JP2001503193A

JP2001503193A - 高圧直流伝送システムの地中電極

Info

Publication number: JP2001503193A
Application number: JP10520341A
Authority: JP
Inventors: イオッセル，ユリ; カザロブ，グリゴリイ; コスキイ，ベイヨ; ポリアコブ，アレクセイ; ゲブハルト，ハイコ
Original assignee: エービービーパワーシステムズアクチボラゲット
Priority date: 1996-10-28
Filing date: 1997-08-07
Publication date: 2001-03-06
Also published as: WO1998019364A1; US6245989B1; EP0934612B1; EP0934612A1; DE69708139D1

Abstract

(57)【要約】地中電極は、高圧直流（ＨＶＤＣ）伝送システムの電極線（ＬＥ１）に接続される少なくとも１つの給電要素（１６１，１６２，１６３）を有する。地中電極は伝導媒体と電気的に接続していて、給電要素に間隔を空けて配置される少なくとも２つの電気的に不伝導の要素隔壁（８１ａ，８１ｂ）をさらに有する。これらの要素隔壁間に、給電要素の表面の能動部分（ＳＥ）が形成され、その能動部分が伝導媒体と電気的に接続する。要素隔壁は、給電要素の表面の前記能動部分の電流分布を均質化するように、給電要素の表面の能動部分から外側に向かって第１の伝導媒体方向へ十分な拡張部分を有している。

Description

【発明の詳細な説明】高圧直流伝送システムの地中電極技術分野本発明は、高圧直流（ＨＶＤＣ）伝送システムの接地用の地中電極に関する。背景技術、問題の説明ここで接地電極とは、ＨＶＤＣ伝送システムを有する電力ネットワークの電極線を、１本または複数本のフィーダケーブルを介して、土または海水等の伝導媒体へ接続するために使用する装置を意味する。通常、ＨＶＤＣ伝送システムのＤＣ電圧は５kVより高く、伝送電力は１０WMより大きい。交流（ＡＣ）伝送システムと比較した場合、ＨＶＤＣ伝送システムで必要な導線は２本だけである。これらの導線の少なくとも１つはオーバヘッド回線または高圧ケーブルである。バイポーラ伝送の場合は通常の動作状態の下では同じ種類の導体がさらに１本使用されるが、モノポーラ伝送では、接地（土または海水、あるいはその両方）が伝送直流の帰導線として使用される。しかし、バイポーラ伝送用のＨＶＤＣ伝送システムでも、不均衡電流を送信するためには接地電極が必要で、モノポーラモードでの操作では、ＨＶＤＣシステムが送信する全直流を送信するためには接地電極が必要である。接地電極は、陽極（つまり、伝導媒体へ電流を送る）または陰極（つまり、媒体から電流を受け取る）として動作できる。ＨＶＤＣシステムの接地場所により、接地電極は土の中または海水に接地される。接地電極を土の中に接地した場合は、通常、接地電極を海水に接地する場合に比べ、幾つかの利点がある。つまり、接地作業が比較的簡単で、保守及び修理時にはアクセスが簡単である。少なくとも通常の動作状態では、電極を土の中に接地した方が機械的な損傷に対し保護され、機械的な応力が変化しても通常は影響を受けない。また、人間または動物が電極に直接接触するという危険性も非常に少ない。この出願は、地中電極、つまり土の中に接地する接地電極に関する。地中電極は、１本また複数本のフィーダケーブルを通じ、ＨＶＤＣシステムの電極線から土へ（またはその逆方向へ）直流を流す。この場合、土は通常、伝導体であっても不均質な媒体と見なされる。ＨＶＤＣシステムに関する接地電極の一般的な説明については、E．Uhlmann:P ower Transmission by Direct Current，Springer Verlag １９７５，（特に２５５〜２７３ページ）などを参照すると良い。地中電極（電流及び抵抗に関する要件以外に）、電気的に安全で、動作信頼性が高く、長寿命が要求され、さらに、電極付近の土が乾燥する等、環境に対する悪影響を及ぼしてはいけない。接地電極の抵抗は小さくなければならない（通常は１オーム以下）。特に地中電極の場合、電極の付近の土の表面のステップ電圧（人間に危険性を与える）は、指定したレベルより低くなければならない。ステップ電圧Ｖｓは、式Ｖｓ＝（５＋０．０３＊ρｓ）ボルトに従って計算される（ここで、ρｓは電極の上の土の最小局所固有抵抗率(ohm＊ｍで表される)である）。従来の地中電極は、土と電気的に接触していて電流が流れる能動部分（以後、電極本体と呼ぶ）、以下に説明する電極本体の各構成要素の内部接続に使用される相互接続ケーブル、及び機械的保護動作を含めた機械的機能を実行する追加部品とを備えている。電極本体の表面の平均電流密度は、通常、数Ａ／m²を超えない。接地抵抗を十分に小さくするため、地中電極は通常は多数の副電極からなり、各副電極は独立した副電極フィーダケーブルから給電される。副電極は、通常はコークスの台で作成されるバックフィル（backfill）とバックフィルに埋め込まれた給電要素である能動副電極要素とからなる。給電要素は副電極のフィーダケーブルと電気的に接続していて、その表面にバックフィルと電気的に接続している能動部分がある。副電極にこのような給電要素が複数ある場合は、これらの要素は給電要素相互接続ケーブルによりお互いに接続されている。バックフィルは給電要素を取り囲み或る体積を占有し、土がそのバックフィルの周りを取り囲む。バックフィルの表面の能動部分は、土と電気的に接続している表面の部分である。通常、副電極は複数のセクションに分かれて配列され、各セクションには独立したセクションフィーダケーブル（電極線と電気的に接続している）から給電される。副電極の各セクションは複数のサブセクションで構成されていることがあり、この場合は、各サブセクションにはセクションフィーダケーブルと電気的に接続している独立したセクション内部接続ケーブルから給電される。副電極（sub-electrodes）は、輪郭線（ontour lines）に沿って配列されている。輪郭線は、セクションまたはサブセクションの副電極の軌跡である。セクションまたはサブセクションの副電極の輪郭線は、通常、円弧の形とすることができ、その場合は、セクションまたはサブセクション（あるいはその両方）の副電極を、電極(electrode)の輪郭線が円と一致するように配列することができる。図１は、両端に地中電極を備えたＨＶＤＣ伝送システムの代表的な電気構成図を図示したものである。交流（ＡＣ）電力ネットワークＮ１はサイリスタ変換装置ＳＲ１の交流側に接続された変圧器Ｔ１を介して接続され、交流電力ネットワークＮ２はサイリスタ変換装置ＳＲ２の交流側に接続された変圧器Ｔ２を介して接続されている。変換装置の直流側では、オーバーヘッド線ＬＯが対応する極のいずれかを接続し、接地帰線は２本の電極線（ＬＥ１，ＬＥ２）、同じ構造の２つの地中電極１５、およびこれら電極間の土（図示していない）とを有する。変換装置ＳＲ１の地中電極は複数の副電極１６で構成されていて、これらの各副電極はフィーダケーブル２９を介して電極線に接続されている。各副電極は複数の給電要素１６１，１６２，１６３を有していて、それぞれ、相互接続ケーブル２ ’，２”，２'''で相互接続されている。電極本体は、電極線に接続されているすべての副電極に含まれているすべての給電要素１６１，１６２，１６３で構成されている。図２Ａは、ＨＶＤＣ伝送システムの地中電極１５を上から見た場合の典型的なレイアウトを図示したものである。電極輪郭線は円形で、この電極には３本のセクションフィーダケーブル２９ａ，２９ｂ，２９ｃを介して電極線ＬＥ１から給電される。図２Ｂは電極の一部の側面図で、３つの直列に接続された棒状の給電要素１６１，１６２，１６３で構成され、長手方向が横方向に向けて示されている。各給電要素はコークスの形式のバックフィルの層１７０に埋め込まれていて、この層が土の表面１０の少し下の土の層２８に埋め込まれている。電極のすべての部分は、図２Ａに示されている部分と同じである。図２Ｃは、図２ＢのIIC −IICによる電極の断面図を示している。リングの直径は、通常は、１km程度である。給電要素の材質は、通常、ケイ素鉄または黒鉛である（陰極として動作する電極の場合は、軟鋼のこともある）。また、給電要素は、長手方向を縦方向に配列することもできる。これは図３Ａに図示されていて、図２Ａに図示した電極と同じリングの形の電極の側面図で、並列に接続された３つの棒状の給電要素１６１，１６２，１６３である。図３Ｂは、図３ＡのIII Ｂ−III Ｂによる副電極の断面図を示している。各給電要素はバックフィルの層に組み込まれていて、図２Ｂおよび２Ｃで説明のように配列されている。通常は、給電要素は棒状に製造されるが、これは、製造および装填を容易にするためである。図４Ａ〜図４Ｂは従来技術による給電要素を図示したもので、これらは、寿命を長くするように設計されている。図４Ａは両端が１０１および１０２である棒状の給電要素１６１を示したもので、フィーダケーブル２が端１０１に接続されている。給電端１０１では、給電要素の直径が大きくなり、さらに、不伝導の材質でできているスリーブ３により保護されている。この場合、給電要素の表面の能動部分Ｓは、このスリーブにより覆われた表面の合計部分を表面全体から除いた部分である。図４Ｂは図４Ａに示した副電極要素と同じものであるが、２本のフィーダケーブル２ａ，２ｂ（給電要素の端１０１，１０２のそれぞれに１つずつ）と各端にスリーブが１つずつ備わっている点が異なっている。通常、従来の地中電極では、同じ種類の給電要素と副電極が電極本体全体で使用されている。既知の地中電極では、以下の欠点が認められている。比較的高電流を流すＨＶＤＣ伝送システムの地中電極は、面積が大きくなることがある。陽極（anodes）として動作する時、給電要素、特にその両端は溶解しやすく、副電極のフィーダケーブル、場合によっては給電要素の相互接続ケーブルへの接続がその接続を構成する給電要素の部分が溶解することで最終的には切断することがある。コークスのバックフィルは電極動作中に劣化し（所謂コークス消耗）、接地抵抗が上昇し寿命が短くなる。電極が土中に埋設されて陽極として動作すると、通常、電極本体の表面近くの土の湿度は低下する。したがって、電極本体の表面の電流密度は、土の種類に依存するが、通常、０．５Ａ／m²〜１．５Ａ／m²の範囲に制限されていて、下限側の値は粘土層などの土に有効な値である。電流密度が高くなると土中で電気浸透作用が進み、その結果、土の湿度はさらに低下して土の固有電気抵抗率は上昇し、電極本体の表面の近くの土の特性は変化し、元に戻らなくなる。また、電極本体の隣接する部分における電流密度も上昇し、上記の現象が電極に沿って発生する可能性がある。大きな面積に渡って電極を延長すると、電極の各部分が埋設される土の層の物理的な特性が異なる可能性が高まる。ここで土の層とは、副電極が埋め込まれる大量の土の塊ことである。その結果、導電率が高い土の層の付近では、電気安全条例に違反する危険性がある。さらに、土の層の温度が局所的に上昇する可能性があり、電気浸透作用とあいまって、土を乾燥させる。給電要素の寿命を長くするために、上記の図４Ａ〜図４Ｂで説明したように、各種の改善方法が提案されている。したがって、フィーダケーブルの接続部分の近くの給電要素の直径を大きくすることが提案されている。また、給電要素の端に不伝導の材質で構成されるスリーブを設けることも提案されている。しかしこの方法では、溶解が発生する個所をスリーブの端に移すだけである。また、給電要素の各端に１つずつ、合計２つのフィーダ接続部分を使用する方法も提案されている。しかしこれらの方法では、設計が複雑になり高価になる割には、給電要素の寿命に対する効果は少ない。発明の要約本発明の目的は、導入部分で述べた種類の地中電極を提供することで、従来技術に関する上記の欠点を改良したもので、特に、給電要素の溶解率、電極の寿命と信頼性、及びそのサイズに関する改良である。本発明による地中電極は、少なくとも１つの給電要素を備えたもので、次の点を特徴とする。この地中電極は、給電要素に沿って間隔を空けて設けた少なくとも２つの電気的に不伝導の要素隔壁を有し、その間に、給電要素の表面の能動部分を設ける。この能動部分は、コークスまたは土等の第１の伝導媒体と電気的に接触する。この要素隔壁は、給電要素の表面の能動部分から外側へ向かって媒体内へ延びる十分な拡張部分を有する。これらの要素隔壁は、給電要素の電流線に対する隔壁である。電流線は、要素隔壁の表面の近くにおいて、これらの表面に沿った向きとなるため、要素隔壁は給電要素の表面の能動部分の電流分布を均質化する。上記の電流線は、すべての点において、その点の電流密度ベクトルが電流線に対し接線状態になるような線のことである。本発明の利点と改良点は、以下の説明と請求項により明らかになる。図面の簡単な説明図１は、ＨＶＤＣ伝送システムの典型的な電気構成を図示したものであり、図２ＡはＨＶＤＣ伝送システムの従来技術による地中電極を上部から見た場合の典型的なレイアウトを図示したものであり、図２Ｂは図２Ａによる電極の部分の側面図を示したものであり、図２Ｃは図２Ｂによる電極の部分の断面図を示したものであり、図３Ａは従来技術の地中電極の別の実施例の部分の側面図を図示したものであり、図３Ｂは図３Ａによる電極の副電極の断面図であり、図４Ａ〜図４Ｂは従来技術の給電要素を示したものであり、図５は地中電極で使用する副電極の従来技術による典型的な設計を示したものであり、図６Ａは陽極動作における図５の給電要素に沿った電流分布を示したものであり、図６Ｂは陰極動作における図５の給電要素に沿った電流分布を示したものであり、図７Ａは陽極動作における図５の副電極のコークスバックフィルの陽極溶解と副電極の給電要素溶解を図示したものであり、図７Ｂは陰極動作における図５の副電極のコークスバックフィルの陽極溶解を図示したものであり、図８Ａは本発明による副電極の側面図を図示したものであり、図８Ｂは図８Ａによる副電極の斜視図であり、図８Ｃはバックフィルに関する本発明の別の実施例を示したものであり、図８Ｄはバックフィルに関する本発明のさらに別の実施例を示したものであり、図８Ｅは給電要素に関する本発明の発展例を示したものであり、図８Ｆ〜図８Ｇは図８Ｅによる本発明の発展例の詳細を示したものであり、図８Ｈは給電要素に関する本発明の別の発展例を示したものであり、図９はシリンダ形状の給電要素の電流分布に関する図８Ａから８Ｂによる不伝導の要素隔壁の効果を示したものであり、図１０は本発明による要素隔壁を備えたシリンダ形状の給電要素を図示したものであり、図１１は本発明の発展例による地中電極の典型的なレイアウトの斜視図であり、図１２は図１１に図示した地中電極と同じ構造の地中電極を本発明及びその発展例により配置したものの斜視図であり、図１３は本発明の発展例による調整抵抗の配置を図示したものであり、図１４は従来技術の地中電極の別の実施例の主要なレイアウトを図示したものであり、図１５Ａは図１４に示したタイプと同じタイプの電極であり、本発明及びその発展例による電極の部分の主要なレイアウトを図示したものであり、図１５Ｂはお互いに直列に接続された各種直径の給電要素を示したものであり、図１６は図１４に示したタイプと同じタイプの電極に関する、本発明の発展例による調整抵抗の配置の主要なレイアウトを図示したものである。選好実施例の説明以下に説明する本発明及び本発明の発展例による地中電極は、土の特性等の設置場所の条件を考慮して、寿命及び信頼性に関し設計している。設計手順は、給電要素、副電極、副電極のセクション及びサブセクション、及び電極の輪郭線に関する以下のステップで構成されている。本発明及びこのようなステップを可能にする本発明の発展例の特徴は、以下に、ステップの説明順序と同じ順序で説明する。長寿命で高信頼性の電極を達成するためには、最初のステップは、これらの目的について副電極を設計する必要がある。均質な土では、電極の輪郭線が円に一致していて、その輪郭線に沿って副電極が等しい中間距離で分散していると、輪郭線に沿って均質に電流が分散される。つまり、電極の輪郭線の円周の一定長さ単位当りについて土に流れる電流は、円周のどの部分でも同じである。したがって、通常、次のステップは、円形の輪郭線の付近で土を均質なものと見なせるように、電極のサイズを小さくすることである。そのようなサイズ及び電極の設置場所が見つからない場合、つまり、電極を均質でない土に設置しなければならない場合は、以下のステップを、できれば説明の順序に従って、実施しなければならないことがある。輪郭線を円弧の形状にし、副電極間の中間距離を異なった長さにして、副電極をセクションまたはサブセクション（あるいはその両方）に分けて配置する。副電極は縦でも、縦と横の組合せでもよい。輪郭線を円形でない形にし、副電極のセクションまたはサブセクション（あるいはその両方）を配置する。副電極のセクションまたはサブセクション（あるいはその両方）間の電流の分布を制御する。閉じた曲線の形にならない輪郭線（例えば、１つまたは複数の円弧）を副電極を含まない区域で散在させて、電極を設計する。寿命及び信頼性に関する副電極の設計バックフィル及び給電要素の表面の電流分布が通常は非常に不均質であること、つまり、電流密度の最大値がこれらの表面の平均値を大きく超えること、及びこの不均質な電流分布が従来技術の地中電極について上で述べた弱点の主な理由であることが分かっている。電極本体の実際の電流密度の分布は、副電極（及び、場合によっては、副電極のセクション及びサブセクション）間の電流分布及び各副電極内の電流分布により異なる。副電極内の電流分布は、通常、その設計によってのみ決まる。それは、そのサイズが理由で、各個別副電極の付近の土の層が均質と見なされているからである。図５は、地中電極に使用される従来の副電極の一般的な設計を図示したものである。シリンダ状の給電要素１６１は、同様にシリンダ形状で指定された特性のコークスであるバックフィル１７０に埋め込まれている。給電要素には、フィーダケーブル２から給電される。副電極は、地中では横方向でも縦方向でも配置できる。図２Ｂ〜図２Ｃ及び図３Ａ〜図３Ｂに図示するように、バックフィルも断面は長方形で構わない。土の電気伝導率は、通常、給電要素及びバックフィルの材料の伝導率よりはるかに低い。従来の設計による地中電極の場合は、給電要素１６１の表面及びバックフィル１７０の外側の面における電流分布は、通常、一定であると見なされている。つまり、給電要素の表面の電流密度ｊ１はｊ１＝Ｉ_SE／ＳＥとして計算され、バックフィルの外側の面の電流密度ｊ２はｊ２＝Ｉ_SE／ＳＳとして計算されている。ここで、ＩＳＥは副電極により流される電流で、ＳＥ及びＳＳは給電要素の表面及びバックフィルの表面のそれぞれの能動部分の面積である。しかし、実際には、これら両方の電流密度は各表面ごとに著しく異なっていることが分かっている。例えば、直径が１．２ｍのバックフィルで抵抗率が１０Ω＊ｍの土に設置されていて長さが３．５ｍの拡張線の場合、両端（図ではＡとＡ’で表されている）のバックフィルの円周の最大電流密度は、中間地点（図ではＢで示されている）のバックフィルの円周の最小電流密度の約３倍である。図６Ａは、陽極として動作している地中電極の給電要素１６１（図５で説明した種類の）の表面における正規化された局所電流密度Ｊ／Javgの計算値を縦軸に示している。給電要素の長さは２Ｌで、Ｊは給電要素の中間点からの相対距離Ｘ／Ｌの実際の電流密度で、Javgは電極の電流密度の平均値である。横軸は、正を図の右側にした場合の相対距離Ｘ／Ｌを示している。具体的な例では、シリンダの長さは１ｍで直径が３cmあり、電気抵抗率が５０ohm＊ｍの土に埋め込まれているものと想定する。図６Ｂは、Ｘ／Ｌの正及び負の値については図６Ａと同じものを表しているが、陰極として動作している地中電極について計算されたものである。この計算は、具体的な陰極性抵抗率ｂ_c＝０．２Ω＊m²を基に計算されたものである。この値は、土に埋められたケイ素鉄製の給電要素の代表的な値である。図６Ａ〜図６Ｂを見ると、正規化された電流密度が給電要素の両端付近で急激に上昇していることが分かる。これは、陽極として動作している地中電極について特に顕著である。バックフィル及び給電要素に使用されている材料の溶解速度は、通常、電流密度が上昇すると速くなる。また、副電極付近の電気浸透作用の速度及び土の乾燥速度も、電気密度が高くなると速くなる。したがって、副電極及びその付近において、様々な劣化作用が発生する。陽極として動作する電極における劣化作用陽極として動作している電極については、以下の現象が見られる。それらは、バックフィルの縁におけるコークスの消耗、給電要素とその両端の溶解、及びバックフィルの縁の付近における土中の電気浸透作用などである。通常は陽極として動作する電極がＨＶＤＣ伝送システムの操作の変化により、陰極として動作する場合（所謂反転操作と呼ばれる）、給電要素の両端においてその材料が失われ、コークス及び地中の水分により置き換えられることがある。このような場合、コークスの消耗は給電要素の両端において急速に進む。図７Ａは、従来技術の副電極における上記の劣化現象を示したものである。この副電極は陽極として動作している図５で説明した副電極と同じである。給電要素１６１の両端は参照番号１０１と１０２で示されていて、バックフィルの両端は１０３と１０４で示されている。バックフィルは、土の層２８に埋め込まれている。電流密度が高まると一般的に溶解速度も速くなるため、両端１０１，１０２における電流密度が高くなると給電要素は図に示されているように、その両端から溶解が始まる。最終的には、フィーダケーブル２と給電要素との電気的な接続が切断されることになる。コークスの溶解は、バックフィルと周りを取り囲む土の層２８の間の境界で発生する。コークスが溶解することでできるポケットＰ３は、両端から始まって中央方向に向け、バックフィルを取り囲む部分で大きくなる。コークスのバックフィルに組み込まれているケイ素鉄製の給電要素の場合、コークスの消耗率は通常は０．１kg／Ａ＊yearである。図７Ａは、電気浸透作用の結果土が乾燥して生じた区域Ｐ４，Ｐ５も示している（これらは、これらの区域の電流密度が上昇することで起こる）。また、上記で説明した電気浸透作用の結果、土の乾燥が過度に進む確率は電流密度が高い区域が最も高い。電極は動作中に、通常は、電極本体の表面付近の土の湿度を下げる。したがって、電極本体の表面の許容電流密度は、土のタイプに依存し、通常は０．５Ａ／m²〜１．５Ａ／m²の範囲に制限されている（ここで、下限の値は粘土等の土に該当する）。電流密度が高いと土の中で電気浸透作用が発生し、その結果、土の湿度が極端に下がり、土の固有抵抗率が極端に上昇する。この作用が起こると土の温度はさらに上昇し、通常は、電極本体の表面付近の土の特性が変わり、元に戻らなくなる。その結果、このような作用にさらされている土中の電極本体の該当する部分の表面に不伝導の薄膜が形成され、電極表面のその部分が土との接触を絶たれる。したがって、その表面に隣接する部分の電流密度も高まり、この作用は電極本体の表面上の局所電流密度の上昇を無制限に引き起こすことにもなる。陰極として動作する電極における劣化作用陰極として動作する電極については、以下の現象が見られる。それらは、給電要素の両端におけるコークスの消耗及び電極材質に、異物として水素イオンが入り込むことである。通常は陰極として動作している電極がＨＶＤＣ伝送システムの操作の変化により陽極として動作する場合、通常の陽極動作について上記で説明した現象が見られる。この場合、ケイ素鉄等で製造された給電要素の陽極動作中に、給電要素の表面に保護膜が形成され、給電要素の溶解速度が低下する点に注意すべきである。このような膜は、陰極動作中に破壊される。したがって、通常は陽極として動作している電極がその操作モードを一時的に陰極動作に変更した場合、その給電要素が陽極操作に戻った場合は、当初は、通常の陽極動作に比べ溶解速度が速い。溶解速度が速いというこの現象は、膜が再生されるまで続く。これは、通常は月単位の時間が必要になることがある。図７Ｂは、従来技術の副電極に関する上記劣化現象を示したもので、この副電極は図５に関して説明した副電極と同じで、陰極として動作している。給電要素１６１の両端は参照番号１０１及び１０２で示されている。陽極として溶解されたコークスのポケットＰ１，Ｐ２は、給電要素の表面の近くに形成され、溶解はその両端から始まる。これらのは、電極の操作時に給電要素の表面に沿って拡大する。地中電極が陰極として動作する時に発生する給電要素の両端近くでコークスが急速に溶解する現象を、以下に説明する。操作の初期段階では、コークスの粒子はお互いに直接接触しているため、電気的に電流の伝導経路となる。しかし、コークスの粒子間の接触域は小さいため、接触区域の電流密度が上昇し、接触面の温度が急激に上昇することになる。その結果、コークスは粒子接触点において燃焼し始め、地中の水及び灰が流れ込む結果、粒子間のスペースはイオン伝導率を帯びた電解質で満たされる。イオンで伝導媒体に変化するため、コークスの消耗はさらに加速される。陰極として動作する電極は給電要素の材料に異物として水素イオンが入り込むことでも劣化する可能性があり、これにより、機械的な整合性が悪影響を受ける。また、このような作用は、電流密度が高くなると速くなる。このように、電流密度が高い区域（つまり、両端の端のバックフィルの円周付近及び給電要素の両端の付近）は、電流密度が低い区域（つまり、給電要素及びバックフィルの中央に位置する区域）に比べ、コークスだけでなく給電要素の材質も極めて急速に溶解する。給電要素に関する本発明の特徴本発明による地中電極は、少なくとも１つの給電要素を有し、以下の点を特徴とする。つまり、給電要素に沿って間隔を空けて設けられている少なくとも２つの電気的に不伝導の要素隔壁をさらに有し、それらの隔壁間に給電要素の表面の能動部分が形成される。この能動部分は、コークスまたは土等の第１の伝導媒体と電気的に接触している。要素隔壁は、給電要素の表面の前記能動部分から外側に向かって媒体内に入り込む十分な拡張部分を持っている。以下で詳細に説明するように、要素隔壁は給電要素の電流線に対する隔壁の役目を果たす。要素隔壁の表面付近では、電流線はこれらの表面に沿った向きであるため、要素隔壁は給電要素の表面の能動部分における電流分布を均質にする。上記で説明したように、電流線は、電流線のすべての点においてその点の電流密度ベクトルが電流線に接している線である。図８Ａは、図５で説明した副電極の側面図を図示したものである。図８Ａで図示した本発明の実施例では、副電極は図５で説明した副電極と対照的に、電気的に不伝導の２つの要素隔壁８１ａ，８１ｂを有している。これらは、給電要素の各端１０１，１０２にそれぞれ１つずつ存在する。これらの要素隔壁は、電極の寿命期間中は不伝導の特性を維持するように選択された不伝導材質で製造される。例えば、ある種のゴムまたはポリエチレンやポリプロピレン等のプラスティックの性質を備えたものである。図８Ａに示されている実施例ではこれらの隔壁は円形のディスクの形状で、その面が要素の長さの方向とほぼ垂直になるような方向に、給電要素のエンベロープ表面から突き出ている。この場合、給電要素の表面の能動部分ＳＥは境界線ＢＬ’，ＢＬ”でその範囲が定められる。この境界線ＢＬ’，ＢＬ”は、それを境に給電要素のエンベロープ表面が各要素隔壁と接する境界の線である。図８Ｂは、図８Ａによる副電極の斜視図である。図６Ａ及び６Ｂですでに説明したように、シリンダ状の給電要素の正規化された電流密度は、給電要素の両端付近で急上昇する（これは、特に陽極として動作する地中電極で顕著である）。図８Ａ〜図８Ｂで説明したように、給電要素が本発明による２つの不伝導の要素隔壁を備えているものと想定し、これらの隔壁の均質化効果を図９に示してある。図９は、横軸に、給電要素の縦の長さが２Ｌに等しく、正の方向を図の右側にした場合の相対距離Ｘ／Ｌを示し、縦軸に、比Ｊ（ｘ）／Javgを示してある。ここでＪ（ｘ）は図８Ａと図８Ｂによる給電要素の中間点からの相対距離Ｘ／Ｌの実際の電流密度で、Javgは給電要素の電流密度の平均値である。隔壁の半径は給電要素のエンベロープ表面から距離ｈだけ外側に隔壁の周辺がはみ出るような値であり、給電要素は電気抵抗率５０ohm＊ｍの土に埋めるものと想定している。給電要素を土に埋めるという想定は、通常の場合の様に、給電要素をコークスに埋める時より状況は悪い。しかし、給電要素の一部が土と接触する可能性があるのは、図７Ａに関し上記で説明したコークスの消耗作用の結果である。図は、比ｈ／Ｌ＝０．１（実線）、比ｈ／Ｌ＝０．３（点線）、比ｈ／Ｌ＝０．５（鎖線）及び比ｈ／Ｌ＝０．７（１点鎖線）の要素隔壁の均質化効果を示したものである。図から分かるように、比ｈ／１＝０．５の場合はすでに、給電要素の表面上の任意の点における最大電流密度は平均電流密度より約１２〜１４％高いだけで、これは実際的な目的では十分な値である。給電要素の表面の能動部分に沿った電流密度に対する隔壁の効果は、このように、電流密度を均質化することである。上記から分かるように、これらの要素隔壁により達成される電流分布の均質化効果は、給電要素に関する高局所電流密度に関連する上記の悪影響を緩和する。これらの悪影響には、給電要素の両端付近におけるコークスのバックフィルの溶解が進むこと、異物としての水素イオンが電極材質に入り込むこと（陰極動作の場合）、及び給電要素がその両端で溶解すること（陽極動作の場合）等がある。バックフィルに関する本発明の発展例の特徴本発明の好都合な発展例によれば、その表面の能動部分が第２の伝導媒体（つまり土等）と電気的に接続している副電極には、少なくとも２つの電気的に不伝導の副電極隔壁が備わっている。これらの隔壁は、副電極に沿って間隔を置いて並べられ、その表面の能動部分から外側に向かって第２の媒体内に入り込む十分な拡張部分を持っている。これは、図８Ａ及び８Ｂにも図示されている。これらの図では、図８Ａ〜図８Ｂで示されている実施例で副電極には２つの電気的に不伝導の副電極隔壁８２ａ，８２ｂが設けられていて、副電極の各端１０３，１０４にそれぞれ１つずつ隔壁が設けられている。副電極の隔壁８２ａ，８２ｂは不伝導の材質で作られていて、電極の寿命期間中に不伝導の特性を維持するように選択される。例えば、ゴムまたはポリエチレンやポリプロピレン等のプラスティックの性質を持ったものである。これらの隔壁は図８Ａ〜図８Ｂに示された実施例では、円形状のディスクで、副電極のエンベロープ表面からその面がシリンダ状の副電極の縦方向とほぼ直角になるような方向に突き出ている。この場合、バックフィルの表面の能動部分ＳＳは境界線ＢＬ'''，ＢＬ''''で範囲を定められていて、この境界線に沿ってバックフィルのエンベロープ表面が各副電極の隔壁と隣接している。したがって、本発明による要素隔壁が設けられた給電要素では、給電要素の能動面に沿ってより均質化された電流分布が得られる。給電要素の局所の高電流密度の悪影響（給電要素の低利用率及び素材の局所溶解の拡大）は極端に緩和される。要素隔壁の機能に関する上記の説明から分かるように、副電極隔壁８２は副電極の表面の能動部分の電流分布に同じような均質化効果をもたらす。表面のその部分に対する局所的な高電流密度の悪影響（バックフィルとその回りの土の間の境界におけるバックフィルの局所的な溶解の拡大、土の局所的な加熱及び電気浸透作用の結果として土が乾燥する危険の増大）は、極端に緩和される。バックフィルに関する本発明の別の実施例を図８Ｃに示してある。この場合、副電極の隔壁８２ａ，８２ｂは、バックフィル１７０の元の直径とほぼ同じ直径（つまり、断面図の面積が同じ）である。副電極が動作を開始すると、図７Ａで説明した劣化作用が始まり、特に、境界線ＢＬ'''とＢＬ''''においてコークスの溶解が発生するが、これは図７ＡのポケットP3に対応する。上記の説明から分かるように、この作用が発生している時に、副電極の隔壁の均質化効果は、副電極の能動部分の電流分布に徐々に影響を与え、副電極の表面の能動部分の電流分布をより均質化する。最終的には、均衡状態に達し、ここで、バックフィルの両端１０３，１０４で、副電極の隔壁の直径が未溶解のコークスを含んだバックフィルの直径より大きくなり、また、図８Ｃの鎖線で示した未溶解のコークスの表面が副電極隔壁の面と鋭角を成す。劣化作用は終わるかまたは非常に低速になり、副電極隔壁の効果は図８Ａ〜図８Ｂで説明した効果と同じになる。この別の実施例では、副電極を土の層２８（図では示されていない）に簡単に埋め込むことができる。ただし、副電極隔壁の効果が十分に発揮される前に、コークスの一部は溶解する可能性がある。図８Ｃで説明した実施例は、砂の土等の浸透速度が遅い土の層では有利である。粘土等の他の土の場合、図８Ｄで示した本発明の実施例は、副電極が埋め込まれた土の層における電気浸透作用に関し好都合である。図８Ｄは、図８Ａで説明した種類と同じ種類の副電極を示しているが（フィーダケーブル２は示されていない）、本発明のこの実施例では、バックフィルはコークスで構成される第１のバックフィル層１７０を有している。このバックフィル層１７０は、砂等の低電気浸透速度の材料で構成される第２の伝導バックフィル層１７１で囲まれている。要素隔壁８１ａ，８１ｂの直径はＤｅで示されていて、第１のバックフィル層１７０の直径はＤｂで示されている（ここで、ＤｂはＤｅより大きい）。第２のバックフィル層１７１の内径はＤｂに等しく、第２のバックフィル層１７１の外径Ｄｓで示されている。副電極の隔壁は、第１のバックフィル層の表面の能動部分ＳＳから外側に向かって、第２のバックフィル層の方向へ、十分な拡張部分を持っている。この例では、副電極の隔壁８２ａ，８２ｂの直径は、第２のバックフィル層の直径Ｄｓと等しい。第２のバックフィル層１７１では、図７Ａで説明した区域Ｐ４及びＰ５等の土が乾燥した区域が作成される危険性は回避されるかまたは極端に低下する。第２のバックフィル層における塩素の発生を抑えるため、既知の適切な化学成分をこのバックフィル層に追加できる。バックフィル層の断面図または隔壁の形（あるいはその両方）が円形でない場合については、各断面図の面積は上記の直径で説明したように、お互いに関連付けられる。電気化学の観点からは、第１のバックフィル層と給電要素間の電気的接触（つまり、接触圧力）は、電極の寿命期間中維持することが重要である。特に給電要素の両端部分（つまり、図８Ａ〜図８Ｄで示されている境界線ＢＬ’及びＢＬ” で）この接触圧力を維持するために、要素隔壁８１ａ及び８１ｂは、できれば、それらが柔軟になるような材質で製造し、給電要素から反対側にある第１のバックフィル層の部分からの圧力が要素隔壁の周辺部分を給電要素の方向へ曲げるようにする。給電要素をその長さの軸が垂直方向になるように配置することで、少なくとも上部の要素隔壁（図８Ａ〜図８Ｄの要素隔壁８１ａ）をそのような材質で作成すれば十分である。給電要素に関する本発明の発展例を、図８Ｅに示してある。図８Ｄによる実施例の説明は、図８Ｅによる発明の発展例にも有効であり、同じ部分は同じ参照番号で示してある。図８Ｅによる実施例は、図８Ｄによる実施例と次の点で異なっている。要素隔壁８１ａは長さ方向に給電要素１６１に沿って移動可能なように配置され、その結果、給電要素をその長さ軸を縦方向に配置すると、要素隔壁は要素隔壁の下にある第１のバックフィル層の部分に圧力をかける。さらに、移動可能な要素隔壁の上にある第１のバックフィル層の該当する部分による圧力を大きくするために、要素隔壁には上部重し１２０が備わっている。別の上部重し１２１も、副電極隔壁８２ａの上に置かれている。この配列では、副電極内または周囲の土の層２８（図示されていない）（あるいはその両方）で沈殿物が発生する場合も考慮し、第１のバックフィル層と給電要素間及び第１のバックフィル層と第２のバックフィル層間の接触圧力と電気的接触を維持することが可能である。図８Ｅに示されている実施例の給電要素は副電極隔壁８２ｂの側に寄っているが、これにより要素隔壁の片方（図８Ｄの要素隔壁８１ｂ）を設ける必要がなくなり、副電極隔壁８２ｂをすべての実際的な目的に役立て、要素隔壁としても使用している。給電要素が上記で説明した沈殿物等により破壊される危険性を少なくするため、給電要素の底部の組立て部品１３０を副電極隔壁８２ｂに配置してある。この底部の組立て部品は、一体型（図示されているように）かまたは副電極隔壁に固定されているカップ形部品１３０ａと給電要素に固定されているディスク形部材１３０ｂとを有している。カップ形メンバの中に入りその底の上に置かれるディスク形部材の断面積は、給電要素の長さ軸に直角の方向で副電極隔壁と給電要素間で底部の組立て部品の相対的移動が可能な広さである。上部重し１２０と要素隔壁８１ａの実施例の詳細を、図８Ｆと８Ｇに図示してある。図８Ｆは、リム８１ａａが備わった要素隔壁８１ａの斜視図である。上部重し１２０は厚い大きな板で、鋼で外装を施したコンクリート等で作る。図８Ｇは、上部重しの中の給電要素の縦軸、図８Ｆの要素隔壁、及び給電要素１６１の端１０１の断面図である。要素隔壁は、給電要素の表面の能動部分に面したディスク形の部品８１ａｂと隔壁のハブの役目を果たすシリンダ形の部品８１ａｃとを有している。給電要素の端には、図４Ａ〜図４Ｂで説明したように、不伝導材質の保護スリーブ３が備わっている。給電要素の表面の能動部分の境界線ＢＬ’ は、要素隔壁のディスク形部品８１ａｂの内部（可動）の端に存在する。図８Ｅの可動要素隔壁は、図８Ｄで説明した副電極の実施例の発展例として図示されているが、可動要素隔壁の概念は図８Ａ〜図８Ｃで説明した本発明の実施例にも適用できることは明らかである。上部重しのコンクリートに流れ込む電流により鋼の外装が腐食するのを防ぐために、表面全体を不伝導の材質でコーティングすることが望ましい。給電要素は、ケイ素鉄、黒鉛、または磁鉄鉱等の壊れやすい材質で作られることがある。給電要素に関する本発明の発展例を図８Ｈに示す。この図は、副電極の斜視及び切断図である。該当する個所では、図５による実施例の説明は図８Ｈによる本発明の発展例にも適用され、同じ部品が同じ参照番号で示されている。図８Ｈによる実施例は図５による実施例と、以下の点で異なっている。２つの要素隔壁８１ａ及び８１ｂ以外に、これら２つの要素隔壁と類似した第３の要素隔壁８１ｃが前記２つの要素隔壁間に存在する。本発明の発展例では、鋼等のシリンダ状の金属管１４０が給電要素を取り囲み、２つの端にある隔壁８１ａ，８１ｂと共に、給電要素が含まれた閉じた容器を形成している。この容器は、コークス等のバックフィル１７０で満たされている。このように、力学的に強いパッケージを作れば、地中にも簡単に埋め込むことができる。図８Ｈによる構成では、電極における電流分布に関する隔壁の均質化効果は、図８Ａ〜図８Ｂと図９で説明した効果と同じか、または少なくとも一時的にはさらに良くなる。副電極を動作させると、この構成はシリンダ状のコンデンサとして働くため、給電要素の電流分布は最初の内はほとんど同じである。時間がたつと、金属管は金属管で電流密度が最も高い隔壁８１ａ及び８１ｂに最も近い部分から、次第に溶解する。移行段階では、金属管の残りの部分の両端は隔壁８１ａ，８１ｂに接触しなくなるが、給電要素を取り囲んでいる残りの部分は給電要素の電流分布の均質化には役立っている。これは、残りの部分の固有抵抗率がバックフィルの固有抵抗率より低いからである。最終的には、金属管は完全に溶解し、隔壁は図８Ａ〜図８Ｂ及び図９で説明したように電流分布に影響を与える。給電要素に関する本発明の別の実施例場合によっては、特に、給電要素が長い場合等は、給電要素に沿って間隔を空けて複数の要素隔壁を設けることで、所望の均質化効果が得られることがある。上記で説明した効果と同じ効果が、２Ｌの間隔でシリンダに沿って設けられ、かつ、高さ比がｈ／Ｈである隣接する２つの要素隔壁間の給電要素の各部分で達成される。調査の結果、隣接する隔壁ペア間の距離を異なった距離にすることで、給電要素全体で最適な均質化効果は達成されることが分かっている。実質上は、様々な寸法の要素隔壁及び給電要素でも、同じ均質化効果が得られる。したがって、図８で説明した要素隔壁は円形のディスクの形である必要はなく、長方形や二次曲線による形の板であっても構わない。また、例えば、シリンダ状の給電要素の場合は、均質化効果が望まれる給電要素の部分では、要素隔壁の表面は中高（convex）であっても構わない。しかし、達成される均質化効果は、給電要素の表面の能動部分と実質上直角である板の上の要素隔壁の面積及び要素隔壁の形により異なる。図１０は、２つの要素隔壁８１ａ，８１ｂが備わったシリンダ状の給電要素１６１を示したもので、要素隔壁は給電要素の各端１０１，１０２に１つずつ設けられている。要素隔壁装填を容易にするため及び装填位置を力学的にサポートするため、各要素隔壁は隔壁の材質と同じ材質のスリーブ３ａ，３ｂをそれぞれ持っている。装填位置では、これらのスリーブは給電要素の終端部分を覆っている。給電要素の表面の能動部分は、スリーブ及び要素隔壁により覆われていない表面部分である。この場合、給電要素の表面の能動部分Ｓの境界線ＢＬ’，ＢＬ” は、給電要素のエンベロープ表面が各スリーブと隣接する線（つまり、表面の能動部分に面しているスリーブの縁）である。理論的には要素隔壁は、できれば、これらの境界線に設ける方が良いが、実際には、電流分布に関する十分に均質化された効果は隔壁が給電要素の長手方向に沿ってこれらの境界線からずれていても得られる（例えば、上記の力学的な設計理由により）。しかし、上記の境界線からの要素隔壁のずれは、できれば、表面の能動部分に垂直な板の要素隔壁の面積に対し小さくする。これにより、要素隔壁はこれらの境界線上またはそれに近く設けられる。「近く」と云う表現は、要素隔壁の所望の均質化効果が得られる近さと言うことである。また、理論的には、給電要素の少なくとも表面上の要素隔壁は、要素隔壁の表面の能動部分に対しほぼ垂直の方向に突き出ている方が望ましい。しかし、実際上は、本発明の実施例も、均質化効果を希望する給電要素の部分へ要素隔壁が中高面を持っている時などは、給電要素の表面の能動部分にほぼ垂直な板の上に突き出た要素隔壁の面積が十分に大きければ、所望の均質化効果を得られるように設計できる。同じ考慮事項は必要な変更を加えて、副電極隔壁にも適用できる。均質な土におけるサイズに関する電極の設計副電極間（及び副電極のセクションおよびサブセクション間）の電流分布は、電極の輪郭線の形により影響を受ける。電極が電気的に均質な土に埋め込まれる理想的な状況では、電極の輪郭線が円に一致する時だけこの電流分布は均質になる。上記で説明したように、円形の輪郭線の付近で土が均質であると見なせるように電極のサイズを小さくするように心掛けた方が望ましい。この場合、土の中の電流密度は、その設置現場に規定された一定の値を超えないように考慮する必要がある。しかし、表面で局所的な高電流密度を示す他の副電極と比べ、上記の本発明及びその発展例による副電極では、その表面の能動部分の電流密度が希望する程度まで均質化されるように、２つ以上の円の形の輪郭線を含み、さらに、副電極（及びセクション及びサブセクションの副電極）及び輪郭線がお互いにより近くになるように設計することが可能である。３つの同心円の形（知られている限りでは行われたことがない）の輪郭線を持つように電極を設計することも可能であることが、調査の結果分かっている。不均質な土におけるサイズとセクション間で所望の電流分布を持つ電極の設計副電極（及び副電極のセクション及びサブセクション間）の電流分布は、電極の能動部分の表面を取り囲む土の電気、熱、及び水分パラメータが電極によりどのように変わるかに大きく依存している。したがって、非常に不均質である場合、つまり、電極の拡張部分が非常に異なったパラメータ値の土の層に存在する場合は、副電極（場合によっては副電極のセクション及びサブセクション）をこれらの様々なパラメータ値を考慮に入れて設計し、動作させる必要がある。これにより、通常は、各土の層の許容電流密度の最大値を使用し、各土の層における所望の電流密度を得ることができる。従来技術による地中電極を分析した結果、通常は電極本体のすべてについて同じタイプの副電極が使用され、また、電極の輪郭線の全長でその中間距離が変わっていないことが分かっている。上記のパラメータの変化を考慮に入れれば、変化する確率は輪郭線が長くなればなるほど大きくなるにもかかわらず、このような設計を採用すると所望の最適電流密度を得ることはできない。したがって、このような場合、様々な特性を持った土の層の実際の拡張部分に従って、中間距離が等しくない円形の輪郭線に沿って副電極を分散し、縦方向の副電極または縦方向と横方向の副電極の組合せで配置することが提案される。サイトの実際の条件によっては、不規則な輪郭線（つまり円でない形）の方が良い場合もある。図１１は、本発明の発展例による地中電極１５の典型的なレイアウトの斜視図である。この図では、図８Ａ〜８Ｂで説明した種類の複数の縦型の副電極１６で構成されている。簡単にするために、１つの副電極にだけ参照番号が付されている。副電極はセクションＳＥＣ１，ＳＥＣ２，．．．に分かれて配列されていて、各セクションは円の１つの扇形に対応する。説明を簡単にするために、図ではセクションＳＥＣ１の副電極だけしか示していないが、すべての扇形にこのような副電極セクションが含まれている。電極線ＬＥ１からの直流は制御ビルディング１８とセクションフィーダケーブル２９を介してセクション接続ボックス１９へ伝送される。セクションＳＥＣ１は３つのサブセクションＳＥＣ１ａ，ＳＥＣ１ｂ，ＳＥＣ１ｃの副電極で構成され、サブセクションＳＥＣ１ａは輪郭線１５３１に位置し、サブセクションＳＥＣ１ｂは輪郭線１５２１に位置し、サブセクションＳＥＣ１ｃは輪郭線１５１１に位置し、各サブセクションは円の弧であるがそれぞれ半径は異なっている。したがって、電極のすべてのサブセクションの輪郭線は、３つの同心円に一致する。各サブセクションは、それぞれ、セクション相互接続ケーブル３０ａ，３０ｂ，及び３０ｃを介してセクション接続ボックスに接続されている。各セクション相互接続ケーブルの該当する部分（上記の円の円周に沿っている）は、このように、各サブセクションの輪郭線の軌跡を描いている。各副電極は、副電極フィーダケーブル２により、対応するセクション相互接続ケーブルに接続されている。土の温度と土の湿度を監視する温度センサ２０と湿度センサ２１（土の抵抗率と最も関連性が高いパラメータ）が図に示されていて、各サブセクション内の１つの副電極に設けられている。これらのセンサはセンサ接続ボックス２２に接続され、さらに、制御ビルディング内の監視装置（図示されていない）に接続され、電極の動作状態を監視できるようになっている。図１２〜図１３、図１５Ａ〜図１５Ｂ、及び図１６は、本発明の利点を生かした発展例及び実現したものを図示したもので、これらは、特に、伝導特性及び電気浸透特性等の各種特性を持った土の層に渡って電極が拡張部分を持っている時に好ましいものである。各種特性を持った土の層のセクションまたはサブセクション（あるいはその両方）に関する本発明の発展例の特徴以下に詳細に述べる本発明の発展例（これは、電極を不均質な土に設置する場合に有利である）によれば、各セクションが存在する土の特性に関し、閉じた曲線にならない輪郭線（１つまたは複数の円弧等）を有し、副電極が全くない区域で分散させた、１つまたは複数のセクションを含む電極を設計することが提案されている。図１２は、図１１に示した地中電極と同じ構造の地中電極１５の斜視図である。電極は複数の副電極１６を有しているが、それらの一部だけを図に示してある。これらの副電極は図８Ａ〜図８Ｂで説明した種類と同じ種類のもので、それらの一部は長手方向を水平方向にし（１６ｃで示されている）、その一部は長手方向を縦方向にしている（１６ａ，１６ｂで示されている）。この図ではフィーダおよび相互接続ケーブルは示されていないが、セクション及び副電極は図１１で説明したように給電される。輪郭線は、異なった特性の土の層を通過する。円１５２及び１５３の輪郭線は、輪郭線が通過する他の層に比べて、伝導率が低いと想定した土の層２８ａを通過する。図に示されているように、この層では、輸郭線の単位当りの長さの副電極数（１６ｂで示されている）は、その外側（副電極１６ａ）に比べ多い。円１５１のセクションＳＥＣ４の輪郭線は土の層２８ｂを通過し、同じ円のセクションＳＥＣ２の輪郭線は土の層２８ｃを通過する。両方の層とも、輪郭線が通過している他の層と比べて電気浸透率が高いと想定している。また、円１５２のセクションＳＥＣ２の輪郭線１５２２は、土の層２８ｃを通過する。本発明の発展例によれば、円１５１の円周にある土の層２８ｂは、不伝導の材質で作成されているかまたは少なくとも表面が不伝導の材質で覆われている２つの垂直に配置された土の境界隔壁８４ａ，８４ｂにより区切られている。円１５１の円周にある土の層２８ｃは、土の境界隔壁８４ａ，８４ｂと同じ種類の２つの土の境界隔壁８４ｃ，８４ｄにより周りの土の層から区切られている。円１５２の円周にある土の層２８ｃは、土の境界隔壁８４ｄ及び土の境界隔壁８４ｅにより隣接する土の層と区切られている。電極が陽極として動作するものとすれば、図で示されるように、どの副電極も土の層２８ｂ及び２８ｃ内には存在しない（陰極としてだけ動作する電極の場合は、副電極はできればこれらの土の層内に置かれる）。したがって、円１５１では、これらの土の層に隣接するセクションのセクション相互接続ケーブルは各土の境界隔壁に最も近い副電極で終端されている。この場合、これらは隔壁８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，及び８４ｄである。また、円１５２では、土の層２８ｃに隣接するセクションのセクション相互接続ケーブルは各土の境界隔壁に最も近い副電極で終端されている。この場合、これらは隔壁８４ｄ及び８４ｅである。円１５１で土の境界隔壁８４ａと８４ｃとの間にある副電極は、勿論、別々のフィーダケーブルが備わっている。場合によっては、温度の上昇または湿度の低下（あるいはその両方）が危険なレベルに達したら、副電極の各セクションは感知された温度または湿度（あるいはその両方）の値により切断することができる。土の境界隔壁８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄ，及び８４ｅは、要素隔壁及びサブセクション隔壁に関し上記で説明したように、電流線の隔壁の役目を果たす。土の境界隔壁の効果は、各サブセクションの電流分布を均質化し、ある土の層と別の土の層とを区別することである。これにより、原則として隣接するサブセクションの電流とは独立している各サブセクション内の電流を制御することができる。このように、土の境界隔壁８４ａ及び８４ｃは、原則として、これらの２つの隔壁間に存在する副電極のサブセクションから送られてくる電流が土の層２８ｂ及び２８ｃに入り込まないようにする。これにより、これら２つの隔壁間の土の層では、土の層２８ｂ及び２８ｃの土の特性に関係なく、所望の電流密度を選択できる。土の境界隔壁は、不伝導材質でコーティングしたコンクリートの構造物等として工場で事前に製造することもでき、また、隔壁の場所で土を電気浸透または電気泳動処理を施すことで既知の方法により設置現場で土の中に成型することができる。これにより、高抵抗率の隔壁ができるように、伝導率特性を変更できる。副電極のセクションおよびサブセクション間の電流密度に関する本発明の発展例の特徴以下に説明する本発明の発展例（電極で不均質な土の場合に好都合）によれば、各セクション（サブセクション）が存在する土の特性について、副電極の各セクションまたはサブセクション（あるいはその両方）間の電流分布を制御することが提案されている。本発明のこの発展例によれば、調整抵抗をサブセクションフィーダケーブルに直列で接続する。これにより、各副電極が埋め込まれた土の特性について各サブセクションが所望の電流で動作するように、副電極の各サブセクションの電流を調整できるようになる。この調整は、要素隔壁及び副電極隔壁の効果により各副電極内の電流分布が均質化されると、特に容易になる。この調整は、既知の土のデータを基に行い、電極の引渡し時に実行する。再調整は、例えば、上記の温度または湿度センサから受け取った情報を基に行うことができる。図１３は、調整抵抗システムの主な構成を、図１１を参照しながら図示したものである。図は、セクション接続ボックス１９、セクションフィーダケーブル２９、及びセクション相互接続ケーブル３０ａ，３０ｂ，及び３０ｃを示している。セクション相互接続ケーブル３０ａは抵抗９０ａを介してセクションフィーダケーブルに接続されていて、この抵抗の抵抗値は既知の方法で手動または自動的に変更できる。この場合、抵抗はセクション接続ボックス１９内に存在するように示されている。同様に、セクション相互接続ケーブル３０ｂ及び３０ｃは、抵抗９０ａと同じ種類の抵抗９０ｂ及び９０ｃをそれぞれ介し、セクションフィーダケーブルに接続されている。土の境界隔壁が使用されている場合は、このような調整は勿論副電極の各セクションにも適用可能で、これにより、各セクションが異なった電流で動作することが可能になる。本発明の別の実施例及び本発明の発展例ＨＶＤＣ伝送システムの接地に使用される既知の地中電極の特別な形では、給電要素は棒の形状で、地中に掘られた深い垂直の穴に直線状に配列する。この構成は、設置現場の表面で電極のために使用できる区域が限られている場合等、設置現場の条件により強制的に決まることがある。図１４は、このような既知の電極の一部を図示したものである。配列は、複数の直列接続された棒状の給電要素（個別には図示していない）で構成され、サブセクション７ａ，７ｂ，７ｃに配列され、地中の穴９に設置される。給電要素はバックフィル１７０に組み込まれ、地下ケーブル（図示されていない）を介して電極線に接続される。サブセクションはそれぞれ、セクション相互接続ケーブル３０ａ，３０ｂ，３０ｃを介しバスバー２９へ平行して接続され、地下ケーブルから給電され、穴の中のセクションに沿って延長している。図１５Ａは、本発明によるこのような地中電極の配列の一部の主なレイアウトを簡単な形式で示したものである。お互いに直列に接続されたほぼシリンダ形状の複数の給電要素１６１，１６２，１６３，１６４，１６５，１６６がコークスで構成されるバックフィル１７０に埋め込まれ、図８Ａ〜図８Ｂで説明したのと同じ種類の副電極を構成している。ただし、この場合は、バックフィルの断面の表面は給電要素の断面の表面に一致する。本発明によれば、及び上記で説明した原理から類推すると、給電要素には要素隔壁８１が備わっていて、要素隔壁間の給電要素の部分の電流分布を均質化している。示した図では、配列の一部は３種類の異なった土の層２８ａ，２８ｂ，２８ｃを通過していて、これらの各層は、図１２で説明したようにそれぞれ異なった土の特性を持っている。このような土の層の間の境界には、水平の土の境界隔壁８４が設けられている。例えば、給電要素が異なった電気伝導特性を持つ土の層の間の境界を通過する場合は、給電要素の表面の電気密度は土の伝導率の変化に従って上記の境界で変わる。この場合、図１２で説明したように、土の境界隔壁も電流分布に同じ均質化効果をもたらす。これらの隔壁は、同じようにある土の層と別の土の層とを区別する。本発明のこの実現方法では、隔壁は円形のディスクとして示されているが、上記で説明したように別の形でも構わない。また、水平の土の境界隔壁も、同時に要素隔壁として使用できる。できれば、要素隔壁８１は、給電要素間の機械的なコネクタとしても使用できるようにすることができる。さらに、土の境界隔壁は、ある土の層から別の土の層へ入り込む水の量を少なくするように設計することもできる。温度センサ及び湿度センサ２０，２１は、それぞれ、異なった土の層の間の境界付近等、特定の場所に設置できる。このような電極タイプとしては、pHセンサ（図示していない）も使用できる。給電要素及び隔壁のそれぞれの直径並びに隔壁間の間隔は各種土の層ごとに異なるように選択できるため、電極の全体の電流転送機能は最大になる。例えば、図１５Ｂは第１の給電要素１６１と第２の給電要素１６２とがお互いに直列に接続されていて、第２の給電要素の直径及び断面積が第１の給電要素より大きい様子を示している。示されている給電要素は、異なった電気伝導特性を持つ２つの土の層の間の境界に配置することができる。図１１及び１３の説明と同様に各サブセクションが個別のセクション相互接続ケーブルから給電されるように設計することで、また、上記で説明したセクション相互接続ケーブルに調整抵抗を挿入することと同様に各セクション相互接続ケーブルに調整抵抗を接続することで、電流は埋め込まれた土の特性に関し選択された所望の電流値で動作するように、各サブセクションごとに調整できる。図１６は、このような設計の主要なレイアウトを図示したものである。副電極のサブセクション７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄは土の中の穴９の配列にあり、各セクションは、それぞれ、自分自身のセクション相互接続ケーブル３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄから給電される。調整抵抗９０ａはサブセクション７ａと直列に接続されているセクション相互接続ケーブル３０ａに挿入され、セクションフィーダケーブル２９に接続されている。サブセクション７ｂ，７ｃ，及び７ｄに給電する回路は、同じように配列された同様のメンバを有する。調整抵抗９０ａ，９０ｂ，９０ｃ，９０ｄは、図１１で図示したセクション接続ボックス１９と同じような接続ボックス（図示されていない）等に収納される。本発明及び本発明の発展例により得られる利点要素隔壁は、給電要素の表面の能動部分の電流分布を均質にする。その結果、電極が陽極として動作する場合は、給電要素の溶解速度は低下し、給電要素とそのフィーダケーブルとが切断される可能性を低下させる。電極が陰極として動作する場合は、コークスの消耗は抑えられ、給電要素の材質へ異物として入り込む水素イオンの量を少なくする。このように、要素隔壁は電極の信頼性を向上させ、電極の寿命を長くする。黒鉛及び軟鋼等の材質の給電要素で、陰極操作時に環境からの異物のイオンにより影響を受ける場合は、電流密度を低くすることでそのようなイオンが入り込む速度を遅くすれば、寿命は長くなる。電極本体の表面の能動部分の電流密度の分布が均質になればなるほど、電極本体の表面区域全体が効率的に使用され、従来の既知の電極と比較した場合、一定の電流を流すためには、電極の面積が小さくて済み、したがって、設置現場領域の要求も少なくなり設計費用も安くなる。また、所望の電流密度及び電解強度のレベルを超えることもない。従来のＨＶＤＣ地中電極に比べ、本発明により同じ電流を流すＨＶＤＣ地中電極はサイズが大幅に減少している。通常、直径が１０００ｍ程度の従来の設計による地中電極に比べ、電流が１５００Ａで固有抵抗率１００Ω＊ｍの土に設置され、３つの同心リングからなる本発明に従って設計された地中電極の外側のリングの直径は、約２５０ｍである。副電極の隔壁は、副電極の表面の能動部分、つまり、周りの土と電気的に接触しているバックフィルの部分の電流密度を均質化する。その結果、陽極動作の場合はコークスの消耗速度が低下し、電気浸透による土の乾燥も少なくなり、電極の周りの土を乾燥させたり過熱させたりする危険性（土の特性が元に戻らなくなる等の環境に対する有害な影響がある）も大幅に減少する。均質な土では、電極の輪郭線を副電極の円として配置したり３つの同心円として配置することで、サイズは小さくなり、電極本体の材質の利用度も高まる。サイトの土が均質である場合は、円でない電極の輪郭線を使用しても構わない。例えば、長方形のサイトに合わせて形を調整したり、また、サイトの特別な部分を避けるために、不規則な形にすることができる。調整抵抗をセクション相互接続ケーブルまたはセクションフィーダケーブル（あるいはその両方）と直列に接続することで、各セクションまたは各サブセクションの電流を調整することができる。土の境界隔壁を設けたことで閉じていない電極輪郭線（例えば、円弧の形）に沿って副電極をセクション及びサブセクションに分けて配列することが可能になり、縦または横（あるいはその両方）の副電極をサブセクション及びセクションに分けて個別に給電することが可能になった。土の境界隔壁は各サブセクションの電流密度を均質化し、ある土の層から別の土の層を切り離すため、原理的には隣接するサブセクションの電流に関係なく、副電極の各サブセクション内の電流を制御できるようになった。調整抵抗及び土の境界隔壁を設けたため、各副電極が埋め込まれる土の特性に従った所望の電流分布で電極を動作させることができるようになった。これは、要素隔壁及び副電極隔壁の効果により各副電極内の電流分布が均質化されたため、極めて簡単になった。要素隔壁は、図１４で説明したタイプの地中電極にも適用できる。このような電極は、通常、異なった性質の土の層にも埋設可能で、水平方向の土の境界隔壁は上記で説明した同じ効果でこのような土の層の間の境界に適用できる。このような電極の場合、要素隔壁は電極本体への力学的な保護作用も備えていて、接続手段としても使用できる。電気的に不伝導の要素隔壁、副電極隔壁、及び土境界隔壁は、上述のように、その表面を給電要素の表面の能動部分の方向、第１のバックフィル層の表面の能動部分の方向、均質化する電流分布の輪郭線の方向へそれぞれ向け、不伝導の材質の層で覆うことで実現でき、これにより、前記の隔壁を構成する。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１０年５月２０日（１９９８．５．２０）【補正内容】【図１】【図２】【図３】【図４】【図５】【図６】【図６】【図７Ａ】【図７】【図８】【図８】【図８】【図８】【図８】【図８】【図８】【図９】【図１０】【図１１】【図１２】【図１３】【図１４】【図１５】【図１６】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者コスキイ，ベイヨフィンランド国エフアイエヌ―02200 エスポー 20，アームクヤ４ジー (72)発明者ポリアコブ，アレクセイフィンランド国エフアイエヌ―00150 ヘルシンキ，プナボウレンカツ 23 エフ 139 (72)発明者ゲブハルト，ハイコルクセンブルク国エル―8293 カイスペルト，リュドメルシュ，レジダンス 24

Claims

【特許請求の範囲】 1. 第１の伝導媒体（１７０）に埋め込む少なくとも１つの給電要素（１６１，１６２，１６３）を備えた地中電極であって、給電要素には少なくとも２つの電気的に不伝導の要素隔壁（８１ａ，８１ｂ）を間隔を空けて設け、給電要素の表面の能動部分（ＳＥ）を要素隔壁間に形成し、給電要素を第１の伝導媒体に埋め込むと能動部分が第１の伝導媒体と電気的に接続する地中電極であって、給電要素を第１の伝導媒体に埋め込むと第１の伝導媒体内に入り込む十分な拡張部分を持ち、かつ、給電要素の表面の前記能動部分の電流分布が均質化するように、前記要素隔壁は給電要素の表面の前記能動部分から外側に向かって十分な拡張部分を有することを特徴とする地中電極。 2. 請求項２記載の地中電極において、前記要素隔壁は、給電要素の表面の前記能動部分の境界線（ＢＬ’，ＢＬ”）またはその近くの給電要素の表面から、給電要素の表面の前記能動部分に対し、その位置から、ほぼ垂直な方向に突き出ていることを特徴とする地中電極。 3. 請求項１及び２のいずれかに記載の地中電極において、給電要素は棒の形状で、要素隔壁の少なくとも１つは板の形状で、給電要素の表面から、給電要素の長手方向に対しほぼ垂直な方向に突き出ていることを特徴とする地中電極。 4. 請求項１から３のいずれかに記載の地中電極において、前記要素隔壁の少なくとも１つは、給電要素の長さ方向に可動であるように配置することを特徴とする地中電極。 5. 請求項４記載の地中電極において、給電要素は長さ軸をほぼ垂直方向に配置し、給電要素に可動であるように配置する前記要素隔壁の少なくとも１つは、給電要素を第１の伝導媒体に埋め込む時に前記要素隔壁の下に位置する第１の伝導媒体の部分に圧力を加えるように、上部重し（１２０）を備えることを特徴とする地中電極。 6. 請求項１から３のいずれかに記載の地中電極において、給電要素とバックフィル（１７０）とを含んだ閉じた容器を少なくとも２つの端の隔壁（８１ａ，８１ｂ）と共に形成するように、給電要素を囲む鋼等で製造するシリンダ状の金属管（１４０）を有することを特徴とする地中電極。 7. 請求項１から３のいずれかに記載の地中電極において、少なくとも１つの前記要素隔壁は柔軟な材質で製造することを特徴とする地中電極。 8. 請求項１から３のいずれかに記載の地中電極において、第１の伝導媒体は第２の伝導媒体（２８）に埋め込む第１のバックフィル層（１７０）で構成し、地中電極はさらに少なくとも２つの電気的に不伝導の要素隔壁（８２ａ，８２ｂ）を間隔を空けて設け、第１のバックフィル層の表面の能動部分（ＳＳ）を副電極隔壁間に形成し、第１のバックフィル層を第２の伝導媒体に埋め込むと能動部分が第２の伝導媒体と電気的に接続する地中電極であって、第１のバックフィル層を第２の伝導媒体に埋め込むと第２の伝導媒体内に入り込んだ十分な拡張部分を持ち、かつ、第１のバックフィル層の表面の前記能動部分の電流分布が均質化するように、前記副電極隔壁は第の１バックフィル層の表面の前記能動部分から外側に向かって十分な拡張部分を有することを特徴とする地中電極。 9. 請求項８記載の地中電極において、前記副電極隔壁は、第１のバックフィル層の表面の前記能動部分の境界線（ＢＬ'''，ＢＬ''''）またはその近くの第１のバックフィル層の表面から、第１のバックフィル層の表面の前記能動部分に対し、その位置から、ほぼ垂直な方向に突き出ていることを特徴とする地中電極。 10．請求項８から９のいずれかに記載の地中電極において請求項３に従属する時、副電極隔壁の少なくとも１つは板の形状で、第１のバックフィル層の表面から、給電要素の長手方向に対しほぼ垂直な方向に突き出ていることを特徴とする地中電極。 11．請求項１から３のいずれかに記載の地中電極において、第１の伝導媒体は第１のバックフィル層（１７０）で構成し、地中電極はさらに、少なくとも２つの電気的に不伝導の副電極隔壁（８２ａ，８２ｂ）を間隔を空けて設けたもので第１のバックフィル層の表面の能動部分（ＳＳ）を副電極隔壁間に形成するようにした副電極隔壁と、砂等の低電気浸透率の材質の第２の伝導バックフィル層（１７１）とを有し、前記第２のバックフィル層は、第１のバックフィル層を埋め込むように前記副電極隔壁間に存在し、かつ、第１のバックフィル層の表面の前記能動部分及び前記第２のバックフィル層を埋め込む伝導媒体（２８）と電気的に接続し、前記副電極隔壁は、第１のバックフィル層の表面の前記能動部分の電流分布を均質化するように、かつ、前記伝導媒体内に乾燥した土の区域（Ｐ４，Ｐ５）ができるのを回避する目的で、第１のバックフィル層の表面の前記能動部分から外側へ向かって前記第２のバックフィル層の方向へ十分な拡張部分を有することを特徴とする地中電極。 12．請求項１から３のいずれかに記載の地中電極において、第１の伝導媒体は第２の伝導媒体（２８）に埋め込む第１のバックフィル層（１７０）で構成し、地中電極はさらに少なくとも２つの電気的に不伝導の副電極隔壁（８２ａ，８２ｂ）を間隔を空けて設け、第１のバックフィル層の表面の能動部分（ＳＳ）を副電極隔壁間に形成し、第１のバックフィル層を第２の伝導媒体（２８）に埋め込むと能動部分が第２の伝導媒体と電気的に接続する地中電極であって、第１のバックフィル層の表面の前記能動部分の電流分布を均質化する目的で、前記副電極隔壁の断面積が第１のバックフィル層の断面積とほぼ等しいことを特徴とする地中電極。 13．請求項８から１２のいずれかに記載の地中電極において、給電要素は長さ軸をほぼ垂直にし、前記副電極隔壁の少なくとも１つは、前記副電極隔壁が前記要素隔壁の下にある第１の伝導媒体の部分に圧力をかけるように、上部重し（１２１）を備えていることを特徴とする地中電極。 14．地中電極において、第１のバックフィル層（１７０）に埋め込む少なくとも１つの給電要素（１６１，１６２，１６３）を有し、地中電極はさらに、少なくとも２つの電気的に不伝導の副電極隔壁（８２ａ，８２ｂ）を隔壁を空けて設けたもので第１のバックフィル層の表面の能動部分（ＳＳ）を副電極隔壁間に形成するようにした副電極隔壁と、第２の伝導バックフィル層（１７１）とを有し、前記第２のバックフィル層は、第１のバックフィル層を埋め込むように前記副電極隔壁間に存在し、かつ、第１のバックフィル層の表面の前記能動部分及び前記第２のバックフィル層を埋め込む伝導媒体（２８）と電気的に接続し、前記副電極隔壁は、第１のバックフィル層の表面の能動部分の電流分布を均質化するように、第１のバックフィル層の表面の前記能動部分から外側へ向かって前記第２のバックフィル層の方向へ十分な拡張部分を有したものであって、給電要素は少なくとも１つの電気的に不伝導の要素隔壁（８１ａ）を備え、給電要素の表面の能動部分（ＳＥ）を前記要素隔壁と前記副電極隔壁（８２ｂ）のいずれか１つの間に形成し、給電要素を第１の伝導媒体に埋め込むと能動部分が第１の伝導媒体と電気的に接続し、前記要素隔壁は前記副電極隔壁の１つと共に、給電要素の表面の前記能動部分の電流分布を均質化するように、給電要素の表面の前記能動部分から外側に向かって十分な拡張部分を有することを特徴とする地中電極。 15．前記請求項のいずれかに記載の地中電極において、それぞれが少なくとも１つの給電要素で構成される複数の副電極（１６）を有する地中電極であって、副電極を少なくとも２つのサブセクション（ＳＥＣ１ａ，ＳＥＣ１ｂ）に配置し、各サブセクションを個別のセクション相互接続ケーブル（それぞれ、３０ａ，３０ｂ）を介して共通セクションフィーダケーブル（２９）へ接続し、かつ、前記少なくとも２つのサブセクション間の電流分布に影響を与えるように、影響を受ける抵抗を有する抵抗（９０ａ，９０ｂ）を、前記共通セクションフィーダケーブルと前記セクション相互接続ケーブル間で、前記セクション相互接続ケーブルの少なくとも１つに直列で接続することを特徴とする地中電極。 16．前記請求項のいずれかに記載の地中電極において、それぞれが少なくとも１つの給電要素で構成される複数の副電極（１６）を有し、副電極の輪郭線（１５２２）が電気、熱、または水分（あるいはその組合せ）等の土特性パラメータが隣接する土の層と異なる土の層（２８ａ，２８ｂ，２８ｃ）を通過する地中電極であって、地中電極は、輪郭線の電流分布を均質化するように、及び土の層を隣接する土の層と区別するように、土の層（２８ｃ）が前記隣接する土の層のいずれか１つと境界を接する場所またはその近くにそれぞれが位置している少なくとも２つの不伝導の土境界隔壁（８４ａ〜８４ｅ）をさらに有することを特徴とする地中電極。 17．前記請求項のいずれかに記載の地中電極において、それぞれが少なくとも１つの給電要素で構成される複数の副電極（１６）を有し、副電極は少なくとも３つのサブセクション（ＳＥＣ１ａ，ＳＥＣ１ｂ，ＳＥＣ１ｃ）に配置され、各サブセクションは、ほぼ円弧の形の輪郭線と、電極のすべてのサブセクションの輪郭線がほぼ３つの同心円（１５１，１５２，１５３）になるような半径を持つことを特徴とする地中電極。 18．前記請求項のいずれかに記載の地中電極の使用方法において、前記少なくとも１つの給電要素が、前記高圧直流（ＨＶＤＣ）伝送システムにおける接地電極として使用できるように、ＨＶＤＣ伝送システムの電極線（ＬＥ１）に接続することを特徴とする。