピュータは、測定された位置／たるみから第２の測定プロセスを使用して送電線の導体温度を推定し、第１の測定プロセスおよび第２の測定プロセスから導出された導体温度を比較して異常状態を判定する。
【0011】
一般に、別の態様によれば、本発明は、送電線に関する風の状態を検出する方法であって、送電線の位置を測定することと、測定された位置に基づいて風の状態を推定することとを含む方法を特徴とする。
【0012】
一般に、別の態様によれば、本発明は、送電線に関する風の状態を検出するシステムであって、送電線の位置を測定するクリアランス・センサと、送電線の測定された位置に基づいて風の状態を推定するコンピュータとを含むシステムを特徴とする。
【0013】
構成および部品の組合せのさまざまな新規の詳細を含む本発明の上記および他の特徴および他の利点は、添付図面を参照してより具体的に説明され、特許請求の範囲で指摘される。本発明を実施する特定の方法およびデバイスが、例として示され、本発明の限定としては示されないことを理解されたい。本発明の原理および特徴は、本発明の範囲から逸脱せずにさまざまな多数の実施形態で実施され得る。
【0014】
添付図面では、符号は、異なる図面を通じて同一の部分を指す。図面は、必ずしも原寸通りではなく、本発明の原理を示す強調が行われる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明による、送電線監視システムが取り付けられた送電線スパンを支える送電線塔を示す概略図である。
【図2】中央処理施設と通信する送電線監視システムを示す概略図である。
【図3】レーダー・ベースのクリアランス・センサに関して日単位で測定された、時間の関数としての、センチメートル単位の導体距離と華氏単位の局所温度とを示すプロットである。
【図4A-4B】地表面付近に配置されたライダ・ベースのクリアランス・センサを使用してイメージングされ、実際に測定された点群データから導体形状をモデル化し、外挿する数学的な最良あてはめの線を示す、それぞれ、ｙ－ｚ平面およびｙ－ｘ平面での３つの導体を示すプロットである。
【図5】スパンを支え、本システムのコントローラによって使用される導体検索方式を示す送電線監視システムによって監視される送電線塔を示す概略図である。
【図6】導体のクリアランス・センサによって生成された点群内の点を識別し、あてはめるためにマイクロコントローラ５０によって使用されるプロセスを示すフロー図である。
【図7】導体の動きを識別し、分析するためにマイクロコントローラ５０によって使用されるプロセスを示すフロー図である。
【図8】ＥＭＦセンサ情報およびクリアランス・センサ情報から送電線をモデル化する方法を示す図である。
【図9】起こり得る異常が存在するかどうかを判定するためにＥＭＦセンサ情報およびクリアランス・センサ情報から送電線をモデル化する方法を示す図である。
【図10】風速を査定し、検証し、その後、みかけの風速および他の要因からダイナミック・ライン・レーティング（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｌｉｎｅ Ｒａｔｉｎｇ）を計算するためにクリアランス・センサ情報からの送電線のモデルを使用する方法を示す図である。
【図11】メートル単位のブローアウト距離と、風向きおよび異なる風速の関数とを示す散布図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
本発明を、以下で、添付図面を参照してより十分に説明するが、添付図面には、本発明の例示的実施形態が示されている。しかし、本発明は、多数の異なる形で実施され得、本明細書で示される実施形態に限定されると解釈されてはならず、これらの実施形態は、本開示が完全になり、当業者に本発明の範囲を十分に伝えるようにするために提供されるものである。
【0017】
本明細書で使用される時に、用語「および／または」は、関連してリストされた項目のうちの１つまたは複数の任意のすべての組合せを含む。さらに、単数形および冠詞「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、そうではないと明示的に述べられない限り、複数形をも含むことが意図されている。さらに、用語ｉｎｃｌｕｄｅｓ（含む）、ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ（含む）、ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）、および／またはｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む）は、本明細書で使用される時に、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を指定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはその群の存在または追加を除外しないことを理解されたい。さらに、構成要素またはサブシステムを含む要素が、別の要素に接続されまたは結合されるものとして言及されかつ／または図示される時に、その要素が、他の要素に直接に接続されまたは結合されても、介在する要素が存在してもよいことを理解されたい。
【0018】
他の形で定義されない限り、本明細書で使用されるすべての用語（技術用語および科学用語を含む）は、本発明が属する技術分野の通常の技量を有する者によって一般に理解されるものと同一の意味を有する。さらに、一般に使用される辞書で定義されるものなどの用語は、関連技術の文脈でのその意味と一貫する意味を有するものとして理解されなければならず、本明細書でそのように特に定義されない限り、理想化された意味または極度に形式的な意味では解釈されない。
【0019】
図１は、送電線の３つの導体８２－１、８２－２、および８２－３のスパンを支持する例示的な送電線塔８０Ａおよび８０Ｂを示す。導体は、塔８０の碍子支持体８６に接続する碍子連８４からぶら下がる。たとえば、一般に、架空地線（ＯＨＧＷ）８８も、電光保護のために設けられる。
【0020】
本発明は、導体８２およびその導体によって搬送される電気を監視する送電線監視システム１０に関する。図示の例では、送電線監視システム１０は、主エンクロージャ６０Ｍ内に配置され、主エンクロージャ６０Ｍは、コントローラ５０およびおそらくは電力システムを含む。１つまたは複数のＥＭＦセンサ４２、４４が、導体８２の周囲の電磁場（ＥＭＦ）を監視するために塔８０に取り付けられる。追加の１つまたは複数のセンサ・エンクロージャ６０Ｃも、導体８２の幾何形状を監視するために１つまたは複数のクリアランス・センサ２０のために設けられる。ＥＭＦセンサ４２、４４およびセンサ・エンクロージャ（１つまたは複数）６０Ｃは、通常は制御、データ転送、および電力を提供する耐候性配線ハーネスを用いて主エンクロージャ６０Ｍに接続される。
【0021】
しばしば、センサ連合システムは、塔８０または近くの別々の取り付け柱もしくは他の構造物１２に取り付けられ、送電線監視システム１０のクリアランス・センサおよび／またはＥＭＦセンサ２０を支える。好ましくは、センサ連合システムは、調整可能な角度ブラケット、スライドするマウント、回転するマウント、および、さまざまな地上ベースまたは塔ベースの取り付け位置および取り付けタイプ（柱、キャビネット、丸天井、壁、屋根、送電構造ベース、三脚など）を考慮して、クリアランス・センサ２０が架空導体／ワイヤを正確に狙うことを可能にする他の位置調整機構を含む。連合システムは、設置時に一度または保守中にもう一度、調整され、定位置に固定され得、あるいは、モーターまたは他の電気機械デバイスによって継続的かつ自律的に調整され得る。一般に、センサ連合システムは、監視される導体８２から、しばしば３５メートルを超えない距離、通常は１０メートルと５０メートルとの間の見通し線距離で伝送構造柱／脚に設置される。連合システムは、しばしば、クリアランス・センサ・システム２０のボアサイトＢに上向きに導体を狙わせることを可能にする。具体的には、クリアランス・センサ・システム２０は、水平の上方３０度と９０度との間で導体をスキャンするように角度を付けられる。
【0022】
図示の実施形態では、送電線監視システム１０の１つまたは複数のＥＭＦセンサ４２、４４は、監視システム１０の主ハウジング６０Ｍから離れ、おそらくは異なる導体８２に近接して設置される。ＥＭＦセンサの配置は、異なる導体または異なる３相回路に関連するＥＭＦ信号の間の理想的な信号対雑音または分離を提供するために、電磁場モデルに基づいて最適化され得る。
【0023】
図示の例では、クリアランス・センサ２０は、導体８２－１、８２－２、８２－３、およびＯＨＧＷ ８８のすべての位置を検出する。この図は、スキャンされる導体エリアＳ内の例示的な導体８２－１のスキャンを示す。箱８２－Ｍ内の点Ｐは、クリアランス・センサ２０のスキャンからの実際に測定されたデータを表す。これらの点は、スキャンされる導体エリアＳの両側で導体をモデル化される導体エリアＭに外挿するのに使用される。
【0024】
図２は、送電線監視システム１０を示す概略図である。
【0025】
通常、監視システム１０は、主ハウジング６０Ｍまたは別々のハウジング内に配置された充電可能なバッテリ５４によって電力を供給される。バッテリからの電力は、パワー・レール５２を介してマイクロコントローラ５０などの監視システム１０の電子構成要素に供給される。好ましい実施形態では、バッテリ５４は、太陽電池パネル５０、電気化学燃料電池、および／または使用可能な場合に幹線電源によって充電される。電力管理システム５５が、バッテリ５４の充電を制御し、場合によって、システムの構成要素に供給される電力を調整する。通常、電力管理システム５５は、それぞれのワイヤリング・ハーネスを介してクリアランス・センサ２０およびＥＭＦ変換器４２、４４にも電力を供給する。バッテリ電圧モニタ５６が、バッテリ５４の電圧を監視し、この情報をコントローラ５０に渡す。
【0026】
監視システム１０は、送電線の１つまたは複数の導体８２の位置を検出するために通常は別々のセンサ・ハウジング６０Ｃ内に設置される１つまたは複数のクリアランス・センサ２０を含む。ほとんどの実施形態では、１つまたは複数のクリアランス・センサ２０は、１つまたは複数の導体８２に物理的に接触せずに、１つまたは複数の導体８２から所定の初期距離に位置決めされる。次に、１つまたは複数のクリアランス・センサ２０は、送電線の下で地表面もしくはその付近に取り付けられるか、または送電線の導体の付近であるがこれと電気的に接触していない構造体（たとえば、柱、塔脚）に取り付けられる。導体との直接の電気的接触または機械的接触を要求しないことによって、クリアランス・センサ２０は、非常にさまざまな位置に配置され得、監視される導体の機械的または電気的な完全性または挙動を損なわず、またはその他の影響を与えない。
【0027】
この目的で、（ｉ）周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）レーダー・センサ、（ｉｉ）レーザー・パルスおよび飛行時間（ＴｏＦ）分析に頼るレーザー・レンジファインダまたはライダ・センサ、（ｉｉｉ）高周波サウンド・パルスを放ち、その後に目標物体からのパルスの反射をリスンする超音波レンジファインダおよび／またはレベル検出センサ、および（ｉｖ）カメラまたは他の光学センサを含むがそれらに限定されない、複数のタイプのクリアランス・センサを使用し、送電線監視システム１０に組み込むことができる。監視される導体への追加のハードウェア（たとえば、リフレクタ・ターゲット、ＲＦレゾネータ、ＲＦＩＤタグなど）の取り付けは、各センサ・タイプが、未変更の導体の位置を検出できるので、通常は不要である。特殊な状況で、センサ信号品質を改善するために導体表面の光学特性を変更するために、導体の表面コーティングの変更が必要になる場合がある。
【0028】
送電線監視システム１０のマイクロコントローラ５０は、１つまたは複数のクリアランス・センサ２０からデータを受信し、メモリ構成要素または他のコンピュータ可読媒体に記憶された命令を実行して、１つまたは複数のクリアランス・センサ２０から受信されたデータに対してある種の条件付け動作を実行して、デジタル・データ・ストリームを生成する。一般に、マイクロコントローラ５０は、プロセッサ、メモリ、および入出力（Ｉ／Ｏ）周辺機器を単一のチップ上に含む、コンパクトな集積回路上で実施されたコンピュータ・システムである。他の例では、より一般的なコントローラが使用され得、機能するコンピュータに必要な１つまたは複数のマイクロプロセッサ）メモリ、入出力（Ｉ／Ｏ）、および他の特徴が共通の基板上で実施される「シングル・ボード・コンピュータ」スタイル・コントローラなどが使用され得る。
【0029】
その後、結果のデジタル・データ・ストリームが、とりわけ、（ｉ）送電線の１つまたは複数の導体の位置を判定し、次に（ｉｉ）下に横たわる地面に対する相対的な１つまたは複数の導体のそれぞれの高さ、（ｉｉｉ）ぶら下がる休止位置からの１つまたは複数の導体の動きおよび水平変位（「ブローアウト」）、および（ｉｖ）複数の導体が存在する場合の最小導体間距離を判定するために分析される。もちろん、そのような分析は、必須の命令（メモリ構成要素または他のコンピュータ可読媒体に記憶される）を実行する適当なモジュールを含むデジタル・コンピュータ・プログラム（すなわち、コンピュータのプロセッサによって実行されるコンピュータ可読命令）を使用して達成されることが好ましい。下で説明するように、そのような分析を、中央サーバ・システムおよび分析エンジン１３０で実行することができ、あるいは、いくつかの実施形態では、そのような分析を、マイクロコントローラ５０または別のコンピュータを介して局所的に実行することができ、あるいは、処理を、これらのコンピュータのうちの複数の間で分散させることができる。
【0030】
一般に、マイクロコントローラ５０は、マイクロプロセッサ、プロセッサ、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）内で実施されたプロセッサ、または、デジタルおよびアナログのセンサ・データ・ストリームを収集し、結果のデジタル・データを編成し、センサ・データの値／量に基づいて基本的な信号条件付けおよび論理演算を実行し、その後に中央処理施設１００への送信のためにデータをアセンブルする、他のコンピュータベースのシステム５０である。マイクロコントローラ５０は、センサ構成または分析構成の変更が要求される時に、中央処理施設１００から再プログラミング命令または再パラメータ化命令を受信することもできる。構成調整は、人間の分析者のアクションによって、またはシステム計算結果に基づく自動化されたアルゴリズム手段によって、達成され得る。その後、導体幾何形状データが、関心を持つ当事者に通信され、あるいは、判定された導体幾何形状データが、下でさらに説明するように、後続の計算および分析で使用され得る。
【0031】
送電線監視システム１０は、好ましくは、たとえば周囲気温を感知する温度センサ３２、空気の湿度レベルを感知する湿度センサ３４、および／または風速を検出する風力計３６を含む、送電線の付近の環境状態を感知しまたは測定する、ある種の補助センサをも含む。さらに、この例示的実施形態では、装置１０は、送電線の導体８２に関連するＡＣまたはＤＣのベクトル磁場を感知する１つまたは複数の磁気変換器４２および送電線の導体８２に関連するＡＣまたはＤＣの電場を感知する電場変換器４４など、電磁場（ＥＭＦ）センサをも含む（送電線を介する電流および電力の正味の流れを判定するためのそのような磁気変換器４２および電気変換器４４の使用が、参照によって本明細書に組み込まれている米国特許第６７１４０００号および米国特許第６７７１０５８号に記載されている）。
【0032】
すべてのそのような補助センサからのデータすなわち環境データおよび／または動作データは、マイクロコントローラ５０に通信され、これによって受信もされ、マイクロコントローラ５０は、受信されたデータに対してある種の条件付け動作を実行するためにメモリ構成要素または他のコンピュータ可読媒体に記憶された命令を実行することが好ましい。これらの補助センサからのデータは、単独でまたはクリアランス・センサからのデータと組み合わされて、下でさらに説明するように、送電線の導体の洗練された分析の一部として使用され得る。
【0033】
送電線監視システム１０は、データを送信する通信サブシステム６０をも含む。そのような通信サブシステム６０は、１つまたは複数のモデム、ラジオ、通信ケーブル、ローカル・データ・ポート、またはデータを送信する他の適切な手段からなるものとすることができる。この例示的実施形態では、通信サブシステム６０が、条件付けされたデータをマイクロコントローラ５０から中央処理施設１００、具体的にはその中央サーバ・システムおよび分析エンジン１３０（「中央サーバおよび分析エンジン」と称する場合もある）に送信し、ここで、送電線の１つまたは複数の導体の位置の判定および下に横たわる地面Ｇに対する１つまたは複数の導体のそれぞれの近似高さの判定の最終ステップが実行されることが企図されている。
【0034】
一般に、通信サブシステム６０は、マイクロコントローラ５０から中央サーバ１００または技師のポータブル・コンピューティング・デバイス、ラップトップ・コンピュータにデータを移動するのに使用される、１つまたは複数のワイヤレス・モデム、トランシーバ・ラジオ、通信ケーブル、またはローカル・データ・ポート（たとえば、ＵＳＢ）を含む。セルラ・モデム、衛星モデム、免許交付されたラジオ・モデム、および免許不要のラジオ・モデムが、通信サブシステムの例の明示である。通信サブシステムは、通常は両方向であり、セキュリティおよびデータ・プライバシのために暗号化されまたは符号化されたデータ送信が可能である。
【0035】
より詳細には、通信サブシステム６０は、１つまたは複数のオンボードのセルラ・モデムおよび／または衛星モデムを含み、中央処理施設１００にセンサ・データを送信し、中央処理施設１００では、追加の高度な分析および監視プロセス分析が実行される。セルラ・モデムが使用されることが好ましい。さまざまなサードパーティ・セルラ・モデム・モジュール／ゲートウェイが、主要なキャリア・ネットワーク上での全世界での使用のために構成されている。もう１つは、オプション衛星モデムである。セルラ・ネットワーク・カバレージの外部でのある種のリモート展開に関して、Ｉｒｉｄｉｕｍ（登録商標）衛星通信機器を指定することができる。さらに、無指向性アンテナおよび／または指向性（たとえば、八木）アンテナなどのアンテナが、通信サブシステム６０の一部である。通常、アンテナは、局所信号強度要件および方向要件に合わせて指定される。追加のオプションは、ＩＳＭ帯（たとえば、９００ＭＨｚ）または免許交付された帯域でのプライベート・ラジオ通信である。
【0036】
さらに、上で述べたように、送電線監視システム１０は、送電線の１つまたは複数の導体の高さの判定を可能にするだけではなく、送電線の性能、安全性、および材料状態に関して人間の観察者に知らせる、導体およびその環境の他の特性の連続的でリアルタイムの監視をも可能にする。実用的なリアルタイム性能情報の最も一般的な明示は、ダイナミック・ライン・レーティング（ＤＬＲ）の計算にあり、ＤＬＲは、それを超えると導体過熱が発生し得る気象状態に応答する導体に対する最大の仮説電流負荷を表す。リアルタイムの動作状態および導体性能に基づいてＤＬＲを計算することによって、より正確なレーティングを使用し、スケジューリングされた電力市場発電機ディスパッチを計算することができ、既存の送電容量の利用拡大が可能になる。さらに、導体のたるみ、温度、電流負荷、および機械的サイクルを長期的に監視することで、資産所有者は、導体を以前想定していたよりも積極的に動作させることができるかどうか、または導体が機械的応力およびそれに伴う材料劣化（たとえば、クリープ、腐蝕）によって寿命に達しようとしているかどうかを判断することができる。
【0037】
本発明による例示的方法は、一般に、（ａ）送電線の１つまたは複数の導体の位置および／または３次元幾何形状を検出する１つまたは複数のセンサを位置決めするステップであって、１つまたは複数のセンサは、１つまたは複数の導体および塔／碍子構造から所定の初期距離に位置決めされる、位置決めするステップと、（ｂ）コンピュータのプロセッサを介して、デジタル・データ・ストリームを生成するために１つまたは複数のセンサからのデータ受信するステップと、（ｃ）コンピュータのプロセッサを介して、（ｉ）送電線の１つまたは複数の導体の位置を判定し、その後、（ｉｉ）下に横たわる地面に対する相対的な１つまたは複数の導体のそれぞれのたるみおよび／または高さならびに導体の３次元幾何形状、導体の対の間の最小導体間間隔を判定するために、デジタル・データ・ストリームを分析するステップと、（ｄ）関心を持つ当事者に高さを通信するステップとを含む。
【0038】
本発明による別の例示的方法は、一般に、（ａ）送電線の１つまたは複数の導体の位置を検出する１つまたは複数のセンサを位置決めするステップであって、１つまたは複数のセンサは、１つまたは複数の導体から所定の初期距離に位置決めされる、位置決めするステップと、（ｂ）コンピュータのプロセッサを介して、１つまたは複数のセンサから位置データを受信するステップと、（ｃ）（ｉ）送電線の付近の環境状態を感知しもしくは測定し、または（ｉｉ）送電線の付近の動作状態を感知しもしくは測定するために少なくとも１つの補助センサを位置決めするステップと、（ｄ）コンピュータのプロセッサを介して、補助センサから補助データを受信するステップと、（ｅ）（ｉ）送電線の１つまたは複数の導体の位置を判定し、（ｉｉ）下に横たわる地面に対する相対的な１つまたは複数の導体のそれぞれのたるみおよび／または高さを判定し、（ｉｉｉ）送電線の性能を監視するために、コンピュータのプロセッサを介して位置データおよび補助データを分析するステップとを含む。
【0039】
マイクロコントローラ５０は、その通信サブシステム６０を使用して中央処理施設１００の中央サーバおよび分析エンジン１３０と通信する。それと同時に、中央処理施設１００は、異なる位置および／または送電線の異なる塔にある他の監視システム１０ならびに他の送電線上の監視システムとも通信する。
【0040】
次に、中央サーバおよび分析エンジン１３０は、クライアント・データ対話インターフェース１３２を提供し、好ましい実施形態では、クライアントの資産管理ならびに送電線監視および制御システムに直接データ供給１３４をも提供する。
【0041】
中央サーバおよび分析エンジン１３０、クライアント・データ対話インターフェース１３２、およびクライアント直接データ供給１３４は、１つまたは複数のコンピュータ・システムによって実行される機能を表し、複数の方法で実施され得る。通常、中央サーバ、インターフェース、およびデータ供給は、いくつかの例でそれぞれが１つまたは複数の中央処理装置、メモリ、およびディスクまたはソリッド・ステート不揮発性ドライブを有するアプリケーション・サーバを含む１つまたは複数のコンピュータ・システム上で実行する。他の場合に、エンジン、インターフェース、および供給は、加入者がインターネットを介してコンピュータの仮想クラスタを展開するオンデマンド・クラウド・コンピューティング・プラットフォーム上で実施される。
【0042】
複数の異なる技術を使用して、クリアランス・センサ（１つまたは複数）２０を実施することができる。このセンサ機能は、地面から実質的に水平な導体の高さ、またはワイヤ／導体に対する別の固定基準点の高さを測定するという共通の機能を共有する一連のセンサ・タイプの１つまたは複数として明示することができる。架空導体高さは、通常、１～２ｃｍの所望の精度を伴って、５～１００メートルの距離内で測定される。これらのセンサは、地表面もしくはその付近の固定位置マウントまたは電圧を与えられた架空ワイヤと電気接触していない構造体（たとえば、柱、塔脚）に取り付けられることが意図されている。導体クリアランスは、逆に、導体たるみ、またはぶら下がるワイヤ・アセンブリの両端の固定取り付け点より下のぶら下がる導体の変位を指す場合がある。
【0043】
一実施態様では、クリアランス・センサ２０は、ＦＭＣＷレーダー（周波数変調連続波レーダー）センサである。このタイプのデバイスは、通常、サイロ、タンク、プールなどの中の固体および液体のレベル検出および測距に使用される。
【0044】
図３は、日単位で測定された時間の関数としての、センチメートル単位の導体距離と華氏単位の局所温度とのプロットである。この現場テスト・データは、Ｓｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔによって販売されるＳＩＴＲＡＮＳ ＬＲ５６０ ＦＭＣＷ ＲＡＤＡＲシステムを用いて測定された架空導体クリアランスを示す。このデータは、測定周囲気温と比較され、これに相関する、センチメートル・スケール精度を示す。相対的に低い電流負荷を有する導体に関して、導体の温度は、周囲温度に密に相関するはずである。ここでは、架空導体のクリアランス（したがって、平均温度）が、４８時間周期にわたって周囲温度に強く相関することを示す。
【0045】
別の実施態様では、クリアランス・センサ２０は、レーザー・レンジファインダ／ライダ・センサである。回転するまたは静止の単一センサ構成または複数センサ・アレイ構成のいずれかを、レーザー・パルスおよび飛行時間（ＴｏＦ）分析を使用して架空導体／ワイヤの位置およびクリアランスを判定するのに使用することができる。複数センサ・レーザー／ライダ構成の場合、導体の長さに沿って異なる点で複数の同時測定が行われ、導体形状／位置の３次元幾何分析を可能にする。さらに、レーザー／ライダ・スキャンは、繰り返しサンプリングで同一導体の迅速な再スキャンを可能にし、同一導体から取得されたスキャン・データの時系列を比較することにより、導体の動き（たとえば、ギャロップ、風振動）の分析を可能にする。
【0046】
図４Ａおよび図４Ｂは、地表面付近に配置されたライダ・センサを使用してイメージングされた、３相送電回路導体の例について、ライダ・クリアランス・センサ・データをプロットしたものである。データは、山を登る傾斜スパンから収集されたことに留意されたい。図４Ａは、ｙ－ｚ平面のデータをプロットし、図４Ｂは、ｘ－ｙ平面のデータをプロットし、ｚ軸は高さを表し、ｙ軸は、導体の長さに沿って水平に走り、ｘ軸は、横方向である。
【0047】
箱８２－Ｍ内の点は、ライダ・クリアランス・センサ２０のスキャンからの実際に測定されたデータを表す。これらは、マルチチャネル・ライダから収集された３次元点群測定値を示す離散点であり、各チャネルは、スピンするライダの回転軸に対して相対的に固定された迎角でスキャンする。
【0048】
箱８２－Ｎ内の点は、所望の導体測定値に関連しないスキャナによって検出された点を表す。これらの点は、雑音として破棄される。
【0049】
線８２－１、８２－２、８２－３は、懸垂線（双曲余弦）関数の曲線フィッティングを使用して、測定されたデータから外挿された導体の位置と、導体の既知の取り付け点とを表す。線は、非線形最小二乗フィッティング演算を使用して、測定点８２－Ｍにフィッティングされた。導体形状の線形近似の最小二乗フィッティングも可能であり、非線形フィッティングは、懸垂線、放物線、高次多項式、または他のもの、導体の真の形状もしくは経路の数学的近似を含むことができる。導体形状モデルを作成して、動作中の導体の定在波または他の動的形状特性を反映することもできる。
【0050】
破線８２－１’、８２－２’、８２－３’は、碍子取り付け位置の間で直線を形成する、導体の仮説の０たるみ位置を表す。
【0051】
図５は、コントローラ５０が、導体の位置を決定するために導体８２－１、８２－２、８２－３のそれぞれに対応する側定点８２－Ｍをどのように使用するのかを示す。
【0052】
より詳細には、通常は初期構成プロセス中に、排他的な３次元検索領域９０が、ライダ・クリアランス・センサ２０によってスキャンされる体積領域９２内で導体８２－１、８２－２、８２－３のそれぞれについて画定される。一般に、体積領域９２は、水平の上方３０度と９０度との間の角度をスキャンするように構成され得る。
【0053】
図示の実施形態では、これらの検索領域９０は、それぞれの導体８２－１、８２－２、８２－３の予想される位置を中心とする円筒である。
【0054】
一般に、これらの領域９０を、円筒、箱、または事前に計算されたもしくは最後に測定された懸垂線経路からの半径距離によって記述することができる。他の例では、領域は、球面座標系内の領域によって画定される。検索領域は、適切な導体が見つからない時、または検出されあてはめられた点が元の検索領域の縁の近くにある時に、コントローラ５０によってアルゴリズム的に拡張されるか、または平行移動される領域になる場合がある。この導体突き止めプロセスは、事前に構成された検索領域なしで任意の点群内の直線形状または懸垂線形状のパターンを識別するために、高度の分析プロセス、たとえばコンピュータ化されたパターン認識を使用しても実行されてもよい。
【0055】
一般に、このアルゴリズムは、体積領域９２内にあり、導体フィッテイングプロセス内で無視されるべきランダムな点としても検出される雪、雨、ほこり、葉、または鳥９４に起因する誤った情報（returns）に対して頑健でなければならない。
【0056】
一例では、ハフ変換または他のコンピュータ・パターン認識方法が、投票手続きによって、あるクラスの形状（懸垂線形状）内の物体（電力線導体）の不完全な実例を見つけるのに使用される。検索領域は、以前の結果または内部論理動作に基づいてコントローラ５０によって動的に生成されてもよい。十分な点が見つからない場合に、検索半径を広げることが好ましい。
【0057】
ライダ・データは、繰り返されるスキャンの時系列である。一例では、コントローラ５０は、ライダ・データを分析し、タイムスタンプを付けて、導体８２－１、８２－２、８２－３の動きを解像し、その特性を表す。この概念は、ライダに制限されず、同一タイプの時系列分析を、導体の位置を検出する他の代替のセンサに適用することができる。導体の動きは、一般に、オペレータにとって望ましくなく、疲労／応力／故障および潜在的な導体間閃絡につながる。
【0058】
さらに、ライダ・データは、いくつかの例で、導体８２－１、８２－２、８２－３上に形成される氷の厚さを直接に測定するのにも使用される。ここで、コントローラ５０は、ライダ点群直径データ自体に基づいて導体直径を決定する。導体がライダ・データで急速に幅広くなる場合に、コントローラは、温度が氷点下未満であることを温度センサ３２からの周囲空気温度が示す場合に、導体上の氷の存在を結論付ける。その後、コントローラ５０は、氷厚さの測定である点群分布の広さに基づいて氷の厚さを査定し、氷の厚さの測定値とする。
【0059】
さらに、ライダ・データは、いくつかの例で、導体８２－１、８２－２、８２－３の間の最小直線距離である導体間間隔を査定し、特性付けるために、コントローラ５０によって使用される。コントローラ５０は、任意の２つの導体が測定され、それらの完全な幾何形状が計算された後に、ライダ・データから作られた３次元幾何モデル・データから直接間隔を計算する。
【0060】
一般に、導体が互いに、ならびに地面または他の物体にどれほど近くなり得るのかを規定する安全コードがある。これは、２つの電線が上下構成で同一の構造体に結ばれる時、または２つの電線が交差し、一方が他方の上を進まなければならない時に、特に重要である。
【0061】
別の実施態様では、クリアランス・センサ２０は、１つまたは複数のレーダー・センサまたは超音波センサである。超音波レンジファインダおよび／またはレベル検出センサを使用して、導体クリアランス／高さを判定することができる。これらのセンサは、高周波音パルスを放ち、その後、目標物体からのパルスの反射を受け取り、距離／高さを判定するためにＴｏＦ分析を実行することによって機能する。これらのセンサは、空気の密度が、したがって音速が、温度および湿度の変化に応答して変化するので、較正およびリアルタイム調整のために温度センサ（１つまたは複数）および湿度センサ（１つまたは複数）が付随しなければならない。このタイプの例のセンサは、Ｓｉｅｍｅｎｓ Ａｇ Ｅｃｈｏｍａｘ ＸＰＳシリーズである。
【0062】
別の実施態様では、クリアランス・センサ２０は、カメラ／光学センサである。ここで、カメラは、固定されたカメラ視点／視角に対して架空導体／ワイヤを結像するのに使用される。カメラ内の組込みコントローラまたはマイクロコントローラ５０上で実行するコンピュータ自動化された画像分析プロセスによって、導体の位置を判定することができる。この方法は、単一の画像取込で複数の導体を結像／測定できるという利点と、導体上の氷／雪累積を視覚化し、測定する能力とを有する。要するに、短いバーストでのまたは継続的なビデオの取込は、口語で「ギャロップ」と称する、風によって誘導される風振動によって引き起こされる導体の動きの検出および分析を可能にする。
【0063】
一例では、１つまたは複数のカメラは、空および空中の雲とおそらくは太陽などの無関係な背景物体に対して前景物体としての送電線の識別を周期的に可能にする組込み画像分析システムを含む。発光ダイオード（ＬＥＤ）、フラッシュバルブ、または他の光源を使用する可視光または不可視の赤外もしくは紫外のフラッシュの使用は、背景画像アーティファクトまたは干渉の除去を助けるのに使用され得る。というのは、前景物体（導体など）が、通常の光学表面反射率を有する遠くの物体よりも、フラッシュ光によってより強く照明されるからである。
【0064】
電気変換器４４および磁気変換器４２は、集合的に電磁場（ＥＭＦ）センサ・システムとも呼ばれるが、架空導体によって放出されまたは生成される電場および磁場を測定するのに使用される。これらの測定値は、導体クリアランス・センサからの測定値と組み合わされて、導体幾何形状および関連するＥＭＦパターンの３次元モデル化に基づく、架空導体上に存在する電流波形および電圧波形の非常に正確な計算を可能にする。導体クリアランス・センサ（１つまたは複数）から入手される導体の動的測定形状を組み込むことによって、より正確で高精度のＥＭＦモデルを構築することができ、これを用いて、ＥＭＦセンサ値を、より高い精度および詳細さで解釈することができる。電場センサは、通常、平板コンデンサ・タイプのセンサまたは分圧器タイプのセンサである。磁気変換器４２は、磁場センサとも称し、通常は、誘導コイル磁場センサ技術またはソリッド・ステート磁場センサ技術（たとえば、ホール効果センサ、磁気抵抗センサ）を含む。
【0065】
温度計／温度センサ３２を含む気象センサが、他のセンサ測定値の内部較正およびリアルタイム調整に使用される。というのは、多くのセンサが、温度ドリフト依存性を有するからである。温度計は、周囲空気温度に関するデータを収集するのに使用され、この周囲空気温度は、後述するダイナミック・ライン・レーティングの計算の鍵になる要因でもある。風速センサおよび風向きセンサ（たとえば、従来の機械式タイプおよび超音波タイプを含む風力計３６）ならびに太陽放射／日射センサも、ダイナミック・ライン・レーティング値の後の計算に使用される。
【0066】
上で説明したハードウェア、電子機器、および分析機器は、中央サーバ１００による、電圧を与えられた導体、電圧を除去された導体（設置中または保守中）、および架空地線（ＯＨＧＷ）を含む架空送電線および配電線のリアルタイム特性および性能の測定に使用される。リアルタイムで状態および性能を監視することによって、配電網オペレータは、発電および送電資産利用を最適化し、エンドユーザの平均電力料金を下げ、また、送電グリッドを介したより低コストのおよびまたはより低汚染の発電源へのより幅広いアクセスを可能にすることによって、二酸化炭素、重金属、ＮＯｘ、ＳＯｘ、および粒子の排出を減らす潜在能力を有する発電機ディスパッチ、電線、および／または変電所スイッチング構成に対する調整を行うことができる。実用的なリアルタイム導体性能情報の最も一般的な明示は、ダイナミック・ライン・レーティングの計算にある。
【0067】
ダイナミック・ライン・レーティングは、中央サーバ１００によって計算され、次のように説明される。まず、導体クリアランスが、電力線に沿った監視システム１０ごとに非接触クリアランス・センサ２０によって測定される。通常、中央サーバ１００は、送電線の長さに沿って分布する監視システム１０のうちの複数からデータを収集する。
【0068】
次に、導体平均温度が、測定されたクリアランス（またはたるみ）から計算される。各ぶら下がる懸垂線導体は、熱機械システムを表し、この熱機械システムでは、吊るされた導体が、相互に関係する平均温度、長さ、水平張力、およびたるみを有する。水平張力は、通常、自由にスイングする懸垂碍子が使用される場合に同一の送電線の隣接する後続のスパンに伝達され、したがって、監視される導体スパンを、熱機械的挙動に関して、隣接するスパンの代表と考えることができる。導体が、天候または電気抵抗加熱によって加熱される時に、長さ方向の熱膨張が、導体を延ばし、張力を下げ、接地クリアランスが減少する（たるみが増加する）。導体が、天候（風または降雨）によって冷却される時に、長さ方法の熱収縮が張力を増やし、たるみを減らす。張力、温度、およびたるみの間の相互関係は、これらの変数のうちの任意の１つの測定が、中央サーバ１００が熱機械モデルを使用することによって他の変数の一方または両方を計算することを可能にすることを意味する。そのようなモデルは、初期仕様に基づく導体、塔、および碍子の工学モデルから計算され得るが、経時的な機械的特性または材料特性の変化を取り込むためまたは工学仕様に対する初期設置状態の不確実性を考慮に入れるために、中央サーバ１００によって、導体クリアランス／たるみ、温度、および／または張力の経験的測定値を用いて較正され、または調整されることもある。たとえば、工学ドキュメンテーションは、導体が、６０°Ｆの温度および１００００ポンドの張力で設置され、１０フィートのたるみをもたらさなければならないと指定する場合がある。しかし、架線工夫による設置中に、たるみおよび張力を正確に測定することはできるが、導体の正確な温度が、未知または推定され、初期たるみ／張力／温度関係が、工学仕様から変化する場合がある。
【0069】
次に、導体または回路の負荷すなわちアンペア単位の電流の流れが、各監視システム１０の非接触クリアランス・センサ２０およびＥＭＦ変換器４２、４４から収集されたデータを使用して、中央サーバ１００によって計算される。ぶら下がる導体の幾何形状は、次の双曲余弦関数によって記述される形状を有する懸垂線を形成する。
ここで、ｈは、導体の高さを表し、ｙは、その経路に沿った導体の水平位置を表し、「ａ」は、懸垂線形状の凹部の形状または程度を支配するパラメータであり、ｙ０およびｚ０は、原点すなわち（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０，０，０）に対する実際の導体の最低点の並進オフセットを表す。
【数1】
ここで、ｈは、導体の高さを表し、ｙは、その経路に沿った導体の水平位置を表し、「ａ」は、懸垂線形状の凹部の形状または程度を支配するパラメータであり、ｙ０およびｚ０は、原点すなわち（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０，０，０）に対する実際の導体の最低点の並進オフセットを表す。
【0070】
ＥＭＦセンサ・デバイス（１つまたは複数）の位置での架空導体経路に沿った単位電流によって放たれる磁場が、ビオサバールの法則を使用して、導体の測定されたおよび／または計算された懸垂線経路に沿って数値経路積分を実行することによって、中央サーバ１００によって計算される。
ここで、
Ｂ０は、アンペア／メートル（Ａ ｍ－１）単位の、センサ位置ｒでの単位ベクトル磁場であり、
ｒは、メートル（ｍ）単位の、ＥＭＦセンサ・デバイスのベクトル位置であり、
ｄｃは、Ｃすなわち２つの選択された端点の間の吊るされた導体の懸垂線経路に沿った、無限小の電線要素であり、
ｒ’は、電線要素ｃとセンサ位置ｒとの間の変位ベクトルであり、ｒ’＝ｒ－ｃであり、
Ｉ０は、アンペア（Ａ）単位の、導体に沿った単位電流であり、
μ０およびπは、定数である。
【数2】
ここで、
Ｂ０は、アンペア／メートル（Ａ ｍ－１）単位の、センサ位置ｒでの単位ベクトル磁場であり、
ｒは、メートル（ｍ）単位の、ＥＭＦセンサ・デバイスのベクトル位置であり、
ｄｃは、Ｃすなわち２つの選択された端点の間の吊るされた導体の懸垂線経路に沿った、無限小の電線要素であり、
ｒ’は、電線要素ｃとセンサ位置ｒとの間の変位ベクトルであり、ｒ’＝ｒ－ｃであり、
Ｉ０は、アンペア（Ａ）単位の、導体に沿った単位電流であり、
μ０およびπは、定数である。
【0071】
単一の架空ワイヤまたは３相ＡＣ回路の場合に、導体に沿った電流は、（ＥＭＦセンサ・デバイス（１つまたは複数）からの）測定されたベクトル磁場を各装置１０に関連するモデル単位ベクトル磁場Ｂ０と比較することによって、中央サーバ１００によって計算される。米国特許第６７１４０００号および米国特許第６７７１０５８号を参照されたい。
【0072】
架空ワイヤまたは回路の複数のまたはより複雑な集合および複数のＥＭＦモニタ位置／ユニットに関して、同一のモデル単位ベクトル磁場が、各ＥＭＦセンサ位置で導体／ワイヤ経路ごとに、中央サーバ１００によって計算される。この場合に、各架空ワイヤ上の電流は、各回路上の可変電流の、測定された磁場の値とモデル磁場の値との間の二乗平均平方根誤差を最小にする数値プロセス（たとえば、線形または非線形の最小二乗、勾配降下、および／または関連する数値アルゴリズム）を使用して計算される。参照によって本明細書に組み込まれている米国特許第８２８０６５２ Ｂ２号を参照されたい。
【0073】
導体温度および電流負荷が、コントローラ５０および／または中央処理施設１００のサーバ・コンピュータによって判定された後に、これらの変数の最近の履歴も、通常は中央処理施設１００によって収集される（約４時間以内の履歴）。さらに、局所気象センサからの気象データまたは気象データ・サービス・プロバイダによって提供されるリモートに計算された気象モデルが、太陽放射／日射および周囲温度を含めて、中央処理施設１００によって収集される。風速データおよび風向きデータを、中央サーバ１００によって、局所センサまたはモデル・データから収集することもできる。
【0074】
導体のリアルタイム性能に関連する観察された／計算された変数に鑑みて導体温度を支配する物理プロセスを分析することによって、中央サーバ１００は、現在の気象状態および導体特性を考慮して、架空線の有効な対流冷却潜在能力を推論することができる。
【0075】
４つの熱伝達現象すなわち、導体の放射冷却（黒体冷却）、導体の太陽または他の放射加熱（放射吸収）、電流によって引き起こされる導体の抵抗加熱（「ジュール加熱」または「オーム加熱」）、ならびに風または他の局所対流現象によって誘導される導体の表面を横切る空気の動きによって引き起こされる導体の対流冷却が、架空導体の温度を支配する主な要因である。
【0076】
上でリストした熱伝達現象を記述する経験式が、ＩＥＥＥ Ｓｔｄ． ７３８－２０１２に詳細に記載されている。
【0077】
導体温度および負荷の現在値および最近観測された値ならびに現在および最近の気温および太陽放射度を調べることと、ＩＥＥＥ Ｓｔｄ． ７３８または同様の参照標準規格に概要を示された式を使用することと、によって、中央処理施設１００は、導体の現在温度を説明する、有効垂直（導体の長手方向軸に対して）風速を計算する。この有効垂直風速を用いて、現在の気象状態が無期限に一定に保たれると仮定して、導体がその最大動作温度（ＭＯＴ）未満の状態のまま経験し得る最大連続電流負荷を計算することができる。この最大電流負荷を、ダイナミック・ライン・レーティング（ＤＬＲ）と呼ぶ。関連する式（ＩＥＥＥ Ｓｔｄ． ７３８にも記載）を用いた同様の計算は、モデル負荷電流が所定の期間、たとえば５分または１時間にわたって適用されることのみを仮定する、短期のまたは過渡的な電流負荷レーティングを与えることができる。これらのレーティングは、しばしば、短期緊急レーティング（Ｓｈｏｒｔ－Ｔｅｒｍ Ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ Ｒａｔｉｎｇ）または過渡的レーティング（Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｒａｔｉｎｇ）と呼ばれ、通常は同等のＤＬＲより大きい。
【0078】
着氷（導体表面上の氷蓄積の形成）、ギャロップ（しばしば、強風状態での氷形成によって促進される、導体動きの大きいスイングにつながる、導体の、風によって誘導される振動）、および風振動（導体ストランドの疲労および腐蝕につながる、風によって誘導される高周波振動）などの望ましくない導体状態の、中央処理施設１００によるリアルタイム分析は、位相間または位相対グラウンドの導体閃絡、導体（１つまたは複数）の氷または振動によって誘導される機械的延び／疲労／故障／破損、およびグラウンドクリアランス違反などの危険な状況の高められたリスクについて、送電運営会社資産管理システムに中央サーバ１００が警告することを可能にする。このリアルタイム情報を用いて、機敏なグリッド・オペレータは、改修活動方式または他の手順を実行して、資産に対するリスクを低減し、システムレベルのカスケード障害を回避することができる。
【0079】
非接触クリアランス・センサ測定値の他の短期応用例は、ストランデッド導体設計もしくはレガシ導体設計と比較した新規の導体設計、ストランディング、材料組成、変更技法もしくは修復技法、または表面処理の評価を含む。新規の塔構造、新規の碍子構造、または導体の幾何学配置に関連する性能改善を、設計クレームと比較して測定し、分析し、検証することもできる。
【0080】
より長い期間にわたって架空導体の竣工性能を分析することによって、エンジニアおよびプランナは、資産の健全性および保守／交換スケジュールのモデルをパラメータ化することができる。導体たるみ／クリアランス、温度、電流負荷、および機械サイクルの長期現場監視は、導体を以前の仮定より積極的に動作させられるかどうか、または、導体が、機械的応力それに伴う材料劣化（たとえば、アルミニウム導体ストランドの完全な焼きなまし）によって寿命に達しようとしているかどうかを資産所有者が判断するのを助けることができる。
【0081】
その後、ＤＬＲを計算するのに使用される非接触クリアランス・センサ２０を使用して、特定の送電経路のライン・レーティング予測を検証し、パラメータ化し、調整することができる。数週間、数か月、または数年にわたって集計されたリアルタイムＤＬＲは、気象データに基づくＤＬＲ予測の精度および／または不確実性を検証し、定量化するのを助け、これによって、予測されたレーティングの信頼度および信頼性を高めることができる。高精度の予測されたレーティングは、既存の送電能力の利用拡大を可能にするスケジューリングされた電力市場発電機ディスパッチを計算に入れ、低価格、低排出、または再生可能な発電機から生じる電気の割合を高めることができる。
【0082】
図６は、導体のクリアランス・センサによって生成された点群内の点を識別し、あてはめるためにマイクロコントローラ５０によって使用されるプロセスを示すフロー図である。
【0083】
より詳細には、ステップ４１０で、ライダ・センサまたはレーダー・センサなどのクリアランス・センサ２０を使用してシーンの広域スキャンを実行する。これは、広域点群を生成し、これらは、デカルト座標（ｘ，ｙ，ｚ）または方位角、迎角、および半径の球面座標であり得る。
【0084】
コントローラ５０は、また、ステップ４１６で、導体の初期測量幾何形状に関する情報を記憶する。通常、これは、導体が碍子連からぶら下がる位置（碍子／導体クランプ位置）、具体的には、クリアランス・センサ２０の位置に関する位置を含む。これにより、共通の座標系が生じる。それと同時に、コントローラは、ステップ４２０で、導体の最後に測定された幾何形状にアクセスする。
【0085】
初期測量（４１６）および最後に測定された幾何形状（４２０）からの情報を使用して、ステップ４１８で、その導体のセグメント・モデル幾何形状を生成する。これは、デカルト座標系などの選択された座標系内のセグメント平均位置を含む。これは、主成分分析から入手されるセグメント主成分をも含む。最後に、このモデルは、導体のフィッテイングされた線から以前に測定された点の二乗平均平方根（ＲＭＳ）距離を含む。このセグメント幾何形状モデルは、その後、ステップ４１４で、点群内の点ごとに使用される。具体的には、セグメント幾何形状モデルからのスカラ距離を計算する。
【0086】
ステップ４２２では、所定の距離Ｒｍｉｎを超えて存在する点を識別する。これらの点は、現在の導体の査定に関して無視されるが、ステップ４２６に示されているように、他の導体を検索する時には再処理される。
【0087】
その一方で、ステップ４２４では、導体幾何形状モデルの所定の距離Ｒｍｉｎ以内の点をステップ４２４で識別する。これらの点から、ステップ４２８で、３次元の直線にフィットする線形最小二乗を実行する。その後、ステップ４３０では、フィットされた直線が満足できるものであるかどうかを判定する。すなわち、フィッティングされた線が、可能な導体のよい表現であるかどうかを判定する。
【0088】
導体が適合不良である場合には、ステップ３３２で、より大きいＲｍｉｎを用いてこのプロセスを繰り返すか、エラー・メッセージを送る。
【0089】
その一方で、線が満足なあてはめであると判定される場合には、この線のパラメータが、その導体の最後のタイプおよび測定された幾何形状として保存される。ステップ４３４で、点を懸垂線あてはめ動作に渡す。最後に、ステップ４３６で、懸垂線を、分離された導体点および既知の碍子／導体クランプ位置にあてはめる。
【0090】
図７は、導体の動きを識別し、分析するためにマイクロコントローラ５０によって使用されるプロセスを示すフロー図である。
【0091】
より詳細には、ステップ４１０で、ライダ・センサまたはレーダー・センサなどのクリアランス・センサ２０を使用して、シーンの広域スキャンを実行する。これは、広域点群を生成し、これらは、デカルト座標（ｘ，ｙ，ｚ）または方位角、迎角、および半径の球面座標であり得る。しかし、スキャンは、おそらくは５～１０秒以上続く限り、前にスキャンされたものとは異なる。その結果は、点のそれぞれのタイムスタンプ測定値を有する点群である。
【0092】
ステップ４４０では、この生成された点群の点を、導体の１つに関連付ける。各点は、その点の座標と、その点が測定された時を示すタイムスタンプとの組合せである。
【0093】
ステップ４４２では、線または懸垂線を分離された点にあてはめる。その後、あてはめられた線からの点のＲＭＳ距離Ｄｒｍｓを判定する。
【0094】
ステップ４４４では、距離Ｄｒｍｓが小さいか否かを査定する。具体的には、Ｄｒｍｓが導体直径に匹敵するかどうかを査定する。たとえば、Ｄｒｍｓが導体直径の２倍未満である場合には、ステップ４４６で、導体が静止しまたはほぼ静止していると結論する。ステップ４５８で、この結論を記録する。
【0095】
その一方で、導体直径の２倍を超えるＤｒｍｓなど、大きいＲＭＳ距離が、ステップ４４８でフィッティングされた線と測定された点との間に存在する場合には、ステップ４５０から始まる導体動き計算を実行する。
【0096】
具体的には、たとえばステップ４５２で、ライダ・クリアランス・センサ２０の単一のスキャンの点群を収集する。次に、クリアランス・センサ２０の各データ収集期間内の点に懸垂線をあてはめる。ステップ４５４で、点のこれらのセットのそれぞれについて、セグメント平均位置、セグメント主成分、フィッティングの品質、フィッティングされた点の個数、および平均タイムスタンプを記録する。この分析は、その後、ステップ４５６で、クリアランス・センサによるスキャンの系列のそれぞれについて行われる。この情報から、振幅すなわち、あてはめられた懸垂線の間の最大距離が計算される。また、振動または動きの周波数または周期が計算される。その後、ステップ４５８で、この情報が記憶され、場合によっては中央サーバ１３０に送られる。
【0097】
図８は、ＥＭＦセンサ、すなわち磁場センサ４２および電場センサ４４からのＥＭＦ測定値を改善するためにクリアランス・センサ２０からの情報を使用するのにマイクロコントローラ５０および／または中央処理施設１００によって使用されるプロセスを示すフロー図である。
【0098】
一般に、３次元のクリアランス・センサによって測定された導体位置は、固定されたまたは近似の導体幾何形状に依存するＥＭＦモデルと比較して動的でより正確な３次元ＥＭＦモデルの作成を可能にする。この正確な幾何形状は、電場データ、磁場データ、および導体幾何形状を入力とする最適化されたＥＭＦモデルに基づく電線の電流、電圧、および電力の計算を容易にする。
【0099】
一般に、導体の幾何形状が、ＥＭＦセンサ４２、４４に関して既知である場合には、その幾何形状情報を使用して、導体からの電磁場の測定を改善することができる。これは、検出される磁場／電場が、磁場センサと導体形状８２の長さに沿った一連の無限小セグメントとの間の距離の二乗の関数であるために生じる。
【0100】
より詳細には、動的かつ３次元の導体幾何形状を知ることは、観察されたＥＭＦ信号を監視される送電線上の電流、電圧、および電力の流れに関する結論に写像するモデルを改善する。この改善は、導体形状および地上高の変化がアウトバウンドＥＭＦ信号の振幅および位相角にどのように影響するのかを考慮に入れることのできない、２次元断面または３次元のいずれかの、静的で時間不変の導体形状モデルと比較して測定される。クリアランス・センサによって測定された３次元の導体位置データは、固定されたまたは近似の導体幾何形状に頼るＥＭＦモデルと比較して、動的でより正確な３次元 ＥＭＦモデルの作成を可能にする。電線の電流（Ｉ）、電圧（Ｖ）、および電力（Ｐ）の計算は、電場データ、磁場データ、および導体幾何形状を入力とするＥＭＦモデルに基づく。
【0101】
具体的には、１つまたは複数のクリアランス・センサ、たとえばライダ・センサは、マイクロコントローラ５０および／または中央処理施設１００に送られるスキャン・データ４１０を生成する。好ましくは、このデータは、たとえば図５で説明した３次元での導体の位置と、図６で説明した導体の動きとを特定する。このデータから、マイクロコントローラ５０および／または中央処理施設１００は、導体位置４３６とすべての導体動き４５８とを解像する。その後、この情報は、マイクロコントローラ５０および／または中央処理施設１００によって使用されるＥＭＦモデル２２２に供給される。
【0102】
それと同時に、磁場センサ４２および電場センサ４４を含むＥＭＦセンサからのＥＭＦセンサ・データ２１６が、磁場の大きさ２１８および電場の大きさ２２０を計算するのに使用される。この情報は、ＥＭＦモデル２２２に供給される。
【0103】
ＥＭＦモデル２２２は、磁場情報および導体幾何形状情報を使用し、測定されたベクトル磁場値を磁場のモデル単位値によって除算することによって３相または単一相のＡＣ電線電圧を判定する計算２２４を実行する。これらのモデル単位値は、回路の位相順序（たとえば、「ＡＢＣ」、「ＡＣＢ」など）に関連する既知の位相シフトを有する監視される導体上の１．０アンペアｒｍｓの電流によって生成されるセンサ位置に存在するであろうモデル化された磁場フェーザ（正弦波のオイラー方程式表記）を表す複素数である。これらのモデル単位フェーザは、ビオサバールの法則として知られるベクトル・クロス乗積方程式を使用して、導体の３次元経路に沿った導体の一連の無限小セグメントのセンサ位置で生成された磁場のベクトル和（経路積分）として計算される。
【0104】
ＥＭＦモデル２２２は、測定された電場を使用して、クーロンの法則２２８を使用することによって電線電圧ならびに電線電圧と電線電流との間の位相オフセットを計算する。測定された導体幾何形状情報は、導体の経路に従う３次元電荷分布モデルを作成するのに使用される。センサ位置でのモデル電場が、導体形状に沿った電荷分布の無限小要素にわたる経路積分を使用して計算され、鏡像電荷法が、監視されるシーンの下の地面によって形成される接地面Ｇの存在を考慮に入れるのに使用される。最後に、この情報から、ステップ２２６で、複素数の電線電流と電線電圧との積として電線電力を判定する。結果として得られる複素電力Ｐから、実際の電力（ワットまたはＲＥＡＬ（Ｐ））、無効電力（バールまたはＩＭＡＧ（Ｐ））、皮相電力（ボルト－アンペア、ＡＢＳ（Ｐ））、または力率（皮相電力に対する実際の電力の比率）を、その後に計算することができる。
【0105】
好ましい実施形態では、気象センサ情報または気象データ３３０も、ＥＭＦモデル２２２によって、電線電力計算２２６を実行するのに使用される。より詳細には、マイクロコントローラ５０および／または中央処理施設１００は、温度センサ３２、湿度センサ３４、および風力計３６からの情報をさらに使用して、ＥＭＦモデル２２２の精度を改善する。例えば、磁場変換器および電場変換器からの生のアナログ・センサ・データを変換するアナログ－デジタル変換器の電気的応答は、通常、温度に対する依存性を有し、温度が既知の時に補正され得るバイアスをもたらす。別の例では、濡れた土および草木をもたらす降雨が、電圧を与えられた高電圧導体によって作られる電場勾配を操縦し、強化することが周知である。気象センサまたは気象データによって観察される降雨の期間中またはその後に、電場モデルの振幅、位相、およびベクトル方向に対する動的補正を、局所的な湿りによって引き起こされるセンサ値の観察された変化に相関して行い、ＥＭＦモデルおよびセンサ・データを使用して、電線電力のより正確で高精度の判定をもたらすことができる。
【0106】
図９は、マイクロコントローラ５０および／または中央処理施設１００が、どのようにして異常としての導体たるみインジケータとして機能し、さらに、導体上の氷蓄積を検出するのかを示すフロー図である。
【0107】
一般に、ライダなどのクリアランス・センサ２０は、スパンまたはストリング・セクション内の平均導体温度を計算するのに使用される、測定された導体位置を生成する。この計算プロセスまたは測定プロセスでは、張力を受けてぶら下がった状態における乾燥して清潔な導体の熱膨張を前提としている。このたるみベースの温度は、その後、異なる測定プロセスによって、ＥＭＦベースの電線電流（抵抗加熱を引き起こす）および気象センサまたは気象データの入力からの導体温度推定値と比較される。たるみベースの導体温度と気象／ＥＭＦベースの導体温度とが、あるしきい値を超えて不一致である場合には、これは、導体上の氷形成（この判定は、温度データおよび降雨データによって支援され得る）、異物接触、または、導体を吊るす機械的構造／碍子／導体システムの故障もしくは変更などの異常状態を示唆する。
【0108】
より詳細には、クリアランス・センサ、たとえばライダのスキャン・データ４１０が、クリアランス・センサ２０とマイクロコントローラ５０および／または中央処理施設１００とによって生成される。クリアランス・センサは、生のスキャン・データを生成する。その後、マイクロコントローラ５０および／または中央処理施設１００は、送電線に関する１つまたは複数のクリアランス・センサの既知の位置などのさらなる情報を使用して、３次元導体幾何形状を判定する。このデータから、マイクロコントローラ５０および／または中央処理施設１００は、導体位置４３６およびすべての導体動き４５８を解像する。好ましくは、送電線の位置および動きの幾何形状は、３次元で解像される。
【0109】
この情報は、導体たるみまたは垂直位置ステップ３５０と、ステップ３５２で導体の横の動きまたは導体ブローアウトまたは水平位置とを決定するのに使用される。この情報から、ステップ３５４で、張力を受けてぶら下がるワイヤの熱膨張に基づく計算された平均導体温度が計算される。
【0110】
しばしば同時に、磁場センサ４２および電場センサ４４を含むＥＭＦセンサからのＥＭＦセンサ・データ２１６は、磁場の大きさ２１８および電場の大きさ２２０を計算するのに使用される。この情報は、マイクロコントローラ５０および／または中央処理施設１００によって使用されるＥＭＦモデル２２２に供給される。
【0111】
ここで、ＥＭＦモデル２２２は、磁場を使用して電線電流計算２２４を実行する。電場は、電線電圧２２８を計算するのに使用される。この情報から、監視される導体によって伝導される電力を判定するために、電線電力計算２２６を実行することができる。
【0112】
好ましい実施形態では、気象センサ情報または気象データ３３０は、ステップ３５６で、気象情報およびＥＭＦモデル２２２からの電流に基づいて、導体温度の推定値を独立に生成するのに使用される。気象情報は、通常、気象サービスからの気象情報とともに、温度センサ３２、湿度センサ３４、および風力計３６から導出される。電流は、導体を加熱し、風、湿度、および気温は、導体の熱放散の速度、したがって冷却の速度に影響する。
【0113】
ステップ３６０では、マイクロコントローラ５０および／または中央処理施設１００が、たるみベースの導体温度とモデル・ベースの導体温度とを比較する。具体的には、ステップ３５４で、クリアランス・センサ・データが、導体温度の１つの基礎を提供し、ステップ３５６で、導体温度の別の推定値が、導体を通る電流および気象に基づいて生成される。
【0114】
独立のセンサベースの方法から入手された２つの推定導体温度を、ステップ３６２でマイクロコントローラ５０および／または中央処理施設１００によって比較することができる。２～３℃以内の類似性がある場合には、相互に補強された測定値が存在する。この検証された導体温度は、ステップ３６４で記録される。
【0115】
その一方で、ステップ３５８で温度が一致しない場合には、ステップ３６６で、機械的問題、構造的問題、または電気的問題を識別し、これをグリッド・オペレータに警告することのできる人間ベースまたはアルゴリズム・ベースの分析プロセスの注意を必要とする異常状態として、または資産の健全性を劣化させる可能性がある他の異常状態として、測定タイムスタンプにフラグを立てる。導体温度の異常な差が、長期間にわたって複数の独立の温度推定方法の間で観察される場合には、これは、導体の延び、ストランド破損、碍子またはシャックルの故障、構造基礎の沈下、または点検、保守、もしくは交換の他の理由を示す可能性がある。
【0116】
好ましい実施形態では、この導体上での氷蓄積が可能であるか否かまたは別の異常が存在するか否かを判定するために、さらなる処理が実行される。
【0117】
具体的には、ステップ３６８で、気温、風速、風向き、放射、および降雨／湿度など、気象センサおよび／または気象サービスからの気象データからの情報が、気象センサからアクセスされ、またはステップ３３０でリモートにアクセスされる。次に、氷がありそうであるか否かの判定を行う。
【0118】
氷の可能性があると判定される場合には、導体着氷警告を生成する。観測された導体たるみの偏差に基づいて、ステップ３７０で、導体長さの１メートルあたりの重さおよび推定される氷厚さを生成する。
【0119】
その一方で、氷の可能性が低いと判定される場合には、導体異常警告を生成する。そのような異常は、おそらくは、機械的故障、または、塔、腕木、碍子、もしくは導体材料の変化に起因する可能性がある。木や別の電柱などの異物が導線に接触している可能性がある。この警告は、ステップ３７２で発行される。
【0120】
図１０は、マイクロコントローラ５０および／または中央処理施設１００が、どのようにして風力計としての導体分析を使用するのかを示すフロー図である。ここで、中立のぶら下がり位置から離れた導体の水平位置が、導体の位置および温度に影響を及ぼす局所的な水平風速に関する知識を推測するのに使用される。
【0121】
風によって誘発される水平導体の動きまたは変位を、一般に「ブローアウト」と称する。クリアランス・センサ２０によって測定される時に、観察されたブローアウトは、流体動力学モデルを使用して有効な垂直水平風速を計算するために使用され得る。風速のこの測定値は、気温と比較した導体温度に基づいて計算された風速（ＤＬＲを計算する時に使用される標準的方法）を補完するため、または気象／気象学観察から直接、使用することができる。風速のこの独立した評価は、導体温度が周囲気温に近い（標準的なＤＬＲの計算方法に大きな不確実性が生じる）時または気象センサもしくは気象観測が使用不能もしくは信頼できない時に、特に有用となり得る。これらの場合に、標準的方法の代替物としてブローアウトベースの風速を保守的に推定して、ＤＬＲを計算することができる。
【0122】
より詳細には、クリアランス・センサ、たとえばライダのスキャン・データ２１０が、クリアランス・センサ２０によって生成される。このデータから、マイクロコントローラ５０および／または中央処理施設１００は、迅速な連続して行われる複数の導体位置スキャンの時系列分析に基づいて、導体形状および位置２１２とすべての導体動き２１４とを解像する。通常、クリアランス・センサは、生のスキャン・データを生成する。その後、マイクロコントローラ５０および／または中央処理施設１００３は、送電線に関する１つまたは複数のクリアランス・センサの既知の方位などのさらなる情報を使用して、３次元導体幾何形状を判定する。
【0123】
この情報は、ステップ３５０で導体のたるみまたは垂直位置を、ステップ３５２で導体の横の動きまたは導体ブローアウトまたは水平位置を決定するのに使用される。この情報から、ステップ３５４で、ぶら下がる導体の全長を計算でき、張力を受けてぶら下がるワイヤの熱膨張に基づく平均導体温度が計算される。
【0124】
風速の潜在的な確認の一部として、ダイナミック・ライン・レーティングを計算することはできない。というのは、たるみ対温度測定方法の正確さ／不確実性を考慮すると、高い風速が、導体温度が周囲気温から区別不能になる範囲まで導体を冷却するからである。さらに、導体温度が周囲気温から２～３度以内である時に、標準的な方法を使用して、許容可能な確実性を伴ってダイナミック・ライン・レーティングを計算することはできない。代わりに、みかけの垂直風速の計算と、その後のＤＬＲ計算を、動作的に有用な程度に達しない不確実さで実行する前に、最低「温度上昇」すなわち周囲温度より高い導体温度が要求される。これは、「温度上昇」という用語が、みかけの風速の微分の分母に現れ、温度上昇値の絶対的な不確実性が０に近い固定値に対して、出力されるＤＬＲ値の不確実性を膨張させることにつながる（すなわち、温度上昇が０に近く、周囲温度と導体温度との両方の温度を±２度以内でしか判定できない場合、風速出力およびＤＬＲ出力が、膨大な不確実性を有する大きい値になる）からである。
【0125】
その一方で、ステップ３８０で、導体位置の監視により、極端な風事象を検出することができる。この情報は、気象センサ情報または気象データ３３０と照合して確認することができる。通常、この気象情報は、気象サービスからの気象情報とともに、温度センサ３２、湿度センサ３４、および風力計３６から得られる。
【0126】
ステップ３８６で、流体動力学ベクトル力モデルを用いたみかけの水平風速が、導体の水平スイングを水平風速に写像するのに使用される。その後、観察された導体ブローアウト３８４によって正当化される（レーティングの上昇に有利な）上昇風速を使用してＤＬＲを計算する。
【0127】
図１１は、風向きおよび異なる風速の関数としてのメートル単位のブローアウト距離の散布図である。例の導体は、約－４０度すなわち北北西の方向に沿って配向されている（０度は北を示し、９０度は東を示す）。
【0128】
風速インジケータとしてのブローアウト法の有用性が示されている。風向きに対する明瞭なシヌソイド依存が存在する。また、風速が速いほど、ブローアウト・レベルは高くなる。図示されているように、風の入射角が０度および１８０度に近い、導体の長さ方向に風邪が吹く場合、ブローアウトは非常に小さい。風が横に吹く時には、ブローアウトが増加し、方向性が非常に明瞭である。
【0129】
本発明を、その好ましい実施形態を参照して具体的に示し、説明したが、添付の特許請求の範囲に包含される本発明の範囲から逸脱することなく、形態および詳細において様々な変更がなされ得ることが、当業者によって理解されるであろう。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A-4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【手続補正書】
【提出日】2024-07-26
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
１つまたは複数の導体に沿った電力の流れを測定する方法であって、
前記１つまたは複数の導体の電場および／または磁場を測定することと、
前記導体の位置を測定することと、
前記電場および／または磁場の測定からの前記導体によって伝送される前記電力の推定値を改善するのに前記位置を使用することと
を含む方法。
前記１つまたは複数の導体の電場および／または磁場を測定することと、
前記導体の位置を測定することと、
前記電場および／または磁場の測定からの前記導体によって伝送される前記電力の推定値を改善するのに前記位置を使用することと
を含む方法。
【請求項2】
前記導体の前記位置は、ライダ・ベースのクリアランス・センサを用いて測定される、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記導体の前記位置は、３次元で指定される、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
複数の前記導体の導体間間隔は、複数の３次元導体位置から計算される、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記導体によって伝送される前記電力を推定するのに使用される電場モデルを調整するのに気象センサ情報または気象データを使用することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記導体によって伝導される電力を判定するのに前記測定された位置と共に電磁場モデルを使用することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
電力測定値を生成するシステムであって、
１つまたは複数の導体の電場および／または磁場を測定する１つまたは複数の電磁場センサと、
前記導体の位置を測定するクリアランス・センサと、
前記電場および／または磁場の測定からの前記導体によって伝送される前記電力の推定値を改善するのに前記測定された位置を使用するコンピュータと
を含むシステム。
１つまたは複数の導体の電場および／または磁場を測定する１つまたは複数の電磁場センサと、
前記導体の位置を測定するクリアランス・センサと、
前記電場および／または磁場の測定からの前記導体によって伝送される前記電力の推定値を改善するのに前記測定された位置を使用するコンピュータと
を含むシステム。
【請求項8】
送電線の近くの電場および／または磁場を測定することと、
前記送電線の周囲の気象の特徴を表すことと、
前記気象と前記測定された電場および／または磁場とに基づいて第１の測定プロセスを使用して前記送電線の導体温度を推定することと、
前記送電線の位置および／またはたるみを測定することと、
前記測定された位置／たるみから第２の測定プロセスを使用して前記送電線の前記導体温度を推定することと、
前記第１の測定プロセスおよび前記第２の測定プロセスから導出された前記導体温度を比較して異常状態を判定することと
を含む、送電線に関する起こり得る異常を検出する方法。
前記送電線の周囲の気象の特徴を表すことと、
前記気象と前記測定された電場および／または磁場とに基づいて第１の測定プロセスを使用して前記送電線の導体温度を推定することと、
前記送電線の位置および／またはたるみを測定することと、
前記測定された位置／たるみから第２の測定プロセスを使用して前記送電線の前記導体温度を推定することと、
前記第１の測定プロセスおよび前記第２の測定プロセスから導出された前記導体温度を比較して異常状態を判定することと
を含む、送電線に関する起こり得る異常を検出する方法。
【請求項9】
前記送電線の前記位置は、ライダ・ベースのクリアランス・センサを用いて測定される、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
前記送電線の前記位置は、３次元で指定される、請求項８に記載の方法。
【請求項11】
前記気象を判定するのに気象センサ情報または気象データを使用することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項12】
送電線の近くの電場および／または磁場を測定する１つまたは複数の電磁場センサと、
気象情報と前記測定された電場および／または磁場とに基づいて第１の測定プロセスを使用して前記送電線の導体温度を推定するコンピュータと、
前記送電線の位置および／またはたるみを測定するクリアランス・センサと
を含み、前記コンピュータは、前記測定された位置／たるみから第２の測定プロセスを使用して前記送電線の前記導体温度を推定し、前記第１の測定プロセスおよび前記第２の測定プロセスから導出された前記導体温度を比較して異常状態を判定する
送電線に関する起こり得る異常を検出するシステム。
気象情報と前記測定された電場および／または磁場とに基づいて第１の測定プロセスを使用して前記送電線の導体温度を推定するコンピュータと、
前記送電線の位置および／またはたるみを測定するクリアランス・センサと
を含み、前記コンピュータは、前記測定された位置／たるみから第２の測定プロセスを使用して前記送電線の前記導体温度を推定し、前記第１の測定プロセスおよび前記第２の測定プロセスから導出された前記導体温度を比較して異常状態を判定する
送電線に関する起こり得る異常を検出するシステム。
【請求項13】
送電線に関する風の状態を検出する方法であって、
前記送電線の位置を測定することと、
前記測定された位置に基づいて前記風の状態を推定することと
を含む方法。
前記送電線の位置を測定することと、
前記測定された位置に基づいて前記風の状態を推定することと
を含む方法。
【請求項14】
風速を測定することと、
前記送電線の状況を査定するために、前記測定された風速を前記推定された風速と比較することと
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
前記送電線の状況を査定するために、前記測定された風速を前記推定された風速と比較することと
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
送電線に関する風の状態を検出するシステムであって、
前記送電線の位置を測定するクリアランス・センサと、
前記送電線の前記測定された位置に基づいて前記風の状態を推定するコンピュータと
を含むシステム。
前記送電線の位置を測定するクリアランス・センサと、
前記送電線の前記測定された位置に基づいて前記風の状態を推定するコンピュータと
を含むシステム。
【請求項16】
風速を測定する風力計をさらに含み、前記コンピュータは、前記推定された風速を前記風力計によって測定された風速と比較する、請求項１５に記載のシステム。
【手続補正書】
【提出日】2024-08-19
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
カメラであるクリアランス・センサと、
複数の送電線を形成する導体の幾何形状および／または動きを査定するために前記クリアランス・センサからのデータを処理するコントローラとを備え、
単一の画像を取込んで複数の前記導体を結像または測定するために、カメラ内に組込まれたコントローラ上で実行されるコンピュータ自動画像分析プロセスを採用する送電線監視システム。
複数の送電線を形成する導体の幾何形状および／または動きを査定するために前記クリアランス・センサからのデータを処理するコントローラとを備え、
単一の画像を取込んで複数の前記導体を結像または測定するために、カメラ内に組込まれたコントローラ上で実行されるコンピュータ自動画像分析プロセスを採用する送電線監視システム。
【請求項2】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記クリアランス・センサは、背景物体に対して前景物体としての前記導体の識別を可能にする組込み画像分析システムを含むシステム。
【請求項3】
請求項１または２に記載のシステムにおいて、前記導体は、遠くの物体を除去するためにフラッシュ光で照明されるシステム。
【請求項4】
請求項１から３のいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記コントローラは、前記導体ごとに画定された３次元検索領域を使用するシステム。
【請求項5】
請求項１から４のいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記クリアランス・センサは、水平の上方３０度と９０度との間で前記導体をスキャンするように角度を付けられるシステム。
【請求項6】
請求項１から５のいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記コントローラは、前記複数の導体の前記動きを分解し、その特性を表すために前記データを処理するシステム。
【請求項7】
請求項１から６のいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記コントローラは、前記複数の導体上に形成された氷の厚さを測定するために前記データを処理するシステム。
【請求項8】
請求項１から７のいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記コントローラは、前記複数の導体の間の導体間間隔を測定するために前記データを処理するシステム。
【請求項9】
送電線を形成する導体を測定するためにカメラであるクリアランス・センサを使用することと、
単一の画像を取込んで複数の前記導体を結像または測定するために、カメラ内に組込まれたコントローラ上で実行されるコンピュータ自動画像分析プロセスを採用することにより、複数の送電線を形成する導体の幾何形状および／または動きを査定するために前記クリアランス・センサからのデータを処理することとを含む送電線監視方法。
単一の画像を取込んで複数の前記導体を結像または測定するために、カメラ内に組込まれたコントローラ上で実行されるコンピュータ自動画像分析プロセスを採用することにより、複数の送電線を形成する導体の幾何形状および／または動きを査定するために前記クリアランス・センサからのデータを処理することとを含む送電線監視方法。
【請求項10】
請求項９に記載の方法において、背景物体に対して前景物体としての前記導体の識別を可能にする組込み画像分析システムを採用する前記クリアランス・センサをさらに含む方法。
【請求項11】
請求項９または１０に記載の方法において、前記導体の位置は、３次元で指定される方法。
【請求項12】
請求項１０または１１に記載の方法において、遠くの物体を除去するためにフラッシュ光を前記導体に照射することをさらに含む方法。
【請求項13】
請求項１０から１２のいずれか一項に記載の方法において、前記導体によって伝導される電力を判定するのに前記測定された位置と共に電磁場モデルを使用することをさらに含む方法。
【請求項14】
請求項９から１３のいずれか一項に記載の方法において、前記クリアランス・センサは、水平の上方３０度と９０度との間で前記導体をスキャンするように角度を付けられる方法。
【請求項15】
請求項９から１４のいずれか一項に記載の方法において、前記導体の前記動きを分解し、その特性を表すために、繰り返し取得される画像データを処理することをさらに含む方法。
【請求項16】
請求項９から１５のいずれか一項に記載の方法において、前記導体上に形成された氷の厚さを測定するためにデータを処理することをさらに含む方法。
【外国語明細書】