▶ アドバンスド フュージョン システムズ エルエルシーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-07-25
(45)【発行日】2024-08-02
(54)【発明の名称】電気構成要素を過渡電磁妨害から保護するための方法および装置
(51)【国際特許分類】
H02H 9/04 20060101AFI20240726BHJP
H01T 4/20 20060101ALI20240726BHJP
【ＦＩ】
H02H9/04 Z
H01T4/20 E
【請求項の数】
40
(21)【出願番号】P 2022545402
(86)(22)【出願日】2020-02-19
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-06-01
(86)【国際出願番号】 US2020018782
(87)【国際公開番号】W WO2021154315
(87)【国際公開日】2021-08-05
【審査請求日】2023-02-13
(31)【優先権主張番号】16/773,418
(32)【優先日】2020-01-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】522296413
【氏名又は名称】アドバンスド フュージョン システムズ エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】100114775
【弁理士】
【氏名又は名称】高岡 亮一
(74)【代理人】
【識別番号】100121511
【弁理士】
【氏名又は名称】小田 直
(74)【代理人】
【識別番号】100202751
【弁理士】
【氏名又は名称】岩堀 明代
(74)【代理人】
【識別番号】100208580
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 玲奈
(74)【代理人】
【識別番号】100191086
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 香元
(72)【発明者】
【氏名】ビルンバッハ，カーチス エー．
(72)【発明者】
【氏名】カッペレッティ，ジョン アントニー
【審査官】辻丸 詔
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０２３０８２８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特表２０１３－５０４２９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０２１４８１４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２００６４５（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｈ ９／０４
Ｈ０１Ｔ ４／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電力生成、伝送および分配システムの電力線に結合された構成要素を危険なＥＭＩから保護する方法であって、前記方法は、
前記電力線の延在長と前記構成要素との間の位置において前記電力線の直径よりも大きい直径を有する複数の導電性インピーダンス変化素子（ＣＩＴＥ）を取り付けることによってインピーダンス不整合を故意に作り出すこと
を含み、
前記ＣＩＴＥと前記電力線との直径の差は、前記２つ以上のインピーダンス変化素子と前記電力線の隣接した部分の間でインピーダンス不整合を意図的に引き起こし、前記インピーダンス不整合は、前記危険なＥＭＩによって前記電力線上で誘起される信号の高周波数成分を反射させ、前記複数の導電性インピーダンス変化素子の対間に形成された減衰共振器間によって散逸させる、方法。
【請求項2】
前記複数の導電性インピーダンス変化素子の直径の前記電力線の直径に対する比は、１．５：１～１００：１の範囲内である、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記複数の導電性インピーダンス変化素子の直径の前記電力線の直径に対する比は、２：１～８０：１の範囲内である、請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記複数の導電性インピーダンス変化素子はディスクの形状で形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記複数の導電性インピーダンス変化素子は、各々が２つ以上の素子を有するサブセットにグループ化され、素子内間隔は前記サブセット内で均一である、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記複数の導電性インピーダンス変化素子の少なくとも１つは、保護すべき前記構成要素の１００メートル以内に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記複数の導電性インピーダンス変化素子は、前記危険によって前記電力線上で誘起される信号の少なくとも７５パーセントを前記構成要素に到達するのを防ぐ、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
前記危険なＥＭＩは、５０ｐｓ～５００μｓの範囲内の立ち上がり時間を有する電磁パルスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項9】
前記複数の導電性インピーダンス変化素子の少なくとも２つを相互に距離を置いて配置して、前記電力線上で誘起される信号の高周波数成分に対して減衰共振器を提供することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項10】
前記複数の導電性インピーダンス変化素子を不均一な距離で配置して、前記電力線上で誘起される信号の異なるスペクトル成分に対して減衰共振器を提供することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項11】
電力生成、伝送および分配システムの電力線上で危険なＥＭＩによって誘起される電気信号が前記電力線に接続された電気構成要素に到達するのを防ぐための装置であって、前記装置は、
前記電力線に物理的に取り付けられる導電性インピーダンス変化素子であって、前記導電性インピーダンス変化素子は、前記導電性インピーダンス変化素子と前記電力線の隣接した部分との間にインピーダンス不整合を故意に作り出すために前記電力線の直径よりも大きい直径を有する、導電性インピーダンス変化素子
を含み、
前記インピーダンス不整合は、前記導電性インピーダンス変化素子に、危険なＥＭＩによって前記電力線上で誘起された信号の高周波数成分を反射させ、
前記高周波数成分は、複数の導電性インピーダンス変化素子の対間に形成される減衰共振器によって反射されて熱として散逸される、装置。
【請求項12】
前記インピーダンス不整合の大きさは、周波数によって決まり、前記複数の導電性インピーダンス変化素子から誘起された信号の不要な高周波数スペクトル成分を反射しながら、前記複数の導電性インピーダンス変化素子によって前記誘起された信号の低周波数スペクトル成分が通過するのを可能にする、請求項１１に記載の装置。
【請求項13】
前記複数の導電性インピーダンス変化素子の１つ以上は、完全に、または一部、フェライト材料から構成される、請求項１１に記載の装置。
【請求項14】
前記複数の導電性インピーダンス変化素子の１つ以上は、２つ以上の異なるフェライト材料から構成される、請求項１３に記載の装置。
【請求項15】
前記複数の導電性インピーダンス変化素子の直径の前記電力線の直径に対する比は、１．５：１～１００：１の範囲内である、請求項１１に記載の装置。
【請求項16】
前記複数の導電性インピーダンス変化素子の直径の前記電力線の直径に対する比は、２：１～８０：１の範囲内である、請求項１５に記載の装置。
【請求項17】
前記複数の導電性インピーダンス変化素子の各々は、第１の区分および第２の区分を含み、前記第１および第２の区分はヒンジ要素によって連結されており、前記ヒンジ要素は、前記第１および第２の区分がヒンジ要素に関して相互に旋回するのを可能にする、請求項１１に記載の装置。
【請求項18】
前記導電性インピーダンス変化素子の第１の部分および第２の部分の各々は、前記電力線を受け入れるための中央開口部を含む締め付けハブを含み、前記第１および第２の部分の締め付けハブは、電力線上に取り付けられる場合に、前記第１および第２の部分を一緒に留めて相互に固定するように適合されている、請求項１７に記載の装置。
【請求項19】
前記導電性インピーダンス変化素子の第１の部分および第２の部分の各々は隆起した外側周辺を含み、前記隆起した外側周辺はトロイダル形状を有する、請求項１８に記載の装置。
【請求項20】
前記隆起した外側周辺は中空構造を含む、請求項１９に記載の装置。
【請求項21】
前記第１および第２の部分の締め付けハブは各々、半円部および長方形脚部を含み、前記脚部は締め付け要素を受け入れるために適合された一致するねじ穴を有する、請求項１７に記載の装置。
【請求項22】
前記締め付けハブの半円部は、前記電力線に食い込み、それにより前記ＣＩＴＥを前記電力線に固定するために適合された、彫り込み要素をもつ内表面を有する、請求項２１に記載の装置。
【請求項23】
導電性インピーダンス変化素子の対によって形成された減衰共振器は、誘起された信号の高周波成分に対する低Ｑファクタを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項24】
導電性インピーダンス変化素子の対によって形成された減衰共振器は、誘起された信号の高周波成分に対する低Ｑファクタを有する、請求項１１に記載の装置。
【請求項25】
前記第１の部分および第２の部分の締め付けハブは各々、半円部および長方形脚部を含み、前記第１の部分の脚部はラチェット要素を有し、前記第２の部分の脚部は前記ラチェット要素と一致する特徴をもつレセプタクルを有して、前記第１および第２の部分が相互に固定されるのを可能にする、請求項１７に記載の装置。
【請求項26】
前記複数の導電性インピーダンス変化素子（ＣＩＴＥ）の１つ以上は、完全に、または一部、フェライト材料から構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項27】
適切な立ち上がり時間、パルス幅および振幅の破壊的な干渉を確実にするために前記複数の導電性インピーダンス変化素子間の間隔を検査することと、前記複数の導電性インピーダンス変化素子間で伝送されるときに前記パルス信号が弱まる場合に前記間隔を調整することと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項28】
前記電力線を任意の隣接した電力線から離す距離を増加させることをさらに含んで、前記隣接した電力線に接触することなく、前記複数の導電性インピーダンス変化素子の前記電力線上への設置を可能にする、請求項１に記載の方法。
【請求項29】
電力生成、伝送および分配システムの電力線に結合された構成要素を危険なＥＭＩから保護する方法であって、前記方法は、
前記電力線の延在長と前記構成要素との間の位置において前記電力線の直径よりも大きい直径を有する少なくとも１つの導電性インピーダンス変化素子（ＣＩＴＥ）を取り付けることによってインピーダンス不整合を故意に作り出すこと
を含み、
前記少なくとも１つのＣＩＴＥと前記電力線との直径の差は、前記少なくとも１つの導電性インピーダンス変化素子と前記電力線の隣接した部分との間でインピーダンス不整合を意図的に引き起こし、前記インピーダンス不整合は、前記危険なＥＭＩによって前記電力線上で誘起される信号の高周波数成分を前記電力線に沿って熱として散逸させる、方法。
【請求項30】
前記複数のＣＩＴＥの少なくとも１つは円形形状である、請求項１１に記載の装置。
【請求項31】
複数のＣＩＴＥの少なくとも１つは非円形形状である、請求項１１に記載の装置。
【請求項32】
前記複数のＣＩＴＥの少なくとも１つは非円形形状を有し、非円形形状は、楕円体、多角形および非均一形状の１つである、請求項３１に記載の装置。
【請求項33】
前記複数のＣＩＴＥの少なくとも１つは、非対称形状を有する、請求項３１に記載の装置。
【請求項34】
前記複数のＣＩＴＥの少なくとも１つは、球形を有する、請求項３１に記載の装置。
【請求項35】
前記電力線は、少なくとも１００ボルトの振幅で電圧を搬送する、請求項１に記載の方法。
【請求項36】
前記中空の外側周辺は透明な外表面を有し、高電場に応答して蛍光を発するガスで充填される、請求項２０に記載の装置。
【請求項37】
１つ以上の吸収要素を前記電力線の延在長と前記構成要素との間の位置に含むことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項38】
前記１つ以上の吸収要素は、構成要素として前記複数のＣＩＴＥの１つ以上に統合される、請求項３７に記載の方法。
【請求項39】
前記複数のＣＩＴＥは、導電性金属、抵抗または半導電吸収材料、およびフェライト系材料の１つ以上を含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項40】
電力生成、伝送および分配システムの地中電力線に結合された構成要素を危険なＥＭＩから保護する方法であって、前記方法は、
前記電力線の導体を取り囲む半導電層にインピーダンス変化を導入することによってインピーダンス不整合を故意に作り出すこと
を含み、
前記半導電層の区分におけるインピーダンス間の差は、前記半導電層と前記電力線の隣接した部分との間で差動インピーダンス不整合を意図的に引き起こし、前記インピーダンス不整合は、前記危険なＥＭＩによって前記電力線上で誘起される信号の高周波数成分を前記電力線に沿って熱として散逸させる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、その起源が自然発生または人為的であり得る電磁パルスなどの、過渡電磁妨害を含む危険なＥＭＩから電子機器（電気構成要素（ＥＣ））を保護するための方法および装置に関する。
【0002】
定義
構成要素：定義された回路もしくはシステム内で接続された個々の電気もしくは電子要素または複数のかかる要素。
構成要素：定義された回路もしくはシステム内で接続された個々の電気もしくは電子要素または複数のかかる要素。
【0003】
導電性インピーダンス変化素子（ＣＩＴＥ）：導体と比べて直径が急に増大する、導体に結合された導体素子。
【0004】
減衰共振器：その間に間隔を空けて導体上に配置された２つのＣＩＴＥ要素またはＣＩＴＥ要素のクラスタ、電磁信号の高周波成分がＣＩＴＥ要素間で前後に反射され、かかる反射は信号が熱として散逸するまで続く。ＣＩＴＥ要素間の間隔は、選択された周波数帯域内の電磁信号が衝突せず、建設的な干渉を介して加わるように選択される。
【0005】
電磁攻撃：危険なＥＭＩ信号が、いくつかの電気もしくは電子機器またはシステムに、前記システムの損傷、破壊もしくは混乱を引き起こす意図で意図的に加えられるシナリオ。
【0006】
電磁妨害（ＥＭＩ）：電気システムにおいて、搬送される信号またはかかるシステムに結合された機器に干渉し得るので、その受信が望ましくない電磁放射。ＥＭＩは本明細書では、以下で定義される多数のサブタイプを包含する広範な用語として定義される。
【0007】
電磁パルス（ＥＭＰ）：危険で、潜在的に損害を与える電流および電圧サージを生じ得る（従って危険なＥＭＩのサブセットと考えることができる）典型的には５ナノ秒の高速な立ち上がり時間を有する電磁放射の過渡バースト。典型的なＥＭＰ強度は、数万ボルト／メートルほどである。ＥＭＰは、核爆発（ＮＥＭＰ；立ち上がり時間は典型的には５ナノ秒未満である）によって、またはコロナガスの噴出（ＮＮＥＭＰ；立ち上がり時間は典型的には５ナノ秒未満である）などの突然変動電磁場を生成する非核源によって生成され得る。
【0008】
電磁脅威：危険で意図的な電磁信号が、電気もしくは電子機器またはシステムに対して、前記システムの損傷、破壊もしくは混乱を引き起こす意図で使用され得る状況。
【0009】
異常電磁パルス：ここで説明される様々な電磁脅威の全てを包含するＥＭＰのクラスであり、ＵＳ ８，３００，３７８で以前に定義されている。異常ＥＭＰは、核爆発（ＮＥＭＰ）、電力システムの構成要素に到達して動作不能にするのに十分な強度の非核電磁パルス（ＮＮＥＭＰ）、または太陽風からのコロナガスの噴出の結果としての地磁気誘導電流（ＧＩＣ）から生じる過渡パルスを含む。
【0010】
危険なＥＭＩ：電気システムにおけるその受信が、発電機器、電子回路ボードおよび変圧器などであるが、それらに制限されず、かかるシステムに結合された電気設備を損傷するか、または動作不能にする可能性が高い電磁干渉。この干渉は、パルスまたは連続放射であり得る。
【0011】
高高度電磁パルス（ＨＥＭＰ）：ＮＥＭＰのサブセットでもある。ＨＥＭＰは、核兵器が地表上の高い位置（大気圏外）で爆発した場合に生成されて、大気と相互作用するガンマ線を生じ、外へ放射する際は人間に害はないが、落雷に似た影響で回路に過負荷をかけ得るが、落雷よりも遥かに迅速に障害を引き起こす、強力な電磁場エネルギーを生じる。
【0012】
意図的な電磁干渉（ＩＥＭＩ）：標的の電気システムに悪影響を及ぼすために意図的に（人為的に）作り出された電磁干渉。この干渉はパルスまたは連続放射であり得る。
【0013】
狭帯域幅ＥＭ信号：中心周波数の２５パーセント以下の帯域幅を有するＥＭ信号。
【0014】
核電磁干渉（ＮＥＭＩ）：原子力装置の爆発によって生じて、３ナノ秒未満の初期の立ち上がり時間を有する電気的干渉。ＮＥＭＩは、高速な立ち上がり時間の電磁パルス（以下で定義される）ならびに遅い立ち上がり時間および長い持続時間で送達される放射を含む。これは通常、電磁パルス（ＥＭＰ）（上を参照）として知られている。
【0015】
電力線：複数の同期された発電源を含む送電網を有する電力生成、伝送または分配システム。より具体的には、電力線は、３つの別個の導体を有する「三相線」を含み得、その各々は他と位相シフトされた関係の電力信号を搬送する。第４の導体は中性であり得る。
【0016】
無線周波（ＲＦ）：数キロヘルツ～多テラヘルツに及ぶ、スペクトルの無線部分における電磁放射線および信号。
【0017】
ソース領域電磁パルス（ＳＲＥＭＰ）：核電磁パルス（ＮＥＭＰ）のサブセット。ＳＲＥＭＰは低高度（大気圏内）核のバーストによって生じる。有効正味鉛直電子流は大気圏内および地上における電子の非対称堆積によって形成され、この電子流の形成および減衰は、電磁放射のパルスを電子流に垂直な方向に放出する。下方に放出された一部の電子は、地表の上部ミリメートル内で捕捉され、他方、上方および外へ移動している他は、大気圏内を長距離移動できるので、低高度爆発から非対称が生じて、イオン化および電荷分離を生じる。弱い非対称は、大気の密度勾配に起因した高高度爆発のために存在し得る。
【0018】
システム生成ＥＭＰ（ＳＧＥＭＰ）：ＳＧＥＭＰは、機器エンクロージャ内でのエネルギー反射の結果として生じるＥＭＰ信号の特別クラスである。それは通常、ミサイルと関連付けられてミサイル内で見つかるが、他の場所でも生じ得る。それはＥＭＰ放出の二次形であるという点において固有である。
【0019】
超高帯域幅ＥＭ信号：信号の中心周波数の７５パーセント以上の帯域幅を有するＥＭ信号。
【0020】
ＮＥＭＰ、ＨＥＭＰ、ＳＲＥＭＰ、ＳＧＥＭＰおよびその他は全て、原子力装置の爆発（分裂、融合、熱核融合）に由来する電磁パルスであることに留意されたい。全ては、極めて高速な立ち上がり時間、典型的には５ナノ秒未満という特徴を示しており、それはサブナノ秒の範囲の立ち上がり時間を有し得る。これら全てのＥＭＰタイプ、および非核ＥＭＰクラス（ＮＮＥＭＰ）は、極めて広い、典型的には数キロヘルツ～数ギガヘルツに及ぶ、ＲＦ帯域幅という特徴を示すパルスを生成する。スペクトルのこの部分にわたる任意の個々の周波数における信号レベルは均一ではないが、エネルギーの大部分は約２００メガヘルツ未満であることにさらに留意されたい。これらの境界は固定されておらず、前記パルスの生成時に存在するいくつかのパラメータによって決定される。
【背景技術】
【0021】
ある事象は、電気インフラに極めて悪影響を及ぼし得る電磁放射パルスを生じ得ることは周知である。電磁放射のこの幅広いカテゴリに対して本明細書で使用される用語は、「危険な電磁干渉（ＥＭＩ）」である。核兵器および同様に破滅的な技術の広がりに関する懸念の観点から、核爆発によって放出される危険なＥＭＩ（ＮＥＭＩ）の強力なバーストの影響を調査するために研究が実施されている。核爆発は電磁パルス（ＥＭＰ）のバーストを極めて高速な立ち上がり時間（５ナノ秒未満ほど）で生じ、その後、長期間継続し得る、時には数分に及ぶ、信号の低速で長続きする部分が続くことが研究から示されている。任意の核由来のＥＭＰパルスの究極的な形状における主要な決定要因の１つは、それが爆発する時の高度である。典型的なＥＭＰ強度は、数万ボルト／メートルほどである。これは近くのレーダーに対して２００ボルト／メートル、通信機器に対して１０ボルト／メートル、および典型的な大都市圏環境に対して０．０１ボルト／メートルのオーダーに匹敵する。米国連邦通信委員会（ＦＣＣ）ガイドラインは、この種の放出に対して伝送サイトの土地の境界線の縁において０．５ボルト／メートルの制限を義務付けていることにも留意されたい。
【0022】
電気機器に対する脅威となるＥＭＰの特性の一部は、極めて高速な立ち上がり時間、極めて短いパルス幅、および広い周波数スペクトルをもつ信号を生じさせる場振幅である。導電構造に結合しているＥＭに対する３つの基本的な機構がある：電気誘導、直線状導体に対する基本的な機構；磁気誘導、導電構造が閉ループを形成する場合の主要な機構；および地球（すなわち、物理的な惑星）を通した信号伝達。電気的過渡現象に起因して機能障害を起こしやすい可能性がある装置は、能動電子装置、受動電子構成要素、半導体素子、スクイブおよび発火装置、メーター、ならびに電力システム、ケーブル、送電網スイッチングおよび分配要素を含む。操作上の不調および障害が、デジタル処理システム、メモリ装置、誘導システム、および配電システムにおいて予期され得る。損傷機構は、誘電破壊、熱的効果ならびに相互接続、スイッチング、変圧器および発電機故障を含む。
【0023】
任意のタイプの核ＥＭＰのスペクトルおよびエネルギー分布は主に、爆発が大気圏中のどの高さで起こるかによって決まる。爆発は、地表上空４０ｋｍ未満で起こり、大気圏内爆発と呼ばれて、ソース領域電磁パルス（ＳＲＥＭＰ）を生じ、他方、地表上空４０ｋｍ以上で起こる爆発は、大気圏外爆発と呼ばれて、高高度電磁パルス（ＨＥＭＰ）を生じる。ＳＲＥＭＰは、ガンマ線からの陽子と大気の分子との間の衝突によって生じる。これらの高エネルギー陽子は、周囲空気分子から電子を放出して、イオン化空気分子を生じる。電荷のこの莫大な分離は、数１００，０００ボルト／メートルもの高さであり得る強力なＥ場を生じて、５０００アンペア回数／メートルもの高さであり得る大規模な関連したＨ場を有する。図１９Ａは、例示的な１００キロトンの大気圏内爆発により経時的に生じた例示的なＥＭＰ波形のグラフある。図１９Ａでは、ＳＲＥＭＰの波形（Ｅ１）の開始は、２５０ＫＶ／メートルまでの高さになり得る最大限度まで略１ナノ秒で上昇して、略１０ＫＶ／メートルまで１０ナノ秒以内に低下する極めて強力なパルスである。上で識別されたシナリオでは、電場は、爆発後、１０ナノ秒符号から約１００μｓまで持続する波形（Ｅ２）の第２の部分において１０ＫＶ／メートルで略一定のままである。爆発後、約１００μｓから始まる波形の第３の部分（Ｅ３）では、電場は１０ＫＶ／メートルから約ゼロまで１ミリ秒符号で低下する。図１９Ｂは、ＳＲＥＭＰ波形の相対エネルギー対周波数のグラフである。図のように、ＳＲＥＭＰ波形の周波数成分は、１ＭＨｚ未満の周波数範囲内にあり、スペクトル成分の大半は１０ｋＨｚよりも下に位置する。正確な場強度、パルスの立ち上がり時間、および持続時間は、デバイス幾何形状、デバイス歩留まり、爆発の高さ、および爆発時における大気条件を含む複数の要因の組合せによって決まることに留意されたい。
【0024】
それに対して、ＨＥＭＰは４０キロメートルを超える高所で大気分子によって吸収されているガンマ光子によって生成される。この吸収は、電子を地球の磁場によって力線周囲のらせん軌道に偏向させて、それらに電磁エネルギーを放射させる。図２０Ａは、例示的な大気圏外爆発により経時的に生成されたＥＭＩ波形のグラフである。図のように、ＨＥＭＰの波形は、そのＳＲＥＭＰ対応物とは大幅に異なる。５キロトン～１メガトン範囲のデバイスに関して、この電子放射エネルギーは、大規模で多様なＥ場を数１０ＫｉｌｏＶｏｌｔ／メートルの範囲内で、関連したＨ場を１０～３００アンペア回数／メートルの範囲で作り出す。ＨＥＭＰ波形の部分は、ＳＲＥＭＰよりも長い持続時間であり得、おそらくは数秒持続する。前述のとおり、波形の特定の部分の持続時間は、デバイス幾何形状、デバイス歩留まり、爆発の高さ、および爆発時における大気条件を含むいくつかの要因によって決まる。図２０Ｂは、ＨＥＭＰ波形の相対エネルギー対周波数の略グラフである。図のように、エネルギーの約９０パーセントは、１００ＫＨｚ～１０ＭＨｚの範囲内に含まれる。
【0025】
ＥＭＰ対落雷
前述のとおり、本明細書で開示される装置および方法は、高速立ち上がり時間電磁パルス（ＥＭＰ）および比較的低速な落雷を含む危険なＥＭＩを防ぐ。例えば、大気圏内爆発から生じるＥＭＰ（ＳＲＥＭＰ）は、高速な立ち上がり時間（典型的にはサブナノ秒）および短いパルス持続時間（５００ナノ秒以下）を有する。このＥＭＰは、典型的には、１０ＫＶ／メートル～５００ＫＶ／メートルの範囲であるが、それに制限されない、実質的な電場強度を有する。稲光によって生じた電力線における電気パルスは、ＳＲＥＭＰパルスと同様に動作するが、もっと低速な立ち上がり時間、典型的には２０ナノ秒、および原子核、または他の人為的に生成されたＥＭＰよりも長いパルス幅を有する。この結果、低Ｑ減衰共振器は、稲光から誘起された過渡信号の抑制において、それらがＳＲＥＭＰまたは非核源から誘起された過渡信号の抑圧におけるよりもわずかに効果が弱い傾向がある。しかし、様々な実施形態および配置において減衰共振器のＱファクタを調整することにより、どのタイプのＥＭＰが特定の電力線においてより重大な脅威とみなされるかに応じて、極めて短いＥＭＰ（ＳＲＥＭＰ）またはもっと長いパルスのＥＭＰ（例えば、稲光）を標的にすることが可能である。
前述のとおり、本明細書で開示される装置および方法は、高速立ち上がり時間電磁パルス（ＥＭＰ）および比較的低速な落雷を含む危険なＥＭＩを防ぐ。例えば、大気圏内爆発から生じるＥＭＰ（ＳＲＥＭＰ）は、高速な立ち上がり時間（典型的にはサブナノ秒）および短いパルス持続時間（５００ナノ秒以下）を有する。このＥＭＰは、典型的には、１０ＫＶ／メートル～５００ＫＶ／メートルの範囲であるが、それに制限されない、実質的な電場強度を有する。稲光によって生じた電力線における電気パルスは、ＳＲＥＭＰパルスと同様に動作するが、もっと低速な立ち上がり時間、典型的には２０ナノ秒、および原子核、または他の人為的に生成されたＥＭＰよりも長いパルス幅を有する。この結果、低Ｑ減衰共振器は、稲光から誘起された過渡信号の抑制において、それらがＳＲＥＭＰまたは非核源から誘起された過渡信号の抑圧におけるよりもわずかに効果が弱い傾向がある。しかし、様々な実施形態および配置において減衰共振器のＱファクタを調整することにより、どのタイプのＥＭＰが特定の電力線においてより重大な脅威とみなされるかに応じて、極めて短いＥＭＰ（ＳＲＥＭＰ）またはもっと長いパルスのＥＭＰ（例えば、稲光）を標的にすることが可能である。
【0026】
従来型の保護計画
電磁攻撃シナリオの大部分は、前記攻撃で使用されている単一パルス以上を伴うことに留意すべきである。この結果、保護計画を実現可能にするために、それは、かかる保護計画を実現可能な保護手段と見なすために、多数の一連の電磁攻撃に、恐らくは連続して、耐えることができる必要がある。いくつかの保護計画は単発または潜在的に単発であり、したがって、それらの現在の広範な使用にもかかわらず、保護サービスに対して真に適切ではない。
電磁攻撃シナリオの大部分は、前記攻撃で使用されている単一パルス以上を伴うことに留意すべきである。この結果、保護計画を実現可能にするために、それは、かかる保護計画を実現可能な保護手段と見なすために、多数の一連の電磁攻撃に、恐らくは連続して、耐えることができる必要がある。いくつかの保護計画は単発または潜在的に単発であり、したがって、それらの現在の広範な使用にもかかわらず、保護サービスに対して真に適切ではない。
【0027】
前述のとおり、核爆発（ＳＲＥＭＰおよびＨＥＭＰ）によって生じた危険なＥＭＩに加えて、電気および電子機器は、非核電磁パルス、意図的な電磁バースト、コロナガスの噴出（太陽風）および雷雨などの他の事象によって損傷し得る。電気システムを危険なＥＭＩから保護するためにある手段が考案されている。例えば、ＥＭＰおよび稲光などの危険なＥＭＩを抑制するための従来型のシステムおよび装置は、電子管保護装置、金属酸化物バリスタおよび他のソリッドステート装置、火花間隙、およびインダクタを含むが、それらに制限されない。
【0028】
電子管保護装置：本出願の本発明人は、電気および電子機器を前述の電磁脅威のいずれかに起因した損傷から保護するための好ましい手段として、高速高出力冷陰極電界放射電子管を利用する保護手段を以前に開発している。かかる保護冷陰極電界放射電子管は、Ｂｉｒｎｂａｃｈによる米国特許第８，３００，３７８号「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｒｏｍ ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｐｕｌｓｅｓ」に記載されている。電子管装置のこのクラスの検査は、それが、５００キロヘルツを超えるまでのパルス繰り返し率をもつ繰り返しパルス用途における保護サービスに適していると示している。
【0029】
金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）：ＭＯＶは、それらの静止状態において、典型的には、１０ＭΩ～１００ＭΩであるが、それに限定されない、非常に高いインピーダンスを示す、ソリッドステート装置である。何らかの所定の閾値を超えて、電圧がＭＯＶにわたって印加されると、ＭＯＶはその内部インピーダンスを非常に低いインピーダンス状態まで変化させる。これは、ＭＯＶが、重要な回路部品周辺の過電圧を短絡するために使用されるのを可能にする。インピーダンスのこの変化が起こる速度は、前記ＭＯＶの特定の設計および材料含量の関数である。ＭＯＶ装置の重要な制約は、それらは半導体であるので、一旦、基板の結晶構造に欠陥が生じると、ＭＯＶは修理することができず、自己回復しないことである。前述のタイプの欠陥は、ＭＯＶの主要な故障モードである。結果として、ＭＯＶは、２つ以上の過電圧事象に対する保護を提供するために信頼できない。ＭＯＶは現在のところ、この制約にもかかわらず、公益企業によって使用される主要なサージ抑制手段である。
【0030】
加えて、ほとんどのＭＯＶは、核爆発（ＮＥＭＰ）からのＥＭＰ、特に、ＳＲＥＭＰのＥ１部分およびＨＥＭＰの高速立ち上がり時間部分、の抑制に有用な十分に高速な立ち上がり時間（典型的には略２０ナノ秒）を有していないので、ＭＯＶの指定において注意が必要である。高い立ち上がり時間（約２～５ナノ秒立ち上がり時間）に適合した高速な反応時間を有するＭＯＶでさえ、典型的にはサブナノ秒の立ち上がり時間を有する全てのＥ１パルスに対しては依然として遅すぎて有効ではない。この速度差は、保護作用が生じる前に凄まじく大量のエネルギーが通過するのを可能にして、保護装置の故障および保護装置（ＭＯＶ）の頻繁ともなる。従って、ＭＯＶは一般に、ＮＥＭＰに対して効果的ではない。
【0031】
５，０００アンペアを超えるパルスに対する保護の使用に適していると主張するいくつかのＭＯＶが、たとえそれらの接続ワイヤーが直径０．１２５インチ（１／８″）未満でも、市販されている。パルスが十分に短く、持続時間が１ナノ秒未満だった場合、接続ワイヤーは蒸発しない可能性があるが、任意の現実世界の電磁攻撃シナリオでは、ワイヤーは蒸発し、その結果、装置を役に立たなくする。当業者には、かかる装置の使用は現実世界の電磁脅威に対する保護を提供するためには不十分であることが明らかなはずである。
【0032】
他の半導体素子：過渡抑制用途のために使用中または開発中の様々な他の半導体素子があることに留意されたい。この一例は、窒化ガリウムアバランシェダイオードである。これは、特定の用途に応じて直列または並列のいずれかで、いくつかが一緒に使用される場合に、グループの速度が、相互接続および必須の平衡回路網によって導入された寄生インダクタンスおよび容量に起因して個々の装置の速度よりも遅い、十分にロバストなパラメータをもつ高速立ち上がり時間スイッチングダイオードである。全ての関連する半導体素子は、圧電効果と関連付けられた結晶構造の破損に起因して故障を被る。このクラスの半導体素子は、前述のＭＯＶ装置と同じ故障モードを被る。
【0033】
火花間隙：火花間隙は、時々、危険なＥＭＩ保護のために使用される高速スイッチの一形式である。火花間隙は、敏感な構成要素周辺の過電圧を短絡するために配線される。閾値電圧は、火花間隙の電極の間隔によって決定される。火花間隙に関連する問題は、何らかの所定の電圧でそれらに確実にトリガーさせることである。さらなる問題は、一旦、発火すると、火花間隙の接触面が浸食によって劣化して、電極間隔における変化を引き起こし、それに続く発火事象が通常、火花間隙が新しい場合と同じ電圧ではないことである。火花間隙は維持するのに非常に手間がかかり、それらの使用は一般に、研究室パルス電力実験に制限される。配電および送電産業によって専ら使用される火花間隙の別の形式は、しばしば「ホーン（ｈｏｒｎ）」と呼ばれる、特別に間隔が明けられた曲り棒のセットである。高速立ち上がり時間ＥＭＰに対する保護のための立ち上がり時間が遅すぎるが、ホーンは稲光保護に対する単純なアプローチとして示されていて広く使用されている。それらの主要な欠点は、それらは容易に損傷して、頻繁な交換を必要とすることである。
【0034】
インダクタ：は、回路と直列に配線されている場合に高速過渡信号を抑制できる。直列に接続されたインダクタの保護装置としての使用に関連する問題は、ある量の電流を過熱することなく処理するためのその能力に関連する、電気絶縁要件およびインダクタ内の導体の直径の公差は、非常に厳密で、一連のインダクタだけでは一般に、危険なＥＭＩ信号を十分に抑制できないことである。複数の繰り返しパルスに耐えるインダクタの能力は、その設計、具体的には絶縁および熱定格の関数である。インダクタはエネルギーを消費して、通常、余剰エネルギーが容易に利用可能な変電所だけで使用される。
【0035】
従って、前述の欠点を確実かつ効率的に克服して、電子機器を危険なＥＭＩから保護できる方法および装置に対するニーズが依然として残っている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0036】
本開示は、適切に実装されると、電力生成、伝送および分配システムの電力線に取り付けられた構成要素を、過渡電気妨害を含み得る、危険なＥＭＩから保護する方法を提供する、導電性インピーダンス変化素子（ＣＩＴＥ）として知られている方法および装置を教示する。本方法は、電力線の延在長と構成要素との間の位置において電力線に対する直径よりも大きい直径をもつ複数の導電性インピーダンス変化素子（ＣＩＴＥ）を取り付けることを含む。ＣＩＴＥと電力線の直径の差は、２つ以上のインピーダンス変化素子と電力線の隣接した部分の間のインピーダンス不整合を引き起こす。このインピーダンス不整合は、危険なＥＭＩによって電力線上で誘起される過渡電磁信号の高周波数成分に、導電性インピーダンス変化素子の対によって形成された減衰共振器間を往復して反射させる。減衰共振器は、入射する危険なＥＭＩの高周波数スペクトル成分のエネルギーを熱として散逸させる。典型的には、５０、６０または４００ヘルツ（標準的な配電周波数）の、低周波数スペクトル成分は、保護される構成要素を通される。本方法は、５０ｐｓ～５００μＳの範囲内の立ち上がり時間を有する過渡電磁妨害を特に標的とするが、これらの範囲外で動作する。
【0037】
複数の導電性インピーダンス変化素子は、電力線よりも常に大きい直径を有する。複数の導電性インピーダンス変化素子と電力線の直径の比率は、１．５：１～１００：１の範囲内であり得る。複数の導電性インピーダンス変化素子の直径と電力線の直径のより現実的な比率は、約２：１～８０：１の範囲内であり得る。もっと小さい直径およびもっと大きい直径が使用できるが、一般に現実的ではない。
【0038】
ある実施形態では、複数の導電性インピーダンス変化素子はディスクの形状で形成される。さらなる実施形態では、ディスクの外側は、当業者に知られているように、アンチコロナ構造を形成するために、ディスクの厚さよりも大きい半径を有する。
【0039】
複数の導電性インピーダンス変化素子は、各々が２つ以上の素子を有するサブセットにグループ化でき、素子内間隔はサブセット内で均一である。ある実施態様では、複数のインピーダンス変化素子の少なくとも１つは好ましくは、保護すべき構成要素の１００メートル以内に配置される。
【0040】
複数のインピーダンス変化素子は、危険なＥＭＩによって電力線上で誘起される過渡電磁信号の少なくとも７５パーセントを構成要素に到達するのを防ぐように設計される。必要な導電性インピーダンス変化素子の数は、過渡抑制の所望の程度および設置のために利用可能な空間の関数である。採用されるＣＩＴＥの数および直径比率が、高周波数成分の減衰の程度を決定する。
【0041】
本開示は、危険なＥＭＩによって生じる、電力生成、伝送および分配システムの電力線上で誘起される電磁信号の振幅が電力線に接続された電気構成要素に到達するのを防ぐか、または減少させるための装置をさらに提供する。本発明は、前記電力線上に物理的に取り付けられて、電気構成要素と、過渡電磁信号がその上で危険なＥＭＩによって誘起される電力線の長さの間に配置される複数の導電性インピーダンス変化素子を含む。複数の導電性インピーダンス変化素子は電力線の長さに面した第１の面および電気構成要素に面した第２の面を有しており、複数の導電性インピーダンス変化素子の第１の面は、電力線の長さの隣接した部分とのインピーダンス不整合を故意に引き起こすサイズにされる。インピーダンス不整合は、インピーダンス変化素子の第１の面に電力線上で誘起された過渡電磁信号を電気構成要素から離れて反射させる。導電性インピーダンス変化素子と電力線のインピーダンス不整合の程度は、導電性インピーダンス変化素子と電力線自体の直径の差の関数である。
【0042】
インピーダンス不整合の大きさは、周波数によって決まり、複数のインピーダンス変化素子から誘起された過渡電磁信号の高周波数を反射しながら、複数の導電性インピーダンス変化素子によって誘起された過渡電磁信号の低周波数成分が通過するのを可能にする。
【0043】
導電性インピーダンス変化素子の効率を高めるために、複数のかかる導電性インピーダンス変化素子の１つ以上は、フェライト材料のセクションから成るか、または含み得る。かかるフェライト材料は、別個のディスクユニットとして組み込まれるか、または導電性ディスク要素に統合され得る。
【0044】
ＣＩＴＥの１つ以上は、例えば、カーボン、グラファイトなどの、部分的または半導電性材料から構成され得ることに留意されたい。これはディスクが入射エネルギーの一部を吸収するのを可能にする。かかる吸収ＣＩＴＥは、個々に、均等に間隔をおいたセットで、不均等に間隔を置いたセットで、および当業者によって理解され得るような他の構成で使用され得る。
【0045】
ＣＩＴＥ組立体は、信号の不要な高周波数部分の最大限の抑制を達成するために、導電性、吸収、およびフェライト系材料の、様々な順序での、組合せから構成され得ることにさらに留意されたい。
【0046】
複数の導電性インピーダンス変化素子の好ましい実施形態は、電力線の対応する寸法よりも少なくとも１．５倍大きい寸法（例えば、直径）を有し得る。ある実施態様では、複数のインピーダンス変化素子の各々は、電力線の直径よりも少なくとも１．５～１００倍の範囲内の直径を、２～８０のより好ましい直径比率範囲で、有する。電力線の直径の２倍未満の導電性インピーダンス変化素子を、各導電性インピーダンス変化素子のインピーダンス不整合の程度は、好ましい実施形態に対して指定されている寸法が使用される場合よりも少ないという理解の下に使用することが可能である。
【0047】
ある実施態様では、複数の導電性インピーダンス変化素子の各々は、第１の部分および第１の部分にヒンジ式に連結される第２の部分を含み、開位置と閉位置との間を動く。導電性インピーダンス変化素子の第１の部分および第２の部分の各々は、電力線を受け入れるための中央開口部を取り囲んでいる締め付けハブ、平坦な中間セクション、および隆起した外側周辺部分を有し得る。
【0048】
ある実施態様では、導電性インピーダンス変化素子の第１の部分および第２の部分の各々は、電力線を受け入れるための中央開口部を含む締め付けハブを含み、第１および第２の部分の締め付けハブは、電力線上に取り付けられる場合に、一緒に留めるように適合されて、第１および第２の部分を相互に固定する。例えば、図１２を参照する。
【0049】
ある実施態様では、隆起した外側周辺はトロイダル形状を有することができる。隆起した外側周辺は中空構造を含むことができる。隆起した外側周辺の論理的根拠は、高電圧技術分野の仮想的当業者に知られている周知の原理に従ったコロナ放電の形成を最小限にする構造を作り出すことである。
【0050】
ある実施態様では、第１および第２の部分の締め付けハブは各々、半円部および長方形脚部を含み、脚部は締め付け要素を受け入れるために適合された一致するねじ穴を有する。好ましい実施形態では、締め付けハブの半円部は、電力線に食い込んで、ＣＩＴＥを電力線に固定するために適合された彫り込み要素をもつ内表面を有する。図１２を参照する。
【0051】
以下の図面で、同様の参照番号は同様の部分を指す。
【図面の簡単な説明】
【0052】
【図1】電力線（１０４）に接続されて、過渡的電磁波干渉信号（１４）から損傷を受けやすい、電気構成要素（Ｅ．Ｃ．）の概略、従来技術図である。
【図2】本開示に従い、少なくとも１つの例示される導電性インピーダンス変化素子（ＣＩＴＥ；１０６、１０７）によって過渡的電磁波干渉信号の破壊的な結果から保護される電気構成要素（Ｐ．Ｃ．）をもつ電力線の、原寸に比例していない、概略図である。
【図3】電力線が２つのＣＩＴＥ（１２５）によって保護される本開示に従った別の実施形態の概略図である。
【図5】電力線が３つのＣＩＴＥ（１７８、１７９）によって保護される本開示に従った別の実施形態の概略図である。
【図6】本開示に従ったＣＩＴＥが、第１の保護される構成要素（１００）および第２の保護される構成要素（１０２）を有する電力線上で使用される別の実施形態の概略図である。
【図8】ＣＩＴＥが電力線に沿って３つのグループ（２３５）に配置されている別の実施形態の概略図である。
【図9】本開示に従った導電性インピーダンス変化素子（ＣＩＴＥ）の第１の実施形態の一方の側の平面図である。
【図10】下側構成要素に対してヒンジ要素の周りを旋回するＣＩＴＥの上側構成要素を示す平面図であり、電力導体上への取り付けを可能にする部分的に開状態における第１の実施形態を示す。
【図11】ＣＩＴＥの第１の実施形態のヒンジ端面図である。
【図12】部分的に開いているＣＩＴＥの第１の実施形態の斜視図である。
【図13】ＣＩＴＥの第１の実施形態の下側構成要素の斜視図である。
【図14】ＣＩＴＥの第１の実施形態の上側構成要素の斜視図である。
【図16】本開示に従ったＣＩＴＥの別の実施形態の一方の側の平面図である。
【図17】本開示に従った導電性インピーダンス変化素子（ＣＩＴＥ）の別の実施形態の斜視図である。
【図18A】楕円の断面形状を有するＣＩＴＥの別の実施形態の平面図である。
【図18B】多角形の断面形状を有するＣＩＴＥの別の実施形態の平面図である。
【図18C】非対称の断面形状を有するＣＩＴＥの別の実施形態の平面図である。
【図19A】例示的な大気圏内爆発（ＳＲＥＭＰ）によって経時的に生じたＥＭＩ波形のグラフである（サンディア国立研究所より、以下「サンディア」）。
【図19B】ＳＲＥＭＰ波形の相対エネルギー対周波数のグラフである（サンディアより）。
【図20A】例示的な大気圏外爆発（ＨＥＭＰ）によって経時的に生じたＥＭＩ波形のグラフである（サンディアより）。
【図20B】ＨＥＭＰ波形の相対エネルギー対周波数のグラフである（サンディアより）。
【図21】フェライトビーズとして形成された本開示に従った導電性インピーダンス変化素子（ＣＩＴＥ）の別の実施形態の斜視図である。
【図22A】ＣＩＴＥの縦断面の平面図であり、本開示に従ったＣＩＴＥを組み立てる方法の一実施形態を例示している。
【図22B】ＣＩＴＥの縦断面の平面図であり、本開示に従ったＣＩＴＥを組み立てる方法の一実施形態を例示している。
【図23】球形を有する、ＣＩＴＥの代替実施形態の斜視図である。
【図24】蛍光ガスで充填された透明な外側周辺部を有するＣＩＴＥの正面平面図である。
【図25A-25C】それぞれ異なる材料、グラフェンなどの吸収材料（図２５Ａ）、アルミニウムなどの金属（図２５Ｂ）、およびフェライト系材料（図２５Ｃ）で形成された中央部を有するＣＩＴＥの実施形態を示す。
【図26A】金属の中央部を有する本開示に従ったＣＩＴＥの別の実施形態の第１の面の斜視図である。
【図26B】吸収性の中央部を有する本開示に従ったＣＩＴＥの別の実施形態の第２の面の斜視図である。
【図27A】ケーブルの長さに沿って差動インピーダンスをもつ半導体層を有する地中同軸電力ケーブルの軸方向断面図である。
【図28A】ＣＩＴＥの上側と下側構成要素を固定するための舌状部および溝を有するＣＩＴＥの別の実施形態の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【0053】
本発明のさらなる特徴および利点は、以下の図面と一緒に以下の詳細な説明を読むと明らかになり、図中、同様の参照番号は同様の部分を指す。図面およびその一部は例示であり、必ずしも原寸に比例して描かれていない。
【0054】
本明細書で開示される装置（システム）および方法は、電子機器、電気構成要素、およびそのシステムを、過渡電磁パルス（ＥＭＰ）を含む危険なＥＭＩから保護するように構成される。
【0055】
前述のとおり、ＥＭＰは最初に、核爆発とともに気付かれたが、近年は、核爆発によって生じたものに匹敵するか、または超えるＥＭＰ信号を、電気的手段（人間が作り出した兵器およびシミュレータ）によって生成することが可能になっている。懸念の電磁パルスは、典型的には１０ＫＶ／メートル～５００ＫＶ／メートル以上の範囲内のものであるが、それらの範囲に制限されない。本明細書で開示される装置および方法は、核（ＮＥＭＰ）および非核（ＮＮＥＭＰ）源から生じるＥＭＰを含む危険なＥＭＩから電気インフラを防ぐ。
【0056】
故意に作り出されたインピーダンス不整合
開示される装置（システム）および方法は、指定されたタイプの電力線に沿ったインピーダンスの故意の不整合により入射する危険なＥＭＩのかなりの部分を反射するという原理を利用し、前記危険なＥＭＩはＥＭＰまたは干渉信号の形であり得る。本明細書では、かかる「電力線」は、複数の同期化された発電源を含む送電網を有する電力生成、伝送または分配システムのそれであり得る。さらに具体的には、電力線は、３つの別個の導体を有し、その各々が他と位相シフトされた関係の電力信号を搬送する、「三相線」を含み得る。４番目の導体は中性であり得る。しかし、本システムおよび方法は一般に、いくつかの事例では、典型的には１～６以上に及ぶ電力分配システムで使用される位相の完全な範囲に適用できる。システム内の相数は、中性を含む全ての相は１つ以上のＣＩＴＥ装置または前記装置のセットを備えるべきであるという制約を課す以外、ＣＩＴＥ技術の使用に何の関係もない。危険なＥＭＩ信号のかなりの部分の反射は、電気構成要素がかかる信号によって損傷して動作不能にされるのを防ぐことができる。周波数依存インピーダンスの意図的な不整合は、導電性インピーダンス変化素子（ＣＩＴＥ）を電力線上に組み込むことによって実現される。ＣＩＴＥは、電力線に対する導電性アタッチメントであると考えられ得る。導電性アタッチメント（ＣＩＴＥ）は電力線と同じ断面形状を有し得るが、電力線の直径よりも数倍大きい直径を有し得る。
開示される装置（システム）および方法は、指定されたタイプの電力線に沿ったインピーダンスの故意の不整合により入射する危険なＥＭＩのかなりの部分を反射するという原理を利用し、前記危険なＥＭＩはＥＭＰまたは干渉信号の形であり得る。本明細書では、かかる「電力線」は、複数の同期化された発電源を含む送電網を有する電力生成、伝送または分配システムのそれであり得る。さらに具体的には、電力線は、３つの別個の導体を有し、その各々が他と位相シフトされた関係の電力信号を搬送する、「三相線」を含み得る。４番目の導体は中性であり得る。しかし、本システムおよび方法は一般に、いくつかの事例では、典型的には１～６以上に及ぶ電力分配システムで使用される位相の完全な範囲に適用できる。システム内の相数は、中性を含む全ての相は１つ以上のＣＩＴＥ装置または前記装置のセットを備えるべきであるという制約を課す以外、ＣＩＴＥ技術の使用に何の関係もない。危険なＥＭＩ信号のかなりの部分の反射は、電気構成要素がかかる信号によって損傷して動作不能にされるのを防ぐことができる。周波数依存インピーダンスの意図的な不整合は、導電性インピーダンス変化素子（ＣＩＴＥ）を電力線上に組み込むことによって実現される。ＣＩＴＥは、電力線に対する導電性アタッチメントであると考えられ得る。導電性アタッチメント（ＣＩＴＥ）は電力線と同じ断面形状を有し得るが、電力線の直径よりも数倍大きい直径を有し得る。
【0057】
例えば、
である、円形断面の要素の総低周波インダクタンスを考えると
式中、
Ｌｄｃはナノヘンリー（ｎＨまたは１０－９Ｈ）での「低周波数」またはＤＣインダクタンスであり；
ｌは要素または構造のｃｍでの長さであり；
ｒは要素または構造のｃｍでの半径である。
（Ｅ．Ｂ．Ｒｏｓａ、「Ｔｈｅ Ｓｅｌｆ ａｎｄ Ｍｕｔｕａｌ Ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅｓ ｏｆ Ｌｉｎｅａｒ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ」、Ｂｕｌｌｅｔｉｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ，Ｖｏｌ．４，Ｎｏ．２，１９０８、ページ３０１ｆｆ。）インダクタのリアクタンス（すなわち、インピーダンスのタイプ）は
であり、要素の半径に対する変更は、インダクタンス（Ｌ）変化につながり、それはその結果として、インピーダンス（ＸＬ）における比例した変化を引き起こす。ここで「ｆ」という用語はインダクタに入力された信号の周波数である。言い換えれば、電力線上のＣＩＴＥの存在に起因した変数ｒ（電力線の半径）におけるｒ＋ｘ、ｘはＣＩＴＥのｒに関する正の直径変更を表す、への意図的な変化は、ＣＩＴＥと、ｒの元の値を有する電力線の隣接した長さとの間のインピーダンスの対応する意図的な不整合を引き起こす。上の等式は、Ｌにおける差に起因したインピーダンスの任意の不整合は、周波数値で乗ぜられて、より高い周波数におけるより高い不整合となることも示す。
【数1】
式中、
Ｌｄｃはナノヘンリー（ｎＨまたは１０－９Ｈ）での「低周波数」またはＤＣインダクタンスであり；
ｌは要素または構造のｃｍでの長さであり；
ｒは要素または構造のｃｍでの半径である。
（Ｅ．Ｂ．Ｒｏｓａ、「Ｔｈｅ Ｓｅｌｆ ａｎｄ Ｍｕｔｕａｌ Ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅｓ ｏｆ Ｌｉｎｅａｒ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ」、Ｂｕｌｌｅｔｉｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ，Ｖｏｌ．４，Ｎｏ．２，１９０８、ページ３０１ｆｆ。）インダクタのリアクタンス（すなわち、インピーダンスのタイプ）は
【数2】
【0058】
非限定的例として、電力線が直径１インチのワイヤーを含む場合、ＣＩＴＥは１５～２０インチの直径をもつディスクとして構成できる。この実施形態は、複数の電力線が典型的には、電力線間に十分な距離をおいて、並んで、または別のものの上に、張り巡らされる従来型の電力線設定における使用に適している。具体的には、各電力線を別のものから分離する距離を指示する当業者に周知の標準がある。ＣＩＴＥは電力線よりも大きな幅（直径）を有しているので、ＣＩＴＥは電力線から隣接する電力線に向かって外側に延在することが理解されるであろう。アーク放電またはごく近接して２つの導体を有する任意の他の有害作用を回避するために、ＣＩＴＥの外縁と、隣接した電力線または隣接した電力線上の任意のＣＩＴＥの周辺端部との間で十分な距離を維持する必要がある。電力線はそれらのテザリングから離れて揺れることができるので、隣接した線の間の距離を短くすると、この現象も吸収するために余分な公差が追加される。いくつかの実施態様では、略１８インチの間隔が置かれる電力線の場合には、ＣＩＴＥの外周縁が、略６～１２インチなど、隣接した電力線から規定の距離に位置づけられる。ＣＩＴＥハードウェアの設置を可能にするために、送電システム内で個々の線を分離する距離を増やすことは比較的簡単であることに留意されたい。
【0059】
電力線間の間隔に関する考慮事項は別として、ＣＩＴＥの直径は電力線の電圧レベルによっても決まる。電力線上で使用される電圧が高ければ、その電力線に取り付けられるＣＩＴＥの直径はそれだけ大きくするべきである。
【0060】
本明細書で説明されるように、ＣＩＴＥの例示的な実施態様は、ユニットとして結合されて、電力線に沿って配置された２つ以上のＣＩＴＥの配置を含む。システム全体の効率は、ＣＩＴＥ、またはＣＩＴＥのグループの数、ならびに電力線に沿って前述の方法で配置される前記ＣＩＴＥおよびＣＩＴＥのグループの間隔に少なくとも部分的に基づき得る。
【0061】
インピーダンス不整合は、伝送線に沿った定在波となり、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）は、波腹（最小限）での部分的な定在波の電圧振幅対ノード（最大限）での線に沿った電圧振幅の比として定義される。ＶＳＷＲは、電源のインピーダンス整合（不整合）の基準および送電線の特性インピーダンスに対する負荷である。ＣＩＴＥまたはＣＩＴＥのグループと電力線との間のインピーダンスの意図的な不整合によって引き起こされた高いＶＳＷＲは、入射する危険なＥＭＩ信号（例えば、ＥＭＰ）の高周波数成分（ＭＨｚ～ＧＨｚの範囲）の反射を引き起こすが、電力を電力線に供給する電流信号（例えば、５０～４００Ｈｚ）のずっと低い基本周波数成分には弱く影響するだけである。過渡信号の高周波数成分の反射は、（１）熱または絶縁損傷による、変圧器、発電機またはモーターなどの、電力線に接続された電気構成要素を含む磁気巻線に到達して動作不能にするかかる構成要素の設計電圧よりも高い電圧に起因した破壊的な結果、ならびに／または（２）電力線中の電流を遮断するための任意の配備された開閉装置構成要素に到達して動作不能にするかかる高周波数成分の破壊的な結果、を防ぐために行われる。他の故障機構が可能であることに留意されたい。
【0062】
破壊的および建設的な干渉の含意
前記電力線において反射された過渡信号の破壊的または建設的な干渉がある状況を故意に作り出すことが可能であることに留意されたい。ＣＩＴＥシステムを設計する際にこの件が考慮されることが重要である。さらに、高周波数成分の破壊的な干渉を故意に作り出すようにＣＩＴＥシステムを最適化して、それらがＣＩＴＥシステムの通常の動作とは無関係に自身を無効にするのを可能にすることが望ましい。
前記電力線において反射された過渡信号の破壊的または建設的な干渉がある状況を故意に作り出すことが可能であることに留意されたい。ＣＩＴＥシステムを設計する際にこの件が考慮されることが重要である。さらに、高周波数成分の破壊的な干渉を故意に作り出すようにＣＩＴＥシステムを最適化して、それらがＣＩＴＥシステムの通常の動作とは無関係に自身を無効にするのを可能にすることが望ましい。
【0063】
破壊的な干渉を確実にするために、電力線の両端におけるＣＩＴＥの間隔が、建設的な干渉を生じさせる大きさではない。保護された線の電源を切ることができる設置の事例では、最適な間隔を判断するために単純な検査が実施できる。
【0064】
この検査では、適切な立ち上がり時間、パルス幅および振幅の直接噴射パルス源は、ＣＩＴＥ構造の設置後に電力線に容量的に結合される。最低限の１ＧＨｚの瞬時帯域幅をもつ高速オシロスコープが、ＣＩＴＥ構造の１つの他方の側の線に結合される。パルスが注入されて波形が観察される。電力線の注入側からサンプリングされたパルスと比較してパルスの振幅が減少している場合、間隔は適切である。パルスが大きい場合、ＣＩＴＥ構造の１つのセットは、最小限のパルスサイズが観察されるまで移動される必要がある。この検査は、ＣＩＴＥ構造の適切な動作を検証するために電力線がどのように認証されるかでもある。
【0065】
図１は、従来技術に従い、電気構成要素（Ｅ．Ｃ．）（電気または電子機器）１０が電力生成、伝送および分配システムの電力線１０４に接続された、原寸に比例していない、システムの概略図である。電力線１０４は、それが導電性であることを示すためにクロスハッチングで示されている。電磁パルス（ＥＭＰ）などの、外部の危険な電磁信号１２（危険なＥＭＩ）は、パルス１４として電力線１０４上で電磁信号を誘起し、それは、電気構成要素（Ｅ．Ｃ．）１０に向けられる。電気構成要素（Ｅ．Ｃ．）１０は、電気構成要素（Ｅ．Ｃ．）１０に到達する電圧パルス１４の大きさが、前述した１つ以上の故障機構によって高過ぎる場合、動作不能にされる。
【0066】
図２は、保護される構成要素１００（図中で「Ｐ．Ｃ．」として示されている）、電力線１０４および単一の導電性インピーダンス変化素子（ＣＩＴＥ）１０６の、原寸に比例していない、概略図である。ＣＩＴＥ １０６は、保護される構成要素（Ｐ．Ｃ．）１００を危険なＥＭＩの影響から保護するための手段または技術として電力線１０４に沿って故意に作成されたインピーダンスの周波数依存不整合を導入する。それぞれのＣＩＴＥ １０６は概略的に示されており、より詳細な実施形態が以下で説明されて後続の図に例示される。ＣＩＴＥ １０６は導電性（例えば、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、フェライト、その何らかの組合せなどの、金属、または他の導体材料から形成される）であり、保護される構成要素（Ｐ．Ｃ．）１００から電力線１０４の長さの方に向く第１の面１０７を有する。一般に、ＣＩＴＥは、「第１の」面と称される、要素の片面が要素と電力線との間の直径比を最大化するように構築される。設置中、ＣＩＴＥの第１の面は、保護される構成要素から外方に向くように設置される。ＣＩＴＥの第１の面１０７と電力線１０４の軸方向に隣接した部分との間に突然のインピーダンス不整合がある。単一のＣＩＴＥは、不要な高周波数成分の１００％反射をもたらさず、これを達成するために、図３～図８に示されるような、もっと複雑な構造が要求されて、以下で説明されることに留意されたい。図２～図５は、単一の保護される構成要素をもつ電力線の一方の端部を参照することに留意されたい。全ての信号は、分かりやすくするために、たとえそれらが電力線から空間的に移動されて示されていても、電力線の導体上を進むことにも留意されたい。
【0067】
潜在的に有害なＥＭＩ信号１０８は、電力線１０４に影響を及ぼす外部の危険なＥＭＩ１０９（例えば、ＥＭＰ）によって電力線１０４上で誘起される（または、いくつかの事例では、注入される）。信号１０８は本明細書では、「過渡的誘起信号１０８」であるとも呼ばれる。電力線１０４に沿ってＣＩＴＥ １０６の存在によって誘起された故意的なインピーダンス不整合は、ＣＩＴＥ １０６の第１の面１０７に過渡的誘起信号１０８の第１の部分１１０を保護される構成要素（Ｐ．Ｃ．）から離れて反射させる。反射部分１１０は、前述の反射に起因して過渡的誘起信号１０８と比較して極性が反転される。過渡的誘起信号１０８のより小さい振幅の第２の部分１１２は、保護される構成要素１００の方に伝送される。保護される構成要素から離れて伝送される第１の部分１１０は、インピーダンス不整合の程度の関数の比率で、第２の部分よりも（振幅において）遥かに大きい。図２は、過渡的電磁波干渉信号の描写ならびに過渡的電磁波干渉信号の伝送および反射部分の描写に関して簡略化（同様の図として）されていることが理解されるべきである。図２では、例えば、過渡的誘起信号１０８および過渡的誘起信号の反射された第１の部分１１０は、垂直距離によって離して示されている、別個の経路に沿って進むように見える。しかし、これらの信号１０８、１１０は実際には、電力線１０４を含む重なり合う経路に沿って反対方向に進む。さらに、図解を簡潔にするために、過渡的電磁波干渉信号１０８の２～３の代表的な伝送および反射部分だけが図２に示されている。図２の構成は、実現可能で動作可能であるが、好ましい実施形態ではなく、ここでは、主に例示目的のために提供されることに留意されたい。
【0068】
電力線１０４上のＣＩＴＥ １０６（および任意の他のＣＩＴＥ）の設計および配置は、保護される構成要素（Ｐ．Ｃ．）１００にわたって印加される電圧が、かかる構成要素を動作不能にする破壊的な結果を回避するために十分に低いことを確実にすることを意図する。前述のとおり、周波数依存のインピーダンス不整合（ＣＩＴＥ １０６に起因した）は、電力を電力線に供給する電流の基本周波数で、保護される構成要素（Ｐ．Ｃ．）１００から離れて、電力線１０４上の電圧の反射も回避する。かかる基本周波数は典型的には、例えば、５０、６０、または４００Ｈｚであり得る。
【0069】
保護される構成要素（Ｐ．Ｃ．）１００に伝送される過渡的誘起信号１０８の部分１１２に対する最大閾値電圧を決定するための１つの有用なガイドラインは、配電網に接続された電気構成要素を保護するための基準としてグローバルに使用される、トランスナショナル標準「ベーシック絶縁レベル」（ＢＩＬ）である。周知のように、システムの機器の絶縁は、インパルス（例えば、雷インパルス）過電圧がサージ保護装置および同様のものなどを通して放出される前にある最小電圧に耐えるように設計される必要がある。従って、サージ保護装置の作動電圧レベルは、機器の最小耐電圧レベルよりも低いべきである。この最小定格電圧は電気機器のＢＩＬすなわちベーシック絶縁レベルとして定義される。多くの場合、ＢＩＬは、電気機器が保護されるのを十分に確実にするためにサージ保護装置の作動電圧レベルよりも６～７倍高い。ＢＩＬに対する倍数は、作動電圧によって決まり、作動電圧が高まるにつれて低下することに留意されたい。
【0070】
従って、１つ以上のＣＩＴＥは、保護される機器（Ｐ．Ｃ．）１００までＣＩＴＥ（複数可）を通過する部分１１２がかかる機器に対するＢＩＬ定格（または何らかの他の設定基準もしくは閾値）内であるように、保護される機器（Ｐ．Ｃ．）１００に十分に近接して配置される。
【0071】
同様に本明細書で説明されるように、保護される構成要素（Ｐ．Ｃ．）１００は、広範な用途にわたり任意の数の異なる形をとり得る。例えば、保護される構成要素（Ｐ．Ｃ．）１００は、住宅（自宅）またはその下位構成要素の形をとり得るか、または変電所もしくは発電機などの、産業用電力設備の形であり得る。
【0072】
図３は、２つのＣＩＴＥ １２０、１２２が結合されている電力線１０４の別の実施形態を示す。各ＣＩＴＥ １２０、１２２は、保護される構成要素（Ｐ．Ｃ．）１００から離れて配向される第１の面、および保護される構成要素（Ｐ．Ｃ．）１００に向かって配向された第２の面を有する。ＣＩＴＥ １２０の第１の面およびＣＩＴＥ １２２の第１の面は電力線１０４の区分を挟んで相互に向かい合い、過渡的誘起信号のエネルギーを散逸させるための減衰共振器１２５を形成する。過渡的誘起信号１２６は、外部の危険なＥＭＩ １２７により電力線１０４上で誘起される。過渡的誘起信号１２６の一部は伝送部分１２８としてＣＩＴＥ １２２を通って左に移動する。過渡的誘起信号の別の部分は、反射部分１３４としてＣＩＴＥ １２２の第２の面から反射される。ＣＩＴＥ １２２を通過する伝送部分１２８の一部は、反射部分１３０としてＣＩＴＥ １２０の第１の面から右に反射される。反射部分１３０の一部は伝送部分１３１としてＣＩＴＥ １２２を通過する。伝送部分１２８の別の部分は、伝送部分１３２としてＣＩＴＥ １２０を通って左に移動する。誘起信号１２６および伝送部分１２８、１３２を通って保護される構成要素１００までの、危険なＥＭＩ １２７の受信からの信号の伝送部分は、破線のボックス１５０で囲まれている。
【0073】
反射部分１３０の一部は、さらなる反射部分１３６としてＣＩＴＥ １２２の第１の面から左に反射される。反射部分１３６の一部は、伝送部分１４０としてＣＩＴＥ １２０を通って左に移動する。反射部分１３６の別の部分は、さらなる反射部分１３８としてＣＩＴＥ １２０の第１の面から右に反射される。信号が反射されると、さらなる反射部分は入射部分と比較して減衰される。例えば、反射部分１３８は反射部分１３６と比較して減衰される。反射部分１３８の一部は伝送部分１４２としてＣＩＴＥ １２２を通って右に移動する。外部の危険なＥＭＩ １２７の一部で始まり、電力線１２６上の誘起信号、最初はＣＩＴＥ １２２を通して伝送される信号１２６の部分１２８、ＣＩＴＥ １２０を通して伝送される信号１２８の部分１３２を含む、誘起信号の主要な伝送構成要素は、破線の長方形ボックス１５０内に要約されている。用語「左」および「右」は図３に示されているシステムならびに部品の相対的な配置および様々な信号の伝搬の相対的な方向の説明において便宜上のみで使用されることが理解されるであろう。
【0074】
本明細書で前述のとおり、ＣＩＴＥ １２０、１２２は、規定の距離だけ相互から間隔を空けることができ、その値は、電力線１０４のタイプなどの、動作パラメータの数によって決まる。以下で説明されるように、ＣＩＴＥは、所望の距離だけ相互から間隔を空けてＣＩＴＥを自動的に配置する内部スペーサまたはガイドを提供するために構築できる。
【0075】
図３および前述のパラグラフから、初めの伝送部分がさらなる反射部分のカスケードを引き起こす；具体的には、伝送部分１２８が反射部分１３０を引き起こし、それは、同様に、さらなる反射部分１３６を生じさせ、それはさらにさらなる反射部分１３８を生じさせることが理解できる。図３は、反射部分の各々が強度において連続して弱められるのを概略的に例示する。結果として、ＣＩＴＥ １２０および１２２は、危険なＥＭＩへの暴露に起因する過渡的誘起信号のエネルギーを無害に散逸させるための減衰共振器１２５を形成する。
【0076】
図３で、信号１３１、１３４および１４２は、ＣＩＴＥ １２２から電力線１０４に沿って右に進み、それらのエネルギーは電力線中で熱として無害に散逸される。減衰共振器１２５内で、過渡的誘起信号１２６の部分の減衰共振反射も電力線１０４中で熱として無害に散逸させる。ＣＩＴＥ １２０から保護される構成要素１００に向けられた、部分１３２および１４０のそれぞれの電圧は、保護される構成要素１００が動作不能にされ、かつ／または損傷されるのを回避するために十分に低く保たれる。ＣＩＴＥの間隔は、建設的または破壊的な干渉を可能にできることが理解されるべきであるが；対象の周波数における建設的な干渉は回避されるべきである（前述の建設的および破壊的な干渉を参照）ことが当業者には明らかであろう。
【0077】
図３に示される実施形態では、外部ＥＭＩはＣＩＴＥ １２０、１２２の両方の右側で信号を誘起する。図４は、危険なＥＭＩが、ＣＩＴＥ １２０、１２２間の電力線の部分に衝撃する異なるシナリオの概略図である。図４は、破線のボックス１５０ａ内の伝送部分を図３のボックス１５０との比較のための基礎として例示する。理解され得るように、図４では、図３とは異なり、示された危険なＥＭＩは、ＣＩＴＥ １２０と１２２との間の電力線の区分で受信される。過渡電磁信号１６０は、危険なＥＭＩ １６２により電力線１０４上で誘起され、その信号の伝送部分１６５はＣＩＴＥ １２０を通過して電気構成要素（図４には示されていない）に向かう。
【0078】
保護される構成要素（Ｐ．Ｃ．）１００と第１のＣＩＴＥ（すなわち、１２０）の間の電力線１０４の長さをできる限り短く保つことは典型的には望ましい。外部の危険なＥＭＩからの影響の可能性は、曝される電力線の長さに比例するので、これは、電力線１０４の前述の長さの過渡電磁信号（誘起信号）への暴露、およびこの長さが外部の危険なＥＭＩによって影響を受ける結果として生じる可能性を限定する。一例として、電力線が第１と第２の変圧器の間に延在する場合、１つ以上の、および好ましくは複数のＣＩＴＥは、ＣＩＴＥの第１のセットが第１の変圧器に近接して配置され、ＣＩＴＥの第２のセットが第２の変圧器に近接して配置されて、ＣＩＴＥの両方のセットが第１および第２の変圧器を本明細書で説明される方法で保護するように、電力線の両端部に配置されるべきである。言うまでもなく、変圧器の代わりに、電力線の端部は、本明細書で説明される例示的なものおよびその他など、任意の保護される電気構成要素に接続され得ることが理解されるであろう。
【0079】
図５は、３つのＣＩＴＥが電力線１０４に結合されて、電気構成要素を過渡電磁妨害に起因する過渡的誘起信号から保護する本開示の別の実施形態の概略図である。この実施形態では、ＣＩＴＥ １７０、１７２、１７４は、２つの減衰共振器、ＣＩＴＥ １７０と１７２の間の第１の共振器１７８、およびＣＩＴＥ １７２と１７４の間の第２の共振器１７９、を形成する。
【0080】
図５では、前述と同じ慣例が適用され、そのためＣＩＴＥ １７０、１７２、１７４は、保護される構成要素（Ｐ．Ｃ．）１００から離れて配向される第１の面、および保護される構成要素（Ｐ．Ｃ．）１００に向けて配向される第２の面を有する。
【0081】
図５で、外部の危険なＥＭＩ １８２は電力線１０４上で信号１８０を誘起または注入する。信号１８０の一部は、ＣＩＴＥ １７４からの第１の面で反射部分１８４として右側に反射される。過渡電磁（誘起または注入された）信号１８０のさらなる部分は、ＣＩＴＥ １７４を通り、伝送部分１８６として左側に伝送される。次いで、伝送部分１８６の一部はＣＩＴＥ １７２の第１の面に到達し、反射部分１８８として右側に反射して戻される。伝送部分１８６の別の部分は、ＣＩＴＥ １７２を通り、伝送部分１８７として左に移動する。伝送部分１８７の一部は、ＣＩＴＥ １７０を通り、伝送信号１９８としてさらに伝送される。振幅に関して、伝送部分１８６は伝送部分１８７よりも高い振幅を有しており、伝送部分１８７は同様に、部分１９８よりも高い振幅を有することに再度留意されたい。伝送部分１８７の別の部分は、ＣＩＴＥ １７０によって反射部分１９５として右側に反射される。反射部分１８８がＣＩＴＥ １７４の第２の面に到達すると、信号の第１の部分は信号１９０で伝送され、第２の部分は信号１９２として左に反射される。左側に向けられた、信号１９２の第１の部分は、ＣＩＴＥ １７２を通り信号１９４として伝送され、他方、信号１９２の第２の部分は、ＣＩＴＥ １７２の第１の面で信号１９６として反射される。信号１９４がＣＩＴＥ １７０の第１の面に到達すると、信号の第１の部分は信号２００として反射され、第２の部分はＣＩＴＥ １７０を通り伝送部分２０２として伝送される。加えて、信号１９６がＣＩＴＥ １７４の第２の面に到達すると、信号の一部はＣＩＴＥ １７４を通り伝送部分１９７として伝送される。
【0082】
部分１９８および２０２のそれぞれの電圧は、保護される構成要素（Ｐ．Ｃ．）１００を動作不能にするのを回避するために十分に低く保たれる、最終伝送部分である。ＣＩＴＥ １２２から右側に向けられている、伝送部分１８４、１９０および１９７は、それらのエネルギーを電力線１０４に沿って熱として散逸させる。
【0083】
図５で、２つの減衰共振器１７８および１７９の使用は、電力線に沿った熱放散を増大させる、ＣＩＴＥ間を通過する反射および伝送信号のより大きな数のために、図３に示される単一の減衰共振器１２５の使用と比較して、過渡的電磁波干渉信号のより多くのエネルギーの散逸を可能にする。それに応じて、複数対の減衰共振器の使用は、保護される構成要素１００に到達する過渡的誘起信号の任意の部分を最小限にするのを支援できる。ＣＩＴＥ構造は、それ自体でひとりでに、ヒートシンクとして動作することは意図されていないことが理解できる。むしろ、熱は、放射プロセスにより電力線１０４自体によって散逸されると予期される。
【0084】
図６は、本開示に従ったＣＩＴＥが、第１の保護される構成要素２０１および第２の保護される構成要素２０３を電力線の右端部に有する電力線上で使用される別の実施形態の概略図である。従って、図２～図５とは対照的に、図６～図８は、各々がそれぞれの保護される構成要素２０１、２０３を有する、電力線の両方の端部を例示する。図６の実施形態例では、第１および第２の保護される構成要素は変圧器である。それらは他の構成要素にもできる（上で定義されるように）ことが理解されるべきである。図６では、可変ＣＩＴＥ要素２３０は、保護される構成要素２０１と関連付けられた可変数（１～Ｎ）のＣＩＴＥおよびＣＩＴＥグループを表し、可変ＣＩＴＥ要素２３２は、保護される構成要素２０３と関連付けられた可変数ｎ（１～Ｎ）のＣＩＴＥを表す。可変ＣＩＴＥ要素２３０は、可変ＣＩＴＥの個々の要素（１～Ｎ）を例示するために別個に右側にも示されている。各要素２３０、２３２は、要素内のＣＩＴＥ数－１（ｎ－１）に等しい、いくつかの隣接した減衰共振器を含む。例えば、電力線上に直列に配置された１、２および３の番号が付けられた３つのＣＩＴＥがある場合、ＣＩＴＥ １と２の間に１つの減衰共振器、およびＣＩＴＥ ２と３の間に別の減衰共振器がある。図６に示される例では、共振器２３５－１はＣＩＴＥ １と２の間に位置付けられ、共振器２３５－２は、例示的な可変ＣＩＴＥ要素のＣＩＴＥ ２と３の間に位置づけられる。
【0085】
図７は、１つ以上のＣＩＴＥを含む可変ＣＩＴＥ要素を設置するためのもっと多くの位置を含む図６に類似した別の実施形態の概略図である。例えば、要素２４０、２４２、２４４、２４６、２４８、２５０、２５２、２５４は、保護される構成要素１００、２００の間で、電力線１０４に結合される。再度、可変ＣＩＴＥ要素２４０～２５４の各々は、１～ＮのＣＩＴＥを含むことができる。図７は、可変ＣＩＴＥ要素２４０～２５２の各々は、ＣＩＴＥ数－１（ｎ－１）に等しい、いくつかの隣接した減衰共振器を含むことを示す凡例（ｌｅｇｅｎｄ）を有する。図７に示される例では、共振器２３５－３はＣＩＴＥ １と２の間に出現し、共振器２３５－４は、例示的な可変ＣＩＴＥ要素のＣＩＴＥ ２と３の間に出現する。図７に示される配置で組み合わせることができる多数のＣＩＴＥは、多数の減衰共振器を提供して危険なＥＭＩによって誘起される任意の信号を散逸できる。例えば、電力線上に相互に隣接して位置付けられる、可変ＣＩＴＥ要素２４０および２４２が各々３つのＣＩＴＥを含む場合、要素２４０、２４２の概略位置内のＣＩＴＥの総数は、それらの間に５つの減衰共振器を提供する６つのＣＩＴＥである。
【0086】
図８は、ＣＩＴＥが電力線１０４に沿って３つのグループに配置されている別の実施形態の概略図である。グループ内のＣＩＴＥは、相互に比較的近接近して（例えば、約１センチメートル～１０，０００センチメートルの間）間隔が置かれ；かかる間隔は以下、グループ内間隔と呼ばれる。ＣＩＴＥ ２６０、２６１および２６２は第１のグループを形成し；ＣＩＴＥ ２６５、２６６および２６７は第２のグループを形成し；ＣＩＴＥ ２７０、２７１および２７２は第３のグループを形成し；ＣＩＴＥ ２７５、２７６および２７７は第４のグループを形成する。３つのＣＩＴＥの前述のグループの各々は、グループ内間隔と比較してもっと大きいグループ間距離だけ、３つのＣＩＴＥの隣接したグループから離すことができる。グループ内間隔およびグループ間距離は、当業者には周知のように、電力線上で誘起される信号の速度によって決定される、建設的な干渉を作り出すのを回避するように選択され、それは、当業者には周知のとおり、相対論的速度を達成するために必要な電圧レベルと比較して実際の電圧によって決定される、光の速度の一部分である。真空中の光の速度はナノ秒あたり略１フィートであることに留意されたい。本明細書で企図されるタイプの送電線（例えば、線１０４）上で、電磁波の速度は遅く、いくつかの物理的考慮事項に応じて、１．２５～７ナノ秒あたり約１フィートのオーダーである。送電線上の電磁波の低下した速度に基づいて各ＣＩＴＥ間の減衰共振器の間隔を選択することは、減衰共振器の各ＣＩＴＥ間の最適な距離を生じさせる。いくつかの実施形態では、共振器間の間隔は約８００～約１２００フィートであるが、この範囲は本来は例示に過ぎず、制限しないことが理解されるであろう。このタイプの伝送線におけるパルスの伝搬は良く知られており、電磁パルス理論に関するテキストブックで説明されている。
【0087】
図８は、グループ内（すなわち、第１グループ内の２３５－５および２３５－６、第２グループ内の２３５－８および２３５－９、第３グループ内の２３５－１１および２３５－１２、ならびに第４グループ内の２３５－１４および２３５－１５）、およびグループ間（すなわち、２３５－７、２３５－１０、２３５－１３）の隣接した減衰共振器も示している。
【0088】
減衰共振器の一対のＣＩＴＥは、別の減衰共振器の別の一対のＣＩＴＥ内に入れ子にできる。例えば、図８で、第１のグループのＣＩＴＥ ２６２および第２のグループのＣＩＴＥ ２６５は、それらの間に共振器２３５－７を定義し、他方、第１のグループのＣＩＴＥ ２６１および第２のグループのＣＩＴＥ ２６６は、共振器２３５－７を含む大きな共振器２３５－１５を定義すると考えることができる。前述の方法でのＣＩＴＥの入れ子は、過渡的誘起信号の減衰の程度を高める。これは、システムを設計する便利な方法をもたらす。システムがそれに対して保護する誘起信号の最大振幅をとり、それを減衰共振器の入れ子の対のＣＩＴＥあたりの減衰係数で割って必要な入れ子のセットの数を得る。
【0089】
従来型の低域通過フィルタとの比較
加えて、本開示のＣＩＴＥは、従来型の低域通過フィルタと比較して有用な特性を有する。本開示のＣＩＴＥは低Ｑファクタ低域通過フィルタとして電気的に説明できる。リアクタンスの抵抗に対する比である、Ｑファクタは、発振器または共振器がどのように不足減衰されるかを説明して、共振器のその中心周波数に対する帯域幅を特性化する。より高いＱは、共振器の貯蔵されたエネルギーに対するより低い比率のエネルギー損失を示しており；発振器はより緩やかに停止する。通常、フィルタは、可能な限り高いＱファクタを持つように設計されるが、それは、フィルタによって捕捉されたエネルギーがフィルタによって散逸されるための最適な構成であるので、本発明は低Ｑファクタに対して特に最適化される。追加として、本発明のＣＩＴＥは、ＣＩＴＥが非共振設計を有して、無彩色で動作して独特で固有の周波数応答曲線を有するという点において従来型の低域通過フィルタと異なる。ＣＩＴＥは、従来型のフィルタがそれを熱として内部で吸収する不必要なエネルギーの一部を反射するように設計されることが理解できる。
加えて、本開示のＣＩＴＥは、従来型の低域通過フィルタと比較して有用な特性を有する。本開示のＣＩＴＥは低Ｑファクタ低域通過フィルタとして電気的に説明できる。リアクタンスの抵抗に対する比である、Ｑファクタは、発振器または共振器がどのように不足減衰されるかを説明して、共振器のその中心周波数に対する帯域幅を特性化する。より高いＱは、共振器の貯蔵されたエネルギーに対するより低い比率のエネルギー損失を示しており；発振器はより緩やかに停止する。通常、フィルタは、可能な限り高いＱファクタを持つように設計されるが、それは、フィルタによって捕捉されたエネルギーがフィルタによって散逸されるための最適な構成であるので、本発明は低Ｑファクタに対して特に最適化される。追加として、本発明のＣＩＴＥは、ＣＩＴＥが非共振設計を有して、無彩色で動作して独特で固有の周波数応答曲線を有するという点において従来型の低域通過フィルタと異なる。ＣＩＴＥは、従来型のフィルタがそれを熱として内部で吸収する不必要なエネルギーの一部を反射するように設計されることが理解できる。
【0090】
従来型の低域通過フィルタは典型的には、インダクタ、コンデンサおよび抵抗を使用して様々なタイプの共振回路を形成する。これらのタイプの構成要素の様々な組合せを使用することにより、ほとんどいずれの伝達関数のフィルタも構築することが可能である。このアプローチに関する問題は、５０～６０ヘルツで、従来のＡＣ電圧および電流で動作する一般的な送電および配電システムにおいて、個々の構成要素は非常に大規模で、扱いにくく、高価になることである。本発明は、インダクタ、コンデンサ、または抵抗の使用を回避して、代わりに著しく不整合な導電性インピーダンス変化素子（ＣＩＴＥ）を使用することによってこれを解決する。本開示のＣＩＴＥは、信号の不要な部分を単に吸収する、任意の組合せのインダクタ、コンデンサ、および／または抵抗から構成される同調共振電子回路の使用とは対照的に、信号の不要な部分の反射を生じるために選択的なインピーダンス不整合のそれらの使用に起因して、従来型の低域通過フィルタと区別される。
【0091】
本発明のＣＩＴＥは、約１メガヘルツ以下の周波数は抵抗を受けずに通されるが、より高い周波数は選択的に減衰されるという点においてより無彩色の周波数応答を提供する。周波数が高ければ、減衰係数はそれだけ高く、従来のフィルタ設計では必要な任意の構成要素値の変更が必要ない。複数の減衰共振器の使用は、より高い周波数成分のさらに高い減衰をもたらす。本明細書で説明される設計方法は、ほぼ階段関数周波数応答を提供する。
【0092】
低域通過フィルタは、歴史的に、関与する構成要素の大きなサイズおよび費用に起因して稲光抑制に対して使用されていないことに留意されたい。
【0093】
低「Ｑ」、品質係数（Ｑ＜１／２）を持つシステムは、過減衰されると言われる。かかるシステムは発振をうまく継続しないが、その平衡定常状態出力から変位されると、それは指数関数的減衰によってそれに戻って、漸近的に定常値に近づく。それは、異なる減衰率を持つ２つの減衰指数関数の合計であるインパルス応答を有する。品質係数が減少するにつれて、低速減衰モードは高速モードに対して強くなり、システムの応答に影響を及ぼして低速なシステムとなる。非常に低い品質係数をもつ二次低域通過フィルタはほとんど一次ステップ応答を有し、システムの出力は漸近線に向かって緩やかに上昇することによってステップ入力に応答する。
【0094】
Ｅ１パルスに関して本発明に適用されるように、低Ｑファクタをもつフィルタは、捕捉されたＥＭＰまたは他の過渡電磁妨害からの不要なエネルギーが減衰共振器（複数可）内で消えて熱として散逸されるのを可能にするので、望ましい。きわめて短いパルス幅、典型的にはＥ１パルスに対して５００ナノ秒未満の結果として、複数の減衰共振器を活用して装置のＱファクタをさらに減少させることは望ましい。
【0095】
ＣＩＴＥ実施形態
本明細書で説明されるとおり、本システムの構成要素の１つは、典型的には、好ましくは少なくとも２つのＣＩＴＥのセットに配置されるインピーダンス変化素子（ＣＩＴＥ）である。
本明細書で説明されるとおり、本システムの構成要素の１つは、典型的には、好ましくは少なくとも２つのＣＩＴＥのセットに配置されるインピーダンス変化素子（ＣＩＴＥ）である。
【0096】
それに応じて、減衰共振器の片面を形成する導電性インピーダンス変化素子（ＣＩＴＥ）は、それを囲んでいる電力線よりも直径が大きい導電性ディスクとして実装でき、導電性ディスクは電力線に電気的に結合される。前述のとおり、結果として生じる、ＣＩＴＥと電力線の隣接した部分との間の直径差は、ＣＩＴＥと電力線の隣接した部分との間の不整合なインピーダンスの比率の結果として、過渡電磁（誘起）信号の高周波数に対して高いＶＳＷＲを示す構造を作り出す。
【0097】
本開示に従ったＣＩＴＥの１つの例示的な実施形態、およびその部分は、図９～図１５に関連して説明される。図９は、ＣＩＴＥ ３００の片面の平面図である。ＣＩＴＥ ３００は、概してディスクの形状で形成されて、開口部を中央穴３０２の形で有する。ＣＩＴＥ ３００は、第１の（例えば、上側）部分３０５および第２の（例えば、下側）部分３１０から形成されて、第１の部分３０５および第２の部分３１０は、２つの部分３０５、３１０が少なくとも部分的に相互に離れている開位置と、図９に示されている閉位置の間を動くのを可能にするためにヒンジ要素３１５によって連結される。
【0098】
図９に示されるように、ＣＩＴＥ ３００は、図のように、トロイダル形状を有し得る外側周辺部分、および中間部分、および中央穴３０２が形成される中央部分を有する。ＣＩＴＥ ３００は第１および第２の部分３０５、３１０によって画定されて、これらの部分の各々は外側周辺部分、中間部分、および中央部分を有する。外側周辺部分は従って、コロナ放電を除外および／または制御することを意図する丸みを帯びた縁を含む。
【0099】
示される実施形態では、上側構成要素は、増大した幅の外側周辺区分３１２を有し、下側構成要素は、増大した幅の対応する外側周辺区分３１３を有する。一実施形態では、外側周辺区分３１２は、トーラスの略１／２であり、外側周辺区分３１３は同様に、結合された場合に、２つの部分３１２、３１３がＣＩＴＥ ３００の外側周辺に沿って概ねトロイダル形状を画定するように、トーラスの略１／２である。言い換えれば、これらの区分３１２、３１３は丸い表面を有する。３１２および３１３の内表面は、テクスチャ加工され得るか、またはスパイクさえ打ちつけられて（図９～図１１には示されていないが、図１２～図１５には示されている）穴を開けて、これらの要素によって含まれている電力導体との電気接触を増大させることに留意されたい。
【0100】
第１の部分３０５は、外側周辺区分３１２に関して窪みを作られた中央区分３１４を有し、第２の部分３１０は、外側周辺区分３１３に関して窪みを作られた対応する中央区分３１５を有する。外側周辺区分のトロイダル形状と比較して、中央区分３１２、３１４は、平面の形であり、一般に半円形状を有し得る。
【0101】
第１の部分３０５は、保護される構成要素（図９の図でページから外へ延出している）に面しているＣＩＴＥの第２の面上に配置された突き出た締め付けハブ３１６も含み、第２の部分３１０は、同様にＣＩＴＥの第２の面上に配置された対応する突き出た締め付けハブ３１７を含む。図のように、締め付けハブ３１６、３１７は中央穴３０２の周辺にリップを形成する。締め付けハブは、ＣＩＴＥを電力線にしっかりと連結するため、ならびに、図１０および図１２を参照して以下でさらに説明されるように、上側および下側部分３０５、３１０を相互にしっかりと固定するためにも使用される。図９に示される図では、上側構成要素３０５は下側構成要素の上に据え付けられる。
【0102】
図１０に示されるように、ヒンジ要素３１５によって、上側構成要素３０５は、反時計回りの方向に下側構成要素３１０から離れて旋回できる。旋回されると、上側構成要素３０５と下側構成要素３１０との間に間隙または空間が広がる。図のように、この間隙を開くことは、ＣＩＴＥがその周囲に配置される電力線（ケーブル）を受け入れる締め付けハブ３１６、３１７の間に画定される中央開口へのアクセスも提供する。同様に図１０に示されているのは逃げ穴３０７ならびに締め付けハブ３１６および３１７のそれぞれの脚区分３２１、３２７を通るねじ穴３０８である。再度、図９の図を参照すると、上側および下側区分が接合される（旋回を解除する）場合、穿孔３０７、３０８が一致して、ねじまたはボルトなどの締め付け要素が挿入できる連続した穴を形成して、ＣＩＴＥの上側および下側区分を相互に固定する。かかる締め付け要素を表すために、例示的なねじ頭３０３が図９に示されている。いくつかの実施形態では、区分３２１、３２７は、ＣＩＴＥの上側と下側部分の締め付けハブの間のしっかりとした連結をさらに確実にするために追加のねじ、ボルトを受け入れるための追加の穿孔を含むことができる。リベットも使用することができ、その場合、ねじ切りは必要ない。図１２では、上側構成要素３０５の補完的な接触面（図示せず）とぴったり合う下側構成要素の傾斜した接触面３２８も示されている。
【0103】
いくつかの実施形態では、締め付けハブ３１６、３１７はＣＩＴＥ ３００の片面上に位置付けられ（すなわち、ディスクの平面と垂直に外向きに一方向に突き出る）、複数のＣＩＴＥ ３００が直列に組み合わされる場合、２つの隣接したＣＩＴＥ ３００は、突き出た締め付けハブ３１６、３１７が隣接したＣＩＴＥ ３００の反対面と接触するか、またはごく近接するように、配置できるので、締め付けハブは、スペーサーとして機能できる。従って、２つの隣接したＣＩＴＥ ３００が押されて相互に接触すると、締め付けハブ３１６、３１７は２つの隣接したＣＩＴＥ ３００の間の距離を決定できる。締め付けハブ３１６、３１７の長さは、ＣＩＴＥのグループがユニットに一緒にグループ化される実施形態では、２つの隣接したＣＩＴＥ ３００の間の距離（間隙）を画定するために使用できる。第１のＣＩＴＥ ３００から保護される電気構成要素に向かって移動する伝送された過渡的誘起信号は従って、第１のＣＩＴＥ ３００から規定の設定距離（突き出た内側区分３１６、３１７の長さとして画定された）離れて配置されている第２のＣＩＴＥ ３００に遭遇する。このように、一連のＣＩＴＥ ３００は、電力線に沿って制御された間隔で配置できる。直列に隣接したＣＩＴＥ間の間隔は均一であり得ることが想像されるが、間隔は少なくとも、２つの隣接したＣＩＴＥ ３００間の第１の距離、および２つの他の隣接したＣＩＴＥ ３００間の異なる第２の距離があり得るという点で不均一であり得ることも理解されるであろう。ＣＩＴＥ ３００の不均一な間隔は、電力線１０４に沿って複数の破壊的な干渉条件を提供する際に有用であり得る。入射する危険なＥＭＩは、異なるスペクトル成分を有し得るので、不均一な間隔を持つことは、異なる周波数の範囲にわたる破壊的な干渉を確実にする。
【0104】
図１１は、上側および下側構成要素３０５、３１０がぴったり合う位置から離れて旋回されている図１０に示されたＣＩＴＥのヒンジ端面図である。この図では、上側構成要素の下表面３２２はギザギザの輪郭を有しており、下側構成要素の上表面３２４は、上側構成要素の下側表面に協調的に係合するように適合された補完的なギザギザの輪郭を有することが分かる。しかし、表面３２２、３２４はぴったりとは係合せず、ＣＩＴＥの方に内向きに延出するノッチ３２５を残す。
【0105】
図１２は、わずかに旋回された位置におけるＣＩＴＥ ３００の斜視図であり、締め付けハブ３１６、３１７をより明確に例示する。締め付けハブ３１６は、半円のリップ区分３１９および脚長方形の「脚」区分３２１を含む。同様に、締め付けハブ３１７は、半円のリップ区分３２３および長方形の脚区分３２７を含む。それぞれの締め付けハブの「脚」区分３２１ａ、３２７ａは、図９および図１０に示されるものとは異なる締め付け機構を有する。この実施形態では、（締め付けハブ３１６の）脚区分３２１ａの下表面は、締め付けハブ３１７の脚区分３２７ｂ内のレセプタクル３４５内に位置付けられた一致する歯に関して曲がって適所にパチンとはまる能力を有する可撓性歯をもつラチェット要素３４３を含む。かかるラチェット締め具のために使用される製造方法および材料特性は、当業者には周知である。ＣＩＴＥが閉じられていてラチェット要素３４３がレセプタクル３４５に入ると、上側および下側区分３０５、３１０は一緒に適所に固定される。図１２では、上側構成要素３０５の補完的な接触面（図示せず）とぴったり合う下側構成要素の傾斜した接触面３２８も示されている。
【0106】
締め付けハブの半円区分３１９、３２３の内表面は、鋭い彫り込み要素（ｉｎｃｉｓｉｏｎ ｅｌｅｍｅｎｔ）３４１（ひとまとめにして識別される）を含む。彫り込み要素は、ＣＩＴＥが取り付けられて、締め付けハブ３１６、３１７が電力線を取り囲む場合に、電力線の外表面に食い込むように適合される。電力線に食い込むことにより、ＣＩＴＥと電力線の間のしっかりとして安全な導電接続が確実にされる。彫り込み要素３４１は、図のようにピラミッド形状で、スパイクとして、または当業者には周知のように彫り込み要素の機能目的を支援するような他の形状で形成できる。使用される個々の彫り込み要素の数およびサイズは、電力線の既知の特性に基づいて変わり得る。
【0107】
アーク放電を防ぐために、導体ペーストが、ＣＩＴＥ内の全てのジョイントおよびＣＩＴＥと電力線の間の接合部分に塗布される。例えば、電力線上への設置中に、米国オレゴン州レイクオスウィーゴのＣｏｏｌ Ａｍｐ ＣｏｎｄｕｃｔｏＬｕｂｅ Ｃｏ．，によって製造される、ＣｏｎｄｕｔｏＬｕｂｅなどの導体ペースト、または同等物が、表面３２８上、および上側と下側構成要素３０５、３１０の間の他の全ての接合部分に塗布できる。図示される他の実施形態では、導体ペーストは、ヒンジ表面３２２、３２４にも塗布されて、ヒンジ要素におけるアーク放電を防ぐ。一旦、ＣＩＴＥが電力線の周りに取り付けられて、電力線がＣＩＴＥの中央穴３０２内に位置付けられると、導体ペーストは中央穴の縁の周りに塗布されて、ＣＩＴＥと電力線の間の均一な導電接続を確実にできる。
【0108】
図１３は、ＣＩＴＥの下側構成要素３１０の斜視図であり、図１４は、上側構成要素３１０の斜視図である。図１３および図１４の構成要素図は、上側および下側構成要素が連結する傾斜した接触面３２８、３２９をもっと明瞭に例示する。両方の表面３２８、３２９は不連続であって、中央穴３０２を提供するために中央で切断される。図１５は、図１１の軸１５－１５から見た縦方向断面図である。図１５の図は、それぞれ上側および下側構成要素のヒンジ要素３１５以外の、外側区分３１２、３１３の大部分は中空であることを例示しており、それは、ＣＩＴＥの重量および費用を減らすのに役立つ。
【0109】
ＣＩＴＥ ３００の構造は従って、ケーブルの受け入れを可能にするために、その構造を容易に開くのを可能にし、次いで、上側および下側構成要素３０５、３１０を密封して閉じると、ケーブルを捕捉する結果となり、それによってＣＩＴＥ ３００をケーブルにしっかりと連結させる。
【0110】
図２８Ａおよび図２８Ｂに示される、ＣＩＴＥ ３００の別の実施形態では、ＣＩＴＥの上側構成要素は、図９～図１６に示される実施形態の上側構成要素と同様に、構成要素の下表面から突き出る舌状要素３５５を有する。下側構成要素は、確かな電気接触を達成するために、少量の公差で舌状要素をしっかりと受け入れるサイズにされた補完的な溝を含む。舌－溝の対は、ＣＩＴＥが電力線上に取り付けられた後に、締め付けハブと一緒に、上側および下側構成要素を固定するのを支援する。
【0111】
図１６は、本開示に従ったＣＩＴＥの別の実施形態の透視図である。ＣＩＴＥ ６００は、ヒンジ要素で取り付けられていない上側および下側区分６０５、６１０を含む。示される実施形態では、区分６０５の締め付けハブ６１６は、サイト６０２を通る中央穴の周囲に縁を形成する半円のリップ６２１、および半円リップの両側上に配置された２つの脚区分６２３、６２４を含む。同様に、区分６１０の締め付けハブ６１７は、中央穴６０２の周囲に配置された半円リップ６３１および２つの脚区分６３３、６３４を含む。上側区分の脚区分６２３は、下側区分の脚区分６３３と連結し、上側区分の脚区分６２４は、下側区分の脚区分６３４と連結して、上側および下側区分を相互に固定する。好ましい実施形態では、一致するねじ式穿孔は、区分６２３／６３３および６２４／６３４にドリルで穴を開けられて、ねじ、ボルト、リベットまたは同様の締め付け要素が穴を通って延出して一致する区分をしっかりと結合するのを可能にする。電力線上に設置すると、上側と下側区分の間の接合部分全体に導体ペーストが塗布されて、区分間の任意の考えられる間隙でアーク放電を防ぐ。
【0112】
図９～図１６に示される実施形態では、ＣＩＴＥの断面形状は円形であるが、採用されるＣＩＴＥの１つ以上は、楕円形、多角形、および不均一（例えば、非対称および／または不規則）を含む、他の形状を有し得る。全てのかかる実施形態では、ＣＩＴＥの断面寸法は、それらが取り付けられる電力線の直径よりも大きくて、円形ＣＩＴＥの場合と同様に意図的なインピーダンス不整合が生じる。
【0113】
信号通知目的のためのＣＩＴＥ要素の使用
図９～図１６に示される実施形態のＣＩＴＥは、例えば、遠方視認性のために高圧電力線の存在を叫ぶことが有用な空港および他の施設において、高圧線の存在を信号通知するように有用に適合できる。図２４に示される、ＣＩＴＥ １０００の実施態様では、外側周辺の「トーラス」区分１０１０の壁は、少なくとも一部、透明な材料で作ることができる。トーラス区分は中空なので、それらは、高電場の存在下で蛍光を発する、ネオンなどの、ガスで充填できる。外側周辺区分１０１０から発する蛍光放射、例えば、１０１５が示されている。ガスなどで充填された透明な（または一部透明な）トーラスを含むＣＩＴＥが高圧電力線上に取り付けられる場合、電力線によって生成された電場がガスに蛍光を出させる。この蛍光はＣＩＴＥを遠くから見えるようにし、それによりＣＩＴＥが取り付けられている高圧電力線の存在を信号通知する。
図９～図１６に示される実施形態のＣＩＴＥは、例えば、遠方視認性のために高圧電力線の存在を叫ぶことが有用な空港および他の施設において、高圧線の存在を信号通知するように有用に適合できる。図２４に示される、ＣＩＴＥ １０００の実施態様では、外側周辺の「トーラス」区分１０１０の壁は、少なくとも一部、透明な材料で作ることができる。トーラス区分は中空なので、それらは、高電場の存在下で蛍光を発する、ネオンなどの、ガスで充填できる。外側周辺区分１０１０から発する蛍光放射、例えば、１０１５が示されている。ガスなどで充填された透明な（または一部透明な）トーラスを含むＣＩＴＥが高圧電力線上に取り付けられる場合、電力線によって生成された電場がガスに蛍光を出させる。この蛍光はＣＩＴＥを遠くから見えるようにし、それによりＣＩＴＥが取り付けられている高圧電力線の存在を信号通知する。
【0114】
ガス放電光の通常の成分が存在する必要があることに留意されたい。従って、好ましくは、ネオンまたはアルゴンなどの貴ガスである蛍光を発するガスの純度を維持するためにゲッタポンプが望ましい。
【0115】
追加のＣＩＴＥ実施形態
図１７は、５００と番号を付けられた、インピーダンス変化素子（ＣＩＴＥ）の代替実施形態を示す。本明細書で説明される全てのＣＩＴＥと同様に、ＣＩＴＥ ５００は導電性であり、それが取り巻く（取り囲む）、電力線１０４と導電接触する。ＣＩＴＥ ５００は、右側に示される概ね平な面５０５、および表面５１０から左に向かって傾斜する円すい状表面５１０を有する。平な面５０５は、第１の反射表面として、直径における突然の変化に起因した電力線１０４の隣接した部分（面５０５の右側）のインピーダンスと比較して、急激なインピーダンス変化を呈する。左側の円すい形状面は、電力線１０４の隣接した部分（平な面５１０の左側）インピーダンスと比較して、インピーダンスにおけるもっと段階的な変化を呈する。それに応じて、平な面５０５は、過渡的電磁波干渉信号を反射するために使用される。前述の実施形態と同様、ＣＩＴＥ ５００は、電力線の寸法（直径）と比較して遥かに大きい直径を有する結果として機能する。
図１７は、５００と番号を付けられた、インピーダンス変化素子（ＣＩＴＥ）の代替実施形態を示す。本明細書で説明される全てのＣＩＴＥと同様に、ＣＩＴＥ ５００は導電性であり、それが取り巻く（取り囲む）、電力線１０４と導電接触する。ＣＩＴＥ ５００は、右側に示される概ね平な面５０５、および表面５１０から左に向かって傾斜する円すい状表面５１０を有する。平な面５０５は、第１の反射表面として、直径における突然の変化に起因した電力線１０４の隣接した部分（面５０５の右側）のインピーダンスと比較して、急激なインピーダンス変化を呈する。左側の円すい形状面は、電力線１０４の隣接した部分（平な面５１０の左側）インピーダンスと比較して、インピーダンスにおけるもっと段階的な変化を呈する。それに応じて、平な面５０５は、過渡的電磁波干渉信号を反射するために使用される。前述の実施形態と同様、ＣＩＴＥ ５００は、電力線の寸法（直径）と比較して遥かに大きい直径を有する結果として機能する。
【0116】
図１８Ａ～図１８Ｃは、異なる断面形状を有するＣＩＴＥの実施形態を例示する。図１８Ａは、組み立てられた場合に楕円の断面形状を持つ、上側および下側区分７０５、７１０を有するＣＩＴＥ ７０１の一実施形態を示す。図１８Ｂは、組み立てられた場合に多角形（この事例では六角形）を持つ、上側および下側区分７１５、７２０を有するＣＩＴＥ ７１１の一実施形態を示し、図１８Ｃは、組み立てられた場合に非対称の断面形状を持つ、上側および下側区分７２５、７３０を有するＣＩＴＥ ７１２の一実施形態を示す。示される実施形態では、ＣＩＴＥ ７０１、７１１および７２１は、その他の点では図１６に示される実施形態と構造的に似ている（例えば、それらは各々、電力線に取り付けるための中央穴の両方の側面上にねじ付き要素を備えた同様の締め付けハブを含む）。
【0117】
多くの実施態様では、ＣＩＴＥをフェライト成分から完全に、または部分的に、のいずれかで形成することは実際的である。フェライトの使用は、物理的なサイズの縮小および減少したＱファクタを含むが、増大した費用で、いくつかの利点を提供する。図２１は、電力線１０４上に同軸に配置されたフェライトビーズの形での導電性インピーダンス変化素子（ＣＩＴＥ）の別の実施形態を示す。フェライトビーズＣＩＴＥ ５７０の幾何形状および電磁特性は、外部の危険なＥＭＩにより電力線上に誘起された信号および高周波数無線妨害（ＲＦＩ）電子雑音の比較的高周波数も減衰させる高周波数信号に対する比較的高インピーダンスとなる。これらの源からのエネルギーは、電力線１０４に沿って誘起信号の源の方に反射して戻されるか、または電力線に沿って低レベルの熱として散逸される。極端な事例においてのみ、熱は目立つ。フェライトは、エネルギーの一部を反射すると同時に、エネルギーを吸収もすることに留意されたい。
【0118】
ＣＩＴＥは一般に、エネルギーを散逸しないが、代わりに、過渡的電磁波干渉信号の比較的高周波数の流れを妨げるリアクタンスを生じる。このリアクタンスは一般に、単純にインピーダンスと呼ばれるが、インダクタンスは抵抗とリアクタンスの任意の組合せであり得る。フェライトは、磁場を集中させて、インピーダンスおよび従ってリアクタンスを増大させ、それは、高周波数信号を妨げるか、または「除去」する。フェライトビーズは通常は、既存の電力線上への設置を容易にするスプリット構成で作られる。
【0119】
フェライト成分がそのように設計される場合、それは付加損をフェライト自体における抵抗加熱の形で生成できる。インダクタのＱファクタは、所与の周波数におけるそのリアクタンスと抵抗の間の比である。フェライトインダクタのＱファクタが低い場合、それは比較的高い抵抗を有し、従って、抵抗加熱に曝される。用途に応じて、フェライトの抵抗損失特性は望ましいこともあれば、望ましくないこともある。（電気構成要素を過渡的電磁波干渉信号から防ぐことに加えて）雑音除去を改善するためにフェライトビーズを使用するフェライトＣＩＴＥの設計は、フェライトＣＩＴＥを含む回路の特定の特性および遮断する周波数範囲も考慮に入れるべきである。異なるフェライト材料は、周波数に関して異なる特性を有する。当業者は、製造業者の文献が、その周波数範囲に対して最も効果的な材料を選択するのに有用であり得ることが分かるであろう。２つ以上の異なるフェライト組成から成るフェライト構造は、ＣＩＴＥの反射および吸収特性の両方を最適化するために利用され得ることに留意されたい。当業者に知られている２つ以上のフェライト成分を組み合わせる様々な方法がある。
【0120】
導電性インピーダンス変化素子（ＣＩＴＥ）の形状に関わらず、複数対のＣＩＴＥは、反射された過渡的電磁波干渉信号の減衰を高めるために使用され得ることに留意することが重要である。かかる複数対のインピーダンス変化素子は本発明の好ましい実施形態を構成する。インピーダンス変化素子は、良好な高電圧エンジニアリング方式と一致するように設計および形成されてアークの形成、コロナ放電、および電気的短絡を防ぐか、または最小限にすることにさらに留意されたい。これらの形状は、高電圧技術分野における当業者に周知である。
【0121】
導電性インピーダンス変化素子（ＣＩＴＥ）は、様々な方法で製造できる単純な物理構造である。これらの方法は、機械加工、鋳造、ダイカスト、射出成形、鍛造、スタンピング、ロストワックス鋳造、粉末冶金および焼結、３Ｄ積層造形、ウォータージェットを用いた型彫り、レーザーを用いた型彫りなど、ならびにこれらの方法の組合せを含むが、それらに制限されない。追加として、ＣＩＴＥは、外周に取り付けられたアンチコロナリングを備えたディスク、および中央に取り付けられたクランプ機構などの、構成要素部品から組み立てることができる。選択された特定の方法（複数可）は、当業者に対するルーチンであり、通常、所与の期間にわたって要求される装置数を作成するための最も費用効率の高い方法（複数可）、および製造業者にとって利用可能な製造プロセスに基づく。
【0122】
いくつかの実施態様では、ＣＩＴＥは、各々別々に製造される、上側および下側構成要素から組み立てられる。他の実施態様では、ＣＩＴＥは、縦方向部分品からを含む、他の方法で製造できる。図２２Ａおよび図２２Ｂは、２つの縦方向部分品からＣＩＴＥを組み立てる方法を例示する平面図である。図２２Ａは、ディスク形状の第１の区分８０５の前面図を示す。示される区分の前面は「その区分の平面」を画定する。第１の区分はディスクの外周から中央まで延在するスロット８０８を有する。スロット８０８の直径は、図に示されるように電力線８０４がスロット内に受け入れられるのを可能にするように設定される。取り外し可能なブラケット８１５は、区分８０５の中央でスロット８０８の内側端部内の下に配置して示されている。ブラケットは、ねじまたはボルトなどの、ねじ付き要素８１７、８１８を受け入れるための逃げ穴を含む。区分８０５キャブの背面は、その区分の平面と垂直に、横方向に延出するねじまたはボルトなどの締め具（図２２Ａに示されていない）を受け入れるための追加の締め付け要素（例えば、穴）を含む。
【0123】
図２２Ｂは、補完的なディスク形状の第２の区分８２０の背面図である。第２の区分８２０は、ＣＩＴＥを組み立てるために区分８０５に適合するように設計される。第２の区分８２０は、電力線８０４を受け入れるために区分８０５のスロット８０８と同様に成形されたスロット８２２を含む。上部区分のブラケット８１５に補完的な、ブラケット８２５が、スロット８２２の内側端部の上に示されている。ブラケット８２５は、第１の区分の補完的ブラケット８１５のねじ付き要素８１７、８１８を受け入れるように適合されたねじ穴８２７、８２８を含む。このように、第１の区分はブラケット８１５、８２５で第２の区分に固定されて電力線８０４の周囲へのぴったりした適合を形成できる。加えて、第２の区分の表面は、追加の締め付け要素を受け入れるためのねじ穴、例えば、８３１、８３２を含むことができる。このように、区分は、区分の平面において第１および第２の区分を締め付ける補完的ブラケット８１５、８２５により、追加として、第１および第２の区分を横の配向に沿って区分の平面に対して固定する追加の締め付け要素により、互いに固定できる。
【0124】
図２３に示される、別の実施形態では、ＣＩＴＥ ９００は、電力線９０４の直径よりも大きい直径を有する球体９０５の形状で形成される。これは、ＣＩＴＥの好ましい形ではないが、球体も、入射する危険なＥＭＩの反射を生じるインピーダンス不整合を提供する。
【0125】
さらに、本発明のＣＩＴＥは、既存の電力線上に固定する単純な構造から成る。それらはアクティブな電子回路を有しておらず、事実上、任意の動作シナリオ中に損傷または劣化され得るいかなる内部構成要素も含んでいない。
【0126】
その上、それらの物理的に単純な設計に応じて、インピーダンス変化素子は容易に量産できる。それに応じて、減衰共振器を形成する一対のＣＩＴＥに対するそれらの費用は、他のソリューションの費用のごく一部であり得る。さらに、ＣＩＴＥは通電状態の電力線上に容易に設置されるように設計できるので、設置時間および費用は、他の技術と比較して大幅に削減できる。その電力線を介した電力供給が中断されないので、その節約は特に重要であり得る。
【0127】
吸収要素
前述のＣＩＴＥ要素は、導電性であり、入射する危険なＥＭＩのエネルギーを吸収しない。図２～図８に示される実施形態では、入射ＥＭＩのエネルギーは電力線に沿って熱として散逸される。散逸率を高めて、電力線が要求される単位時間あたりに散逸するエネルギー量を削減するために、ＣＩＴＥ要素に関連して、またはＣＩＴＥ要素に追加して、１つ以上の吸収要素を電力線に取り付けることができる。吸収要素は、ＣＩＴＥと同様の方法で形成できるが、グラフェンなどの、抵抗または半抵抗（または半導電）材料から作られる。抵抗材料は入射する危険なＥＭＩからエネルギーを吸収して、電磁エネルギーを熱に変換するように設計される。このように生成された熱は、放射または伝導性冷却によって環境中に経時的に散逸する。１つ以上の吸収要素は、電力線に沿って規則的または不規則な間隔で追加できる。ＣＩＴＥのグループが一緒に組み立てられる、一例では、吸収要素は各組立体に追加できるか、または各組立体に隣接して配置できる。これは一例に過ぎず、当業者は、吸収要素は追加の熱放散能力を提供するそれらの目的に合致した様々な数および構成で追加できることを容易に理解できる。
前述のＣＩＴＥ要素は、導電性であり、入射する危険なＥＭＩのエネルギーを吸収しない。図２～図８に示される実施形態では、入射ＥＭＩのエネルギーは電力線に沿って熱として散逸される。散逸率を高めて、電力線が要求される単位時間あたりに散逸するエネルギー量を削減するために、ＣＩＴＥ要素に関連して、またはＣＩＴＥ要素に追加して、１つ以上の吸収要素を電力線に取り付けることができる。吸収要素は、ＣＩＴＥと同様の方法で形成できるが、グラフェンなどの、抵抗または半抵抗（または半導電）材料から作られる。抵抗材料は入射する危険なＥＭＩからエネルギーを吸収して、電磁エネルギーを熱に変換するように設計される。このように生成された熱は、放射または伝導性冷却によって環境中に経時的に散逸する。１つ以上の吸収要素は、電力線に沿って規則的または不規則な間隔で追加できる。ＣＩＴＥのグループが一緒に組み立てられる、一例では、吸収要素は各組立体に追加できるか、または各組立体に隣接して配置できる。これは一例に過ぎず、当業者は、吸収要素は追加の熱放散能力を提供するそれらの目的に合致した様々な数および構成で追加できることを容易に理解できる。
【0128】
吸収要素は、別個の、スタンドアロン要素にできるか、またはいくつかの実施形態では、吸収要素は、ＣＩＴＥ要素の一部として統合できる。別個および統合吸収要素の混合も使用できる。図２５Ａ～図２５Ｃは、ディスクの中央部分が異なる材料で作られるディスク要素を示す。図２５Ａでは、中央部分１０２５は、吸収要素として機能するグラフェンなどの抵抗または半導電材料から作られる。図２５Ｂでは、中央部分１０３５は、アルミニウムなどの金属から作られる。この実施形態は、図９～図１６を参照して前述されたＣＩＴＥと同様である。図２５Ｃは、中央部分１０４５が、入射する危険なＥＭＩの反射器および吸収装置の両方として機能できるフェライト系材料から作られる、ディスク要素を示す。
【0129】
統合されたＣＩＴＥ／吸収要素の別の実施形態が図２６Ａおよび図２６Ｂに示されている。この実施形態では、ＣＩＴＥ １１０５の一方の面は導電性中央部分１１１５を含み、ＣＩＴＥ １１１０の反対面は、その中央部分１１２０要素内に吸収材料（抵抗または半導電）を含む。ＣＩＴＥ組立体は、入射信号の不要な高周波数成分の最大抑制を達成するために、ＣＩＴＥのアレイ内（図８に示されるような）での、導電性、吸収性、およびフェライト系材料の様々な組合せから構成され得ることに留意されたい。
【0130】
地中電力ケーブルのためのインピーダンス不整合
前述の実施形態は、むき出しの、前述の地上電力線に関連する。特に大都市圏における、大量の電力線は、むき出しではなく、むしろ、地中を通っている。地中ケーブルにおいて、それらに取り付けられた電気および電子構成要素に対して保護を提供するために、インピーダンス不整合要素を提供することは有用であろう。図２７Ａおよび図２７Ｂはそれぞれ、本開示に従いインピーダンスにおいて周期的変化を有する同軸電力ケーブル１２００の軸方向断面図および縦方向断面図である。ケーブルは、１つ以上の導電線を有するコア１２０５、コアを取り囲む半導電層１２１０、導電シールド層１２１５、およびシールド層を取り囲む絶縁層１２２０を含む。図２７Ｂに示されるように、半導電層１１０は、インピーダンスにおける周期的変化（差動）に対応する成分における周期的変化を有する。例えば、区域１２３２および１２３４は、それぞれの隣接区域１２３３および１２３５と比較して高い抵抗を有する。
前述の実施形態は、むき出しの、前述の地上電力線に関連する。特に大都市圏における、大量の電力線は、むき出しではなく、むしろ、地中を通っている。地中ケーブルにおいて、それらに取り付けられた電気および電子構成要素に対して保護を提供するために、インピーダンス不整合要素を提供することは有用であろう。図２７Ａおよび図２７Ｂはそれぞれ、本開示に従いインピーダンスにおいて周期的変化を有する同軸電力ケーブル１２００の軸方向断面図および縦方向断面図である。ケーブルは、１つ以上の導電線を有するコア１２０５、コアを取り囲む半導電層１２１０、導電シールド層１２１５、およびシールド層を取り囲む絶縁層１２２０を含む。図２７Ｂに示されるように、半導電層１１０は、インピーダンスにおける周期的変化（差動）に対応する成分における周期的変化を有する。例えば、区域１２３２および１２３４は、それぞれの隣接区域１２３３および１２３５と比較して高い抵抗を有する。
【0131】
差動インピーダンスの隣接区域は、受信された危険なＥＭＩが、誘起信号が前述の地上電力線に沿ってＣＩＴＥ要素によって反射されるのと同様に反射される、インピーダンス不整合境界面を生じる。
【0132】
半導電層のインピーダンスにおける変化を達成するいくつかの方法があることに留意されたい。これらは、同軸型ケーブルの製造における当業者には明らかであるように、半導電層の組成の伝導率の変化、半導電層の厚さの変化、およびその他を含むが、それらに制限されない。
【0133】
当業者には明瞭であるように、本明細書で説明されるＣＩＴＥは、真空管装置などであるが、それに制限されない、公益企業が危険なＥＭＩを防ぐために使用する他の保護手段と併せて使用できる。
【0134】
クレームの範囲は、本明細書で説明される好ましい実施形態および例によって制限されるべきではなく、全体として記述された説明と一致する最も広い解釈を与えられるべきである。当業者には、本明細書の範囲に含まれる多くの考えられる変形例があることが明らかであろう。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18A】
【図18B】
【図18C】
【図19A】
【図19B】
【図20A】
【図20B】
【図21】
【図22A】
【図22B】
【図23】
【図24】
【図25A】
【図25B】
【図25C】
【図26A】
【図26B】
【図27A】
【図27B】
【図28A】
【図28B】