JP2004264090A - 電力ケーブルの導体温度推定方法と装置、および、プログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】電力ケーブル導体表面温度を優れた距離分解能で、簡易に測定・推定すること。
【解決手段】メモリ内蔵式温度センサを管路内挿入用媒体の内側に取り付けて電力ケーブルの布設された管路へ挿入し、この温度センサを介して温度を測定して、温度センサによる測定温度ＴＰ、ケーブルの絶縁体熱抵抗Ｒ１、防食層熱抵抗Ｒ２、表面放散熱抵抗Ｒ３、導体発熱量ＷＣ、誘導体損失Ｗｄ、および、シース損失ＷＳを用いて地中に埋設された管路内電力ケーブルの導体温度導体温度ＴＣを演算する。
【解決手段】メモリ内蔵式温度センサを管路内挿入用媒体の内側に取り付けて電力ケーブルの布設された管路へ挿入し、この温度センサを介して温度を測定して、温度センサによる測定温度ＴＰ、ケーブルの絶縁体熱抵抗Ｒ１、防食層熱抵抗Ｒ２、表面放散熱抵抗Ｒ３、導体発熱量ＷＣ、誘導体損失Ｗｄ、および、シース損失ＷＳを用いて地中に埋設された管路内電力ケーブルの導体温度導体温度ＴＣを演算する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中の管路内に布設された電力ケーブルの導体温度を測定あるいは推定する技術に関するものである。
【従来の技術】
一般に、地中ケーブルの送電容量は、建設時の計算により決定しているが、運転開始後のケーブル導体表面温度の測定を行うことが難しいため、実際の送電容量はあまり確認されていないのが現状である。
【０００２】
既存の温度測定方法としては、光ファイバをケーブル管路内に挿入し、温度を常時監視するシステムが開発されている。
【０００３】
たとえば、特開２０００−８８６６６号公報に記載の「地中管路内電力ケーブルの導体温度計算方法及び装置」では、管路内に挿入した光ファイバ分布型温度センサにより測定した管路内の温度と、地中の土壌温度を基に電力ケーブルの導体温度を算出する方法と装置が提案されている。特開２００２−２７１９２９号公報に記載の「導体温度推定方法」では、光ファイバにより電力ケーブル線路の管路内壁温度を計測し、また日負荷電流パターンの通電電流と導体抵抗値等を用いて導体温度を推定する方法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光ファイバを温度センサとして用いる方法は非常に高価になる。また、光損失で距離を算出するため距離分解能に限界があるという問題がある。
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、運転中のケーブル導体表面温度を安価で簡易に測定、推定でき、距離分解能の優れた電力ケーブルの導体温度推定方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明に係わる電力ケーブルの導体温度推定方法は、地中に埋設された管路内電力ケーブルの導体温度を推定する方法であって、電力ケーブルに所定の離隔をもって取り付けられた温度センサを介して温度を測定するステップと、温度センサによる測定温度ＴＰ、絶縁体熱抵抗Ｒ１、防食層熱抵抗Ｒ２、表面放散熱抵抗Ｒ３、導体発熱量ＷＣ、誘導体損失Ｗｄ、および、シース損失ＷＳを用いて導体温度ＴＣを演算するステップとを備えたことを特徴とする。
【０００６】
請求項１記載の発明では、電力ケーブルと一定の間隔を保って温度センサを装着することにより、測定値のばらつきを軽減させる。
【０００７】
請求項２の発明に係わる電力ケーブルの導体温度推定方法では、さらに、所定の離隔は、１ｍｍ以上の離隔であることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明では、測定値のばらつきの軽減効果の高くなる１ｍｍ以上の離隔を確保する。
【０００９】
請求項３の発明に係わる電力ケーブルの導体温度推定方法は、地中に埋設された管路内電力ケーブルの導体温度を推定する方法であって、電力ケーブルに取り付けられたメモリ内蔵式温度センサを介して温度を測定するステップと、温度センサによる測定温度ＴＰ、絶縁体熱抵抗Ｒ１、防食層熱抵抗Ｒ２、表面放散熱抵抗Ｒ３、導体発熱量ＷＣ、誘導体損失Ｗｄ、および、シース損失ＷＳを用いて導体温度ＴＣを演算するステップとを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明では、温度センサとしてメモリ内蔵式温度センサを使用する。これにより、電力ケーブルの発熱位置の温度を直接計測して記憶できるため、距離分解能を向上させることができる。なお、メモリ内蔵式温度センサに電力ケーブルと一定の離隔を保つための媒体を付加するようにすると測定値のばらつきを軽減することができる。
【００１１】
特に、この温度センサとして、（ボタン型）サーミスタ温度センサを用いると、電力ケーブルと容易に離隔がとれ、また耐久性に優れているため悪環境下でも測定精度を維持することが可能である。
【００１２】
請求項４の発明に係わる電力ケーブルの導体温度推定方法は、地中に埋設された管路内電力ケーブルの導体温度を推定する方法であって、管路内挿入用媒体の内側にメモリ内蔵式温度センサを略１メートル間隔で取り付けるステップと、この媒体を管路内へ挿入するステップと、メモリ内蔵式温度センサより測定温度を収集するステップと、測定温度ＴＰを用いて導体温度ＴＣを演算するステップと、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明では、管路内挿入用媒体の内側にボタン型サーミスタ温度センサなどのメモリ内蔵式温度センサを略１メートル間隔で取り付けるので、光ファイバ温度センサと比較して同程度の温度精度を有し、また設置された場所の温度を計測するため光ファイバ温度センサよりも距離分解能が向上する。
【００１４】
ここで、管路内挿入用媒体とは、管路挿入用のフレキシブル管あるいはチューブなどの媒体一般を意味する。
【００１５】
請求項５の発明に係わる電力ケーブルの導体温度推定方法は、地中に埋設された管路内電力ケーブルの導体温度を推定する方法であって、外部等価熱源ＷＸを用いて導体温度ＴＣを演算することを特徴とする。
【００１６】
請求項５記載の発明では、導体温度推定の等価回路に外部等価熱源を加えることにより、測定温度が得られない場合でも精度の高い推定が可能となる。
【００１７】
特に、表面放散熱抵抗Ｒ３と管路・土壌の熱抵抗Ｒ５の間に外部等価熱源ＷＸを挿入するようにするとよい。
【００１８】
請求項６の発明に係わる電力ケーブルの導体温度推定方法は、地中に埋設された管路内電力ケーブルの導体温度を推定する方法であって、外部等価熱源ＷＸ、絶縁体熱抵抗Ｒ１、防食層熱抵抗Ｒ２、表面放散熱抵抗Ｒ３、管路・土壌の熱抵抗Ｒ５、交流導体抵抗Ｒａｃ、平均負荷電流Ｉ、誘導体損失Ｗｄ、および、基底温度ＴＯを用いて導体温度ＴＣを演算することを特徴とする。
【００１９】
請求項７の発明に係わる電力ケーブルの導体温度推定方法では、さらに、外部等価熱源ＷＸの発熱量は、電力ケーブルの埋設深さの関数であることを特徴とする。
【００２０】
請求項８の発明に係わる電力ケーブルの導体温度推定方法では、さらに、外部等価熱源ＷＸの発熱量は、Ａ×ＬＢ（Ｌ：電力ケーブルの埋設深さ、Ａ，Ｂ：係数）の項を含むＬの関数であることを特徴とする。
【００２１】
請求項８記載の発明では、外部等価熱源ＷＸをＡ×ＬＢの形式の電力ケーブルの埋没深さＬの関数とすることで精度の高い導体温度推定が可能となる。
【００２２】
請求項９の発明に係わる電力ケーブルの導体温度推定装置は、地中に埋設された管路内電力ケーブルの導体温度を演算する装置であって、線路データを記憶する線路データファイルと、ケーブルの電流値を記憶する電流値ファイルと、推定アルゴリズムを保存した演算条件ファイルと、各ファイルのデータを用いて導体温度を演算する手段と、当該演算結果を記憶する演算結果ファイルと、導体温度に関する実測データを入力する手段と、この実測データと演算結果ファイルのデータを用いて、推定アルゴリズムを変更する手段とを備えたことを特徴とする。
【００２３】
請求項９記載の発明では、推定アルゴリズムに対して、実測データをもとに変更を行う。特に、推定アルゴリズムにおいて、Ａ×ＬＢの形式で表される外部等価熱源ＷＸの係数Ａ，Ｂを実測データに基づいて変更するようにすれば、簡便でより精度の高い推定が可能になる。
【００２４】
ここで、「導体温度に関する実測データ」とは、ケーブル表面温度の実測データの他、それを推定することのできる他の実測データも含む趣旨である。
【００２５】
請求項１０の発明に係わる電力ケーブルの導体温度推定装置では、さらに、季節情報を保存する手段と、季節情報に基づいて推定アルゴリズムを切り替える手段を有することを特徴とする。
【００２６】
特に、推定アルゴリズムにおいて、Ａ×ＬＢの形式で表される外部等価熱源ＷＸの係数Ａ，Ｂを季節情報により変えるようにすると簡便で、より精度の高い推定が可能となる。ここで、「季節情報」とはいわゆる暦（カレンダー）情報を意味する。
【００２７】
請求項１１の発明に係わるプログラムは、地中に埋設された管路内電力ケーブルの導体温度を演算するプログラムであって、線路データ、ケーブルの電流値、および、推定アルゴリズムを保存する処理と、保存した各データを用いて導体温度を演算する処理と、当該演算結果を保存する処理と、導体温度に関する実測データを入力する処理と、この実測データと演算結果を用いて推定アルゴリズムを変更する処理とを備えたことを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
つぎに、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。
【００２９】
【実施例】
（第１の実施例）
以下、第１の実施例による電力ケーブルの導体温度推定方法を説明する。
【００３０】
まず、電力ケーブル（以下、ケーブルという）の導体表面温度を測定するセンサとして、光ファイバ温度センサに比べて安価なボタン型サーミスタ温度センサ（以下、ボタン型温度センサという）を用いた。
【００３１】
次に、ボタン型温度センサをケーブルに引き入れる際、波付硬質ポリエチレン管（以下、蛇腹管という）を裂き、そこからボタン型温度センサを挿入し蛇腹管内側の側面に装着した。ボタン型温度センサは、蛇腹管内に１ｍごとに装着した。
【００３２】
管路長手方向の温度分布特性を解明することを目的とし、１１０ｋＶ千田鶴見線において、ボタン型温度センサを使用し、ケーブル導体表面温度測定を実施した。
【００３３】
なお、ケーブル布設管路へのセンサ挿入には限界があるため、測定区間全体の温度分布を把握できるように空き管路内にセンサ挿入を実施した。
【００３４】
１１０ｋＶ光町線では、１１０ｋＶ光町線の洞道からＮｏ．１２マンホール（以下、ＭＨという）方向にて、平成１２年８月から平成１２年１０月まで実施した。表２に測定線路の概要を、表３に測定機器配置を、図１に管路配置図を示す。
【００３５】
図１において、光ファイバ温度センサは、電力ケーブル（光町線１Ｌ、光町線２Ｌ）から約４００ｍｍ離れた空き管路内に挿入した。また、電力ケーブルの管路内には、ボタン型温度センサと光ファイバ温度センサを挿入した。
【００３６】
１１０ｋＶ千田鶴見線では、１１０ｋＶ千田鶴見線のＮｏ．１５ＭＨからＮｏ．１６ＭＨ方向にて、平成１３年８月から平成１３年１０月まで実施した。表４に測定線路の概要を、表５に測定機器配置を、図２に管路配置図を示す。
【００３７】
図２において、千代田鶴見線の管路内およびそこから約４００ｍｍ離れた空き管路内にボタン型温度センサを挿入した。
【００３８】
次に、ボタン型サーミスタ温度センサと光ファイバ温度センサとの測定結果の比較を図３に、管路長手方向の増設深さと温度分布の関係を図４に示す。
【００３９】
まず、図３より、往来の光ファイバ温度センサによる測定と、ボタン型サーミスタ温度センサ測定との誤差は約１℃以内であり、実用性は十分であることが分かった。
【００４０】
また、図４により、管路長手方向の温度分布は、管路勾配がついており最浅部でホットスポット（光町線：洞道より約１７ｍ位置、千田鶴見線：Ｎｏ．１５ＭＨより約５ｍ位置）が発生した。この最浅部でのホットスポット発生の原因は、下水道、日射等の外的な要因ではなく、発熱体のある既設管路では、負荷ケーブルの発熱によって管路内の空気が暖められ、暖められた空気の熱だまりになっているか、土壌の熱容量で温度が下がりにくくなっているという要因のいずれかであると考えられる。
【００４１】
次に、定常解析、非定常解析にて、ケーブル導体温度を推定した。結果を図５に示す。推定値は、良好な結果を示しており、非定常解析、定常解析ともに大きな誤差は見られない。
【００４２】
本実施例によれば、ボタン型温度センサを用いたので、距離分解能が高く、約１ｍ間隔で配置することにより、光ファイバ温度センサを使用した場合と同程度の精度を有し、距離分解能は設置位置の温度を測定するため管勾配箇所などの温度分布が正確に得られる。これにより、コンピュータを用いて下記（１）式で表されるような定常解析を実行することにより安価で実用的な電力ケーブルの導体温度の推定が可能となる。
【００４３】
また、蛇腹管内にボタン型温度センサを挿入することとしたので、ケーブル表面にセンサを直接装着する方法に比べて、ケーブル表面の表面放散による熱勾配のためセンサの密着度による測定結果の変動を防止し、ケーブルとの離隔を安定的に保つことで測定値のバラツキを軽減することが可能となる。
【００４４】
特に従来の光ファイバ温度センサを用いる方式では、通常１ｍ〜２ｍ程度の距離分解能（個々の製品仕様により異なる）であるが、本実施例によれば、管路布設図等から予め温度が高いと考えられる管路頂部等にセンサが来るように挿入できるため、光ファイバ温度センサを用いる方式に比べ距離分解能は高くなる。
【００４５】
（第２の実施例）
次に第２の実施例を説明する。本実施例では、主に温度センサによる測定ができない場合に、その測定データによらず電力ケーブルの導体温度を推定する方法を説明する。
【００４６】
まず、推定対象のケーブルが布設された管路内の導体温度を推定する等価回路は一般的に図６のようになっている。ここで、図６（ａ）は、測定温度がある場合の等価回路であり、図６（ｂ）は測定温度が無い場合の等価回路である。
【００４７】
図６（ａ）の等価回路より計算される導体温度ＴＣは、次の（１）式で表される。
ＴＣ＝ＷＣ・ＲＡ＋Ｗｄ・ＲＢ＋ＷＳ・ＲＣ＋ＴＰ ・・・（１）
ここで、
Ｒ１：絶縁体熱抵抗、Ｒ２：防食層熱抵抗、Ｒ３：表面放散熱抵抗
ＲＡ＝Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３（Ｋ・ｍ／Ｗ）
ＲＢ＝Ｒ１／２＋Ｒ２＋Ｒ３（Ｋ・ｍ／Ｗ）
ＲＣ＝Ｒ２＋Ｒ３（Ｋ・ｍ／Ｗ）
ＷＣ：導体発熱量（Ｗ／ｍ）
Ｗｄ：誘電体損失（Ｗ／ｍ）
ＷＳ：シース損失（Ｗ／ｍ）
ＷＳ＝ＰＳ・Ｗｃ
ただし、ＰＳ：シース損失率
ＴＰ：測定温度（℃）
である。
【００４８】
次に図６（ｂ）の等価回路から計算される方程式は、（２）式となる。
ＴＣ＝ＷＣ・（ＲＡ＋ＲＸ）＋Ｗｄ・（ＲＢ＋ＲＸ）＋ＷＳ・（ＲＣ＋ＲＸ）＋ＴＯ ・・・（２）
ここで、
ＲＸ：土壌・管路の熱抵抗（Ｋ・ｍ／Ｗ）
ＴＯ：基底温度（℃）
よって、（１）式、（２）式より、土壌・管路の熱抵抗ＲＸは、次式となる。
【００４９】
【数１】
となる。
【００５０】
しかしながら、これで求めたＲｘは、夜間と昼間で温度にそれほど変化が現れないのに対し、負荷の変動があるため振幅する結果となる。本来ＲＸは時間変化が無く一定の値をとるもので、勾配部のホットスポット位置の温度推定に適用するのは妥当ではないと考えられる。
【００５１】
このため、管勾配あるいは地表面からの距離に相当する温度変化を考慮するために、図７に示すようにＡ点で管勾配や周りの土壌温度による外部等価熱源ＷＸが加わっているものと仮定した。すなわち、管勾配や周りの土壌の熱容量等による等価的な熱源が存在し、それによる温度上昇があったとしてモデル化を行った。
【００５２】
図７の等価回路をもとに導体温度ＴＣは、以下の式で表される。
ＴＣ＝ＷＣ・（ＲＡ＋Ｒ５）＋Ｗｄ・（ＲＢ＋Ｒ５）＋ＷＳ・（ＲＣ＋Ｒ５）＋ＷＸ・Ｒ５＋ＴＯ・・・（４）
ここで、
ＷＣ：導体発熱量（Ｗ／ｍ）
Ｗｄ：誘電体損失（Ｗ／ｍ）
ＷＳ：シース損失（Ｗ／ｍ）
ＷＳ＝ＰＳ・Ｗｃ
ただし、ＰＳ：シース損失率
ＷＸ：外部等価発熱（Ｗ／ｍ）
Ｒ５：管路・土壌の熱抵抗。ただし、ｇ＝１（Ｋ・ｍ／Ｗ）
ＴＯ：基底温度（℃）
ＲＡ、ＲＢ、Ｒｃは、前述の記号と同じ意味である。
【００５３】
ここで、土壌の熱抵抗は、基本的に設計で使われるレベルのものであるとして、管路・土壌の熱抵抗Ｒ５は、ＪＣＳ１６８号Ｅを利用し、次式となる。
【００５４】
【数２】
ここで、
ｄ７：管路直径（ｍｍ）
ｇ：土壌・管路を平均した固有熱抵抗
＝１（Ｋ・ｍ／Ｗ）＝１００（Ｋ・ｃｍ／Ｗ）
Ｌｍ：ｍ番目ケーブルの地表面よりケーブル中心までの深さ（ｍｍ）
ＬＯ：熱抵抗を求める基準ケーブルの地表面よりケーブル中心までの深さ（ｍｍ）
ＭＣ：管路布設における１孔中のケーブル条数
ＮＣ：ケーブルの入っている孔数
Ｘｍ：基準ケーブルとｍ番目のケーブルとの中心距離（ｍｍ）
η２：土壌熱抵抗の低減率
よって、外部等価発熱ＷＸは、（２）式と（４）式より、
【００５５】
ＷＸ＝（ＷＣ＋Ｗｄ＋ＷＳ）×（ＲＸ−Ｒ５）／Ｒ５ ・・・（６）
で求められる。ただし、導体発熱は平均発熱を考慮することとした。
【００５６】
計算結果のグラフを図８に示す。この図は、外部等価発熱量と深さとの関係を表したグラフで、固有熱抵抗ｇ＝１００の場合のグラフである。この熱量は、埋設深さＬ（ｍｍ）とよい相関があり、べき乗回帰すると、
ＷＸ（Ｌ）＝６ｅ９×Ｌ−２．９６（Ｗ／ｍ） ・・・（７）
という関係を有する。
【００５７】
なお、（７）式は、次のように一般化した式として管理可能である。
ＷＸ（Ｌ）＝Ａ×ＬＢ （Ａ，Ｂは係数） ・・・（８）
【００５８】
この、外部熱等発生熱量ＷＸ、地表からこの熱伝搬によるものや、長手の熱流なども含んだ発生熱を、実験的に便宣的に数式化したものと捉えられる。
【００５９】
よって、導体温度Ｔｃの推定式は以下のとおりとなる。
ＴＣ＝Ｉ２・Ｒａｃ・Ｒ１＋（Ｒ１／２＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ５）・Ｗｄ＋（Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ５）・（１＋ＰＳ）・Ｉ２・Ｒａｃ＋ＷＸ（Ｌ）・Ｒ５＋ＴＯ・・・（９）
【００６０】
【数３】
ここで、
Ｒａｃ：交流導体抵抗（Ω／ｍ）
Ｉ：日負荷変動を考慮した平均負荷電流（Ａ）
Ｉｍａｘ：１日の最大負荷電流（Ａ）
ｔｎ：時間区間（１時間）
Ｉｎ：時間区間における電流（Ａ）
ｍ：２４時間
上式においてＷＸ（Ｌ）およびＲ５については、線路データ（管路配列、ケーブル条数、埋設深さ、管路径等）から適宜求める。
【００６１】
千田鶴見線Ｎｏ．１５ＭＨ―１６ＭＨの線路データ、負荷電流を導体温度推定計算式に代入し、温度推定をした結果を図９に示す。
【００６２】
この図の結果より、夏季においては線路勾配によるホットスポットをよく推定できている。
【００６３】
（８）式〜（１０）式に示すアルゴリズムによれば、負荷が下がり、気温も下がる９月においては、多少過剰評価となるものの、夏季に予測されるホットスポットでの導体温度を、よく推定できているものといえる。
【００６４】
次に、本実施例の方法を実現する装置について説明する。
図１０は、第２の実施例に係わる導体温度推定装置の機能構成図である。この図において、導体温度推定装置１は、情報収集装置２との間で通信回線３を通してデータ通信を行う通信部１２、データの演算処理を行う演算部１１、演算部１１にデータの入力を行う入力部１３、演算部１１から出力されたデータを表示すると共に、ケーブルが許容温度近辺に達した場合に出力を発する表示部１４、および、データを保存する記憶部１５から構成されている。
【００６５】
また、演算部１１は、通信部１２とデータの受渡しを行う送受信処理手段２１、入力部１３および表示部１４とのインタフェース処理を行う入出力処理手段２２、所定の演算条件下でケーブルの導体の温度を演算する導体温度演算手段２３、および、演算条件の係数を補正する係数補正手段２４を備えている。また、記憶部１５は、線路および線路の布設条件に関するデータを保存する線路データファイル３１、ケーブルの電流値を保存する電流値ファイル３２、演算条件である演算式や係数を保存する演算条件ファイル３３、および、導体温度演算手段２３の演算結果を保存する演算結果ファイル３４を備えている。
【００６６】
線路データファイル３１には、各線路の絶縁体熱抵抗Ｒ１、防食層熱抵抗Ｒ２、表面放散熱抵抗Ｒ３、管路・土壌の熱抵抗Ｒ５、交流導体抵抗Ｒａｃ、シース損失率ＰＳ、埋設深さＬ、誘電体損失Ｗｄ、および、基底温度ＴＯが保存されている。なお、管路・土壌の熱抵抗Ｒ５は、（５）式により、事前に計算して保存しておくものとする。
【００６７】
電流値ファイル３２には、図１１に示すように測定月日、測定時刻および線路に流れる電流（時間区間における電流Ｉｎ）が線路ごとに保存されている。
【００６８】
演算条件ファイル３３には、（８）式〜（１０）式、および、係数Ａ、Ｂの値が保存されている。
【００６９】
演算結果ファイル３４には、図１２に示すように図１１に対応した測定月日、測定時刻、および、演算結果である導体温度が保存されている。
【００７０】
上記のファイル３１および３３のデータは、入力部１３から入力される。また、
電力系統のデータを収集する情報収集装置２から電力ケーブルを流れる電流値が通信回線３を介して送られ、通信部１２、送受信処理手段２１を経由して電流値ファイル３２に格納される。なお、この電流値は入力部１３から入力するようにしてもよい。
【００７１】
次に導体温度演算手段２３の動作を説明する。導体温度演算手段２３は、起動されると、まず、演算条件ファイル３３に保存されている（１０）式を抽出し、測定期間における最大負荷電流Ｉｍａｘを求めると共に日負荷変動を考慮した平均負荷電流Ｉを計算する。また、（８）式および線路データファイル３１から埋設深さＬを抽出して、外部等価発熱ＷＸを計算する。そして、演算条件ファイル３３に保存されている（９）式を抽出して、これと平均負荷電流Ｉ、外部等価発熱ＷＸ、および、線路データファイル３１に保存されている各データとを用いて導体温度ＴＣを計算し、この計算結果を演算結果ファイル３４に格納する。演算結果ファイル３４の内容は入出力処理手段２２を通して、表示部１４に表示される。
【００７２】
また、導体温度演算手段２３は、導体温度ＴＣが許容温度付近に達したときは、表示部１４にアラームを出力する。このとき、通信部１２を通して、図示しない制御所等へ警報情報を送信するようにしてもよい。
【００７３】
次に、係数補正手段２４の動作を説明する。まず、第１の実施例の方法等を使用して求めたケーブル導体温度の測定値およびその測定時刻等のデータ（実測データ）が入力部１３から入力される。係数補正手段２４は、この測定値を（９）式のＴＣに入れて、ＷＸを求める。そのプロット値は、図８の×印のようになる。これをべき乗回帰することにより、（８）式の係数Ａ，Ｂを補正し、演算条件ファイル３３に保存する。
【００７４】
本実施例によれば、ケーブルの勾配部のホットスポット位置推定の簡便な手法（定常解析の範囲）による温度推定アルゴリズムにより、実用的な推定が可能になり、また、温度センサによるデータの採取が可能となったときにそのデータを取り込んで係数を修正するので推定の精度を向上させることができる。なお、上記の説明では、季節を通して同じ係数（Ａ，Ｂ）を使用することとしたが、夏季、冬季など季節によって係数を変えるようにしてもよい。
【００７５】
なお、本実施例では、実測データを入力部１３から入力することとしたが、ボタン型温度センサを電源、メモリ機能、温度データ読み取り手段および無線による発信手段を有した独立分散型センサとし、各センサにＩＤ番号を持たせて、管路内に挿入すれば、情報収集装置を介して入力することもできる。また、（８）式の係数Ａ，Ｂの選定にあたっては、ニューラルネットワーク等を用いてパターン認識することも可能である。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電力ケーブルの導体温度推定方法においては、運転中のケーブル導体表面温度を安価かつ簡便な方法で推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例における光町線の温度センサの実装位置を示す管路配置図
【図２】第１の実施例における千田鶴見線の温度センサの実装位置を示す管路配置図
【図３】第１の実施例におけるボタン型温度センサと光ファイバ温度センサの実測値比較図
【図４】第１の実施例における管理長手方向の埋設深さと温度分布を示す図
【図５】第１の実施例におけるケーブル導体温度推定結果の説明図
【図６】第２の実施例における管路内の導体温度を推定する等価回路図であって、図６（ａ）は測定温度がある場合の等価回路図、図６（ｂ）は、測定温度が無い場合の等価回路図
【図７】第２の実施例における外部等価熱源を考慮した等価回路図
【図８】第２の実施例における外部等価発熱量と深さとの関係の説明図
【図９】第２の実施例における管路内導体温度推定結果の説明図
【図１０】第２の実施例における導体温度推定装置の機能構成図
【図１１】図１０の電流値ファイルのデータ構成例の説明図
【図１２】図１０の演算結果ファイルのデータ構成例の説明図
【符号の説明】
１…導体温度推定装置、２…情報収集装置、３…通信回線、１１…演算部、１２…通信部、１３…入力部、１４…表示部、１５…記憶部、２１…送受信処理手段、２２…入出力処理手段、２３…導体温度演算手段、２４…係数補正手段、３１…線路データファイル、３２…電流値ファイル、３３…演算条件ファイル、３４…演算結果ファイル
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中の管路内に布設された電力ケーブルの導体温度を測定あるいは推定する技術に関するものである。
【従来の技術】
一般に、地中ケーブルの送電容量は、建設時の計算により決定しているが、運転開始後のケーブル導体表面温度の測定を行うことが難しいため、実際の送電容量はあまり確認されていないのが現状である。
【０００２】
既存の温度測定方法としては、光ファイバをケーブル管路内に挿入し、温度を常時監視するシステムが開発されている。
【０００３】
たとえば、特開２０００−８８６６６号公報に記載の「地中管路内電力ケーブルの導体温度計算方法及び装置」では、管路内に挿入した光ファイバ分布型温度センサにより測定した管路内の温度と、地中の土壌温度を基に電力ケーブルの導体温度を算出する方法と装置が提案されている。特開２００２−２７１９２９号公報に記載の「導体温度推定方法」では、光ファイバにより電力ケーブル線路の管路内壁温度を計測し、また日負荷電流パターンの通電電流と導体抵抗値等を用いて導体温度を推定する方法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光ファイバを温度センサとして用いる方法は非常に高価になる。また、光損失で距離を算出するため距離分解能に限界があるという問題がある。
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、運転中のケーブル導体表面温度を安価で簡易に測定、推定でき、距離分解能の優れた電力ケーブルの導体温度推定方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明に係わる電力ケーブルの導体温度推定方法は、地中に埋設された管路内電力ケーブルの導体温度を推定する方法であって、電力ケーブルに所定の離隔をもって取り付けられた温度センサを介して温度を測定するステップと、温度センサによる測定温度ＴＰ、絶縁体熱抵抗Ｒ１、防食層熱抵抗Ｒ２、表面放散熱抵抗Ｒ３、導体発熱量ＷＣ、誘導体損失Ｗｄ、および、シース損失ＷＳを用いて導体温度ＴＣを演算するステップとを備えたことを特徴とする。
【０００６】
請求項１記載の発明では、電力ケーブルと一定の間隔を保って温度センサを装着することにより、測定値のばらつきを軽減させる。
【０００７】
請求項２の発明に係わる電力ケーブルの導体温度推定方法では、さらに、所定の離隔は、１ｍｍ以上の離隔であることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明では、測定値のばらつきの軽減効果の高くなる１ｍｍ以上の離隔を確保する。
【０００９】
請求項３の発明に係わる電力ケーブルの導体温度推定方法は、地中に埋設された管路内電力ケーブルの導体温度を推定する方法であって、電力ケーブルに取り付けられたメモリ内蔵式温度センサを介して温度を測定するステップと、温度センサによる測定温度ＴＰ、絶縁体熱抵抗Ｒ１、防食層熱抵抗Ｒ２、表面放散熱抵抗Ｒ３、導体発熱量ＷＣ、誘導体損失Ｗｄ、および、シース損失ＷＳを用いて導体温度ＴＣを演算するステップとを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明では、温度センサとしてメモリ内蔵式温度センサを使用する。これにより、電力ケーブルの発熱位置の温度を直接計測して記憶できるため、距離分解能を向上させることができる。なお、メモリ内蔵式温度センサに電力ケーブルと一定の離隔を保つための媒体を付加するようにすると測定値のばらつきを軽減することができる。
【００１１】
特に、この温度センサとして、（ボタン型）サーミスタ温度センサを用いると、電力ケーブルと容易に離隔がとれ、また耐久性に優れているため悪環境下でも測定精度を維持することが可能である。
【００１２】
請求項４の発明に係わる電力ケーブルの導体温度推定方法は、地中に埋設された管路内電力ケーブルの導体温度を推定する方法であって、管路内挿入用媒体の内側にメモリ内蔵式温度センサを略１メートル間隔で取り付けるステップと、この媒体を管路内へ挿入するステップと、メモリ内蔵式温度センサより測定温度を収集するステップと、測定温度ＴＰを用いて導体温度ＴＣを演算するステップと、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明では、管路内挿入用媒体の内側にボタン型サーミスタ温度センサなどのメモリ内蔵式温度センサを略１メートル間隔で取り付けるので、光ファイバ温度センサと比較して同程度の温度精度を有し、また設置された場所の温度を計測するため光ファイバ温度センサよりも距離分解能が向上する。
【００１４】
ここで、管路内挿入用媒体とは、管路挿入用のフレキシブル管あるいはチューブなどの媒体一般を意味する。
【００１５】
請求項５の発明に係わる電力ケーブルの導体温度推定方法は、地中に埋設された管路内電力ケーブルの導体温度を推定する方法であって、外部等価熱源ＷＸを用いて導体温度ＴＣを演算することを特徴とする。
【００１６】
請求項５記載の発明では、導体温度推定の等価回路に外部等価熱源を加えることにより、測定温度が得られない場合でも精度の高い推定が可能となる。
【００１７】
特に、表面放散熱抵抗Ｒ３と管路・土壌の熱抵抗Ｒ５の間に外部等価熱源ＷＸを挿入するようにするとよい。
【００１８】
請求項６の発明に係わる電力ケーブルの導体温度推定方法は、地中に埋設された管路内電力ケーブルの導体温度を推定する方法であって、外部等価熱源ＷＸ、絶縁体熱抵抗Ｒ１、防食層熱抵抗Ｒ２、表面放散熱抵抗Ｒ３、管路・土壌の熱抵抗Ｒ５、交流導体抵抗Ｒａｃ、平均負荷電流Ｉ、誘導体損失Ｗｄ、および、基底温度ＴＯを用いて導体温度ＴＣを演算することを特徴とする。
【００１９】
請求項７の発明に係わる電力ケーブルの導体温度推定方法では、さらに、外部等価熱源ＷＸの発熱量は、電力ケーブルの埋設深さの関数であることを特徴とする。
【００２０】
請求項８の発明に係わる電力ケーブルの導体温度推定方法では、さらに、外部等価熱源ＷＸの発熱量は、Ａ×ＬＢ（Ｌ：電力ケーブルの埋設深さ、Ａ，Ｂ：係数）の項を含むＬの関数であることを特徴とする。
【００２１】
請求項８記載の発明では、外部等価熱源ＷＸをＡ×ＬＢの形式の電力ケーブルの埋没深さＬの関数とすることで精度の高い導体温度推定が可能となる。
【００２２】
請求項９の発明に係わる電力ケーブルの導体温度推定装置は、地中に埋設された管路内電力ケーブルの導体温度を演算する装置であって、線路データを記憶する線路データファイルと、ケーブルの電流値を記憶する電流値ファイルと、推定アルゴリズムを保存した演算条件ファイルと、各ファイルのデータを用いて導体温度を演算する手段と、当該演算結果を記憶する演算結果ファイルと、導体温度に関する実測データを入力する手段と、この実測データと演算結果ファイルのデータを用いて、推定アルゴリズムを変更する手段とを備えたことを特徴とする。
【００２３】
請求項９記載の発明では、推定アルゴリズムに対して、実測データをもとに変更を行う。特に、推定アルゴリズムにおいて、Ａ×ＬＢの形式で表される外部等価熱源ＷＸの係数Ａ，Ｂを実測データに基づいて変更するようにすれば、簡便でより精度の高い推定が可能になる。
【００２４】
ここで、「導体温度に関する実測データ」とは、ケーブル表面温度の実測データの他、それを推定することのできる他の実測データも含む趣旨である。
【００２５】
請求項１０の発明に係わる電力ケーブルの導体温度推定装置では、さらに、季節情報を保存する手段と、季節情報に基づいて推定アルゴリズムを切り替える手段を有することを特徴とする。
【００２６】
特に、推定アルゴリズムにおいて、Ａ×ＬＢの形式で表される外部等価熱源ＷＸの係数Ａ，Ｂを季節情報により変えるようにすると簡便で、より精度の高い推定が可能となる。ここで、「季節情報」とはいわゆる暦（カレンダー）情報を意味する。
【００２７】
請求項１１の発明に係わるプログラムは、地中に埋設された管路内電力ケーブルの導体温度を演算するプログラムであって、線路データ、ケーブルの電流値、および、推定アルゴリズムを保存する処理と、保存した各データを用いて導体温度を演算する処理と、当該演算結果を保存する処理と、導体温度に関する実測データを入力する処理と、この実測データと演算結果を用いて推定アルゴリズムを変更する処理とを備えたことを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
つぎに、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。
【００２９】
【実施例】
（第１の実施例）
以下、第１の実施例による電力ケーブルの導体温度推定方法を説明する。
【００３０】
まず、電力ケーブル（以下、ケーブルという）の導体表面温度を測定するセンサとして、光ファイバ温度センサに比べて安価なボタン型サーミスタ温度センサ（以下、ボタン型温度センサという）を用いた。
【００３１】
次に、ボタン型温度センサをケーブルに引き入れる際、波付硬質ポリエチレン管（以下、蛇腹管という）を裂き、そこからボタン型温度センサを挿入し蛇腹管内側の側面に装着した。ボタン型温度センサは、蛇腹管内に１ｍごとに装着した。
【００３２】
管路長手方向の温度分布特性を解明することを目的とし、１１０ｋＶ千田鶴見線において、ボタン型温度センサを使用し、ケーブル導体表面温度測定を実施した。
【００３３】
なお、ケーブル布設管路へのセンサ挿入には限界があるため、測定区間全体の温度分布を把握できるように空き管路内にセンサ挿入を実施した。
【００３４】
１１０ｋＶ光町線では、１１０ｋＶ光町線の洞道からＮｏ．１２マンホール（以下、ＭＨという）方向にて、平成１２年８月から平成１２年１０月まで実施した。表２に測定線路の概要を、表３に測定機器配置を、図１に管路配置図を示す。
【００３５】
図１において、光ファイバ温度センサは、電力ケーブル（光町線１Ｌ、光町線２Ｌ）から約４００ｍｍ離れた空き管路内に挿入した。また、電力ケーブルの管路内には、ボタン型温度センサと光ファイバ温度センサを挿入した。
【００３６】
１１０ｋＶ千田鶴見線では、１１０ｋＶ千田鶴見線のＮｏ．１５ＭＨからＮｏ．１６ＭＨ方向にて、平成１３年８月から平成１３年１０月まで実施した。表４に測定線路の概要を、表５に測定機器配置を、図２に管路配置図を示す。
【００３７】
図２において、千代田鶴見線の管路内およびそこから約４００ｍｍ離れた空き管路内にボタン型温度センサを挿入した。
【００３８】
次に、ボタン型サーミスタ温度センサと光ファイバ温度センサとの測定結果の比較を図３に、管路長手方向の増設深さと温度分布の関係を図４に示す。
【００３９】
まず、図３より、往来の光ファイバ温度センサによる測定と、ボタン型サーミスタ温度センサ測定との誤差は約１℃以内であり、実用性は十分であることが分かった。
【００４０】
また、図４により、管路長手方向の温度分布は、管路勾配がついており最浅部でホットスポット（光町線：洞道より約１７ｍ位置、千田鶴見線：Ｎｏ．１５ＭＨより約５ｍ位置）が発生した。この最浅部でのホットスポット発生の原因は、下水道、日射等の外的な要因ではなく、発熱体のある既設管路では、負荷ケーブルの発熱によって管路内の空気が暖められ、暖められた空気の熱だまりになっているか、土壌の熱容量で温度が下がりにくくなっているという要因のいずれかであると考えられる。
【００４１】
次に、定常解析、非定常解析にて、ケーブル導体温度を推定した。結果を図５に示す。推定値は、良好な結果を示しており、非定常解析、定常解析ともに大きな誤差は見られない。
【００４２】
本実施例によれば、ボタン型温度センサを用いたので、距離分解能が高く、約１ｍ間隔で配置することにより、光ファイバ温度センサを使用した場合と同程度の精度を有し、距離分解能は設置位置の温度を測定するため管勾配箇所などの温度分布が正確に得られる。これにより、コンピュータを用いて下記（１）式で表されるような定常解析を実行することにより安価で実用的な電力ケーブルの導体温度の推定が可能となる。
【００４３】
また、蛇腹管内にボタン型温度センサを挿入することとしたので、ケーブル表面にセンサを直接装着する方法に比べて、ケーブル表面の表面放散による熱勾配のためセンサの密着度による測定結果の変動を防止し、ケーブルとの離隔を安定的に保つことで測定値のバラツキを軽減することが可能となる。
【００４４】
特に従来の光ファイバ温度センサを用いる方式では、通常１ｍ〜２ｍ程度の距離分解能（個々の製品仕様により異なる）であるが、本実施例によれば、管路布設図等から予め温度が高いと考えられる管路頂部等にセンサが来るように挿入できるため、光ファイバ温度センサを用いる方式に比べ距離分解能は高くなる。
【００４５】
（第２の実施例）
次に第２の実施例を説明する。本実施例では、主に温度センサによる測定ができない場合に、その測定データによらず電力ケーブルの導体温度を推定する方法を説明する。
【００４６】
まず、推定対象のケーブルが布設された管路内の導体温度を推定する等価回路は一般的に図６のようになっている。ここで、図６（ａ）は、測定温度がある場合の等価回路であり、図６（ｂ）は測定温度が無い場合の等価回路である。
【００４７】
図６（ａ）の等価回路より計算される導体温度ＴＣは、次の（１）式で表される。
ＴＣ＝ＷＣ・ＲＡ＋Ｗｄ・ＲＢ＋ＷＳ・ＲＣ＋ＴＰ ・・・（１）
ここで、
Ｒ１：絶縁体熱抵抗、Ｒ２：防食層熱抵抗、Ｒ３：表面放散熱抵抗
ＲＡ＝Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３（Ｋ・ｍ／Ｗ）
ＲＢ＝Ｒ１／２＋Ｒ２＋Ｒ３（Ｋ・ｍ／Ｗ）
ＲＣ＝Ｒ２＋Ｒ３（Ｋ・ｍ／Ｗ）
ＷＣ：導体発熱量（Ｗ／ｍ）
Ｗｄ：誘電体損失（Ｗ／ｍ）
ＷＳ：シース損失（Ｗ／ｍ）
ＷＳ＝ＰＳ・Ｗｃ
ただし、ＰＳ：シース損失率
ＴＰ：測定温度（℃）
である。
【００４８】
次に図６（ｂ）の等価回路から計算される方程式は、（２）式となる。
ＴＣ＝ＷＣ・（ＲＡ＋ＲＸ）＋Ｗｄ・（ＲＢ＋ＲＸ）＋ＷＳ・（ＲＣ＋ＲＸ）＋ＴＯ ・・・（２）
ここで、
ＲＸ：土壌・管路の熱抵抗（Ｋ・ｍ／Ｗ）
ＴＯ：基底温度（℃）
よって、（１）式、（２）式より、土壌・管路の熱抵抗ＲＸは、次式となる。
【００４９】
【数１】
【００５０】
しかしながら、これで求めたＲｘは、夜間と昼間で温度にそれほど変化が現れないのに対し、負荷の変動があるため振幅する結果となる。本来ＲＸは時間変化が無く一定の値をとるもので、勾配部のホットスポット位置の温度推定に適用するのは妥当ではないと考えられる。
【００５１】
このため、管勾配あるいは地表面からの距離に相当する温度変化を考慮するために、図７に示すようにＡ点で管勾配や周りの土壌温度による外部等価熱源ＷＸが加わっているものと仮定した。すなわち、管勾配や周りの土壌の熱容量等による等価的な熱源が存在し、それによる温度上昇があったとしてモデル化を行った。
【００５２】
図７の等価回路をもとに導体温度ＴＣは、以下の式で表される。
ＴＣ＝ＷＣ・（ＲＡ＋Ｒ５）＋Ｗｄ・（ＲＢ＋Ｒ５）＋ＷＳ・（ＲＣ＋Ｒ５）＋ＷＸ・Ｒ５＋ＴＯ・・・（４）
ここで、
ＷＣ：導体発熱量（Ｗ／ｍ）
Ｗｄ：誘電体損失（Ｗ／ｍ）
ＷＳ：シース損失（Ｗ／ｍ）
ＷＳ＝ＰＳ・Ｗｃ
ただし、ＰＳ：シース損失率
ＷＸ：外部等価発熱（Ｗ／ｍ）
Ｒ５：管路・土壌の熱抵抗。ただし、ｇ＝１（Ｋ・ｍ／Ｗ）
ＴＯ：基底温度（℃）
ＲＡ、ＲＢ、Ｒｃは、前述の記号と同じ意味である。
【００５３】
ここで、土壌の熱抵抗は、基本的に設計で使われるレベルのものであるとして、管路・土壌の熱抵抗Ｒ５は、ＪＣＳ１６８号Ｅを利用し、次式となる。
【００５４】
【数２】
ｄ７：管路直径（ｍｍ）
ｇ：土壌・管路を平均した固有熱抵抗
＝１（Ｋ・ｍ／Ｗ）＝１００（Ｋ・ｃｍ／Ｗ）
Ｌｍ：ｍ番目ケーブルの地表面よりケーブル中心までの深さ（ｍｍ）
ＬＯ：熱抵抗を求める基準ケーブルの地表面よりケーブル中心までの深さ（ｍｍ）
ＭＣ：管路布設における１孔中のケーブル条数
ＮＣ：ケーブルの入っている孔数
Ｘｍ：基準ケーブルとｍ番目のケーブルとの中心距離（ｍｍ）
η２：土壌熱抵抗の低減率
よって、外部等価発熱ＷＸは、（２）式と（４）式より、
【００５５】
ＷＸ＝（ＷＣ＋Ｗｄ＋ＷＳ）×（ＲＸ−Ｒ５）／Ｒ５ ・・・（６）
で求められる。ただし、導体発熱は平均発熱を考慮することとした。
【００５６】
計算結果のグラフを図８に示す。この図は、外部等価発熱量と深さとの関係を表したグラフで、固有熱抵抗ｇ＝１００の場合のグラフである。この熱量は、埋設深さＬ（ｍｍ）とよい相関があり、べき乗回帰すると、
ＷＸ（Ｌ）＝６ｅ９×Ｌ−２．９６（Ｗ／ｍ） ・・・（７）
という関係を有する。
【００５７】
なお、（７）式は、次のように一般化した式として管理可能である。
ＷＸ（Ｌ）＝Ａ×ＬＢ （Ａ，Ｂは係数） ・・・（８）
【００５８】
この、外部熱等発生熱量ＷＸ、地表からこの熱伝搬によるものや、長手の熱流なども含んだ発生熱を、実験的に便宣的に数式化したものと捉えられる。
【００５９】
よって、導体温度Ｔｃの推定式は以下のとおりとなる。
ＴＣ＝Ｉ２・Ｒａｃ・Ｒ１＋（Ｒ１／２＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ５）・Ｗｄ＋（Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ５）・（１＋ＰＳ）・Ｉ２・Ｒａｃ＋ＷＸ（Ｌ）・Ｒ５＋ＴＯ・・・（９）
【００６０】
【数３】
Ｒａｃ：交流導体抵抗（Ω／ｍ）
Ｉ：日負荷変動を考慮した平均負荷電流（Ａ）
Ｉｍａｘ：１日の最大負荷電流（Ａ）
ｔｎ：時間区間（１時間）
Ｉｎ：時間区間における電流（Ａ）
ｍ：２４時間
上式においてＷＸ（Ｌ）およびＲ５については、線路データ（管路配列、ケーブル条数、埋設深さ、管路径等）から適宜求める。
【００６１】
千田鶴見線Ｎｏ．１５ＭＨ―１６ＭＨの線路データ、負荷電流を導体温度推定計算式に代入し、温度推定をした結果を図９に示す。
【００６２】
この図の結果より、夏季においては線路勾配によるホットスポットをよく推定できている。
【００６３】
（８）式〜（１０）式に示すアルゴリズムによれば、負荷が下がり、気温も下がる９月においては、多少過剰評価となるものの、夏季に予測されるホットスポットでの導体温度を、よく推定できているものといえる。
【００６４】
次に、本実施例の方法を実現する装置について説明する。
図１０は、第２の実施例に係わる導体温度推定装置の機能構成図である。この図において、導体温度推定装置１は、情報収集装置２との間で通信回線３を通してデータ通信を行う通信部１２、データの演算処理を行う演算部１１、演算部１１にデータの入力を行う入力部１３、演算部１１から出力されたデータを表示すると共に、ケーブルが許容温度近辺に達した場合に出力を発する表示部１４、および、データを保存する記憶部１５から構成されている。
【００６５】
また、演算部１１は、通信部１２とデータの受渡しを行う送受信処理手段２１、入力部１３および表示部１４とのインタフェース処理を行う入出力処理手段２２、所定の演算条件下でケーブルの導体の温度を演算する導体温度演算手段２３、および、演算条件の係数を補正する係数補正手段２４を備えている。また、記憶部１５は、線路および線路の布設条件に関するデータを保存する線路データファイル３１、ケーブルの電流値を保存する電流値ファイル３２、演算条件である演算式や係数を保存する演算条件ファイル３３、および、導体温度演算手段２３の演算結果を保存する演算結果ファイル３４を備えている。
【００６６】
線路データファイル３１には、各線路の絶縁体熱抵抗Ｒ１、防食層熱抵抗Ｒ２、表面放散熱抵抗Ｒ３、管路・土壌の熱抵抗Ｒ５、交流導体抵抗Ｒａｃ、シース損失率ＰＳ、埋設深さＬ、誘電体損失Ｗｄ、および、基底温度ＴＯが保存されている。なお、管路・土壌の熱抵抗Ｒ５は、（５）式により、事前に計算して保存しておくものとする。
【００６７】
電流値ファイル３２には、図１１に示すように測定月日、測定時刻および線路に流れる電流（時間区間における電流Ｉｎ）が線路ごとに保存されている。
【００６８】
演算条件ファイル３３には、（８）式〜（１０）式、および、係数Ａ、Ｂの値が保存されている。
【００６９】
演算結果ファイル３４には、図１２に示すように図１１に対応した測定月日、測定時刻、および、演算結果である導体温度が保存されている。
【００７０】
上記のファイル３１および３３のデータは、入力部１３から入力される。また、
電力系統のデータを収集する情報収集装置２から電力ケーブルを流れる電流値が通信回線３を介して送られ、通信部１２、送受信処理手段２１を経由して電流値ファイル３２に格納される。なお、この電流値は入力部１３から入力するようにしてもよい。
【００７１】
次に導体温度演算手段２３の動作を説明する。導体温度演算手段２３は、起動されると、まず、演算条件ファイル３３に保存されている（１０）式を抽出し、測定期間における最大負荷電流Ｉｍａｘを求めると共に日負荷変動を考慮した平均負荷電流Ｉを計算する。また、（８）式および線路データファイル３１から埋設深さＬを抽出して、外部等価発熱ＷＸを計算する。そして、演算条件ファイル３３に保存されている（９）式を抽出して、これと平均負荷電流Ｉ、外部等価発熱ＷＸ、および、線路データファイル３１に保存されている各データとを用いて導体温度ＴＣを計算し、この計算結果を演算結果ファイル３４に格納する。演算結果ファイル３４の内容は入出力処理手段２２を通して、表示部１４に表示される。
【００７２】
また、導体温度演算手段２３は、導体温度ＴＣが許容温度付近に達したときは、表示部１４にアラームを出力する。このとき、通信部１２を通して、図示しない制御所等へ警報情報を送信するようにしてもよい。
【００７３】
次に、係数補正手段２４の動作を説明する。まず、第１の実施例の方法等を使用して求めたケーブル導体温度の測定値およびその測定時刻等のデータ（実測データ）が入力部１３から入力される。係数補正手段２４は、この測定値を（９）式のＴＣに入れて、ＷＸを求める。そのプロット値は、図８の×印のようになる。これをべき乗回帰することにより、（８）式の係数Ａ，Ｂを補正し、演算条件ファイル３３に保存する。
【００７４】
本実施例によれば、ケーブルの勾配部のホットスポット位置推定の簡便な手法（定常解析の範囲）による温度推定アルゴリズムにより、実用的な推定が可能になり、また、温度センサによるデータの採取が可能となったときにそのデータを取り込んで係数を修正するので推定の精度を向上させることができる。なお、上記の説明では、季節を通して同じ係数（Ａ，Ｂ）を使用することとしたが、夏季、冬季など季節によって係数を変えるようにしてもよい。
【００７５】
なお、本実施例では、実測データを入力部１３から入力することとしたが、ボタン型温度センサを電源、メモリ機能、温度データ読み取り手段および無線による発信手段を有した独立分散型センサとし、各センサにＩＤ番号を持たせて、管路内に挿入すれば、情報収集装置を介して入力することもできる。また、（８）式の係数Ａ，Ｂの選定にあたっては、ニューラルネットワーク等を用いてパターン認識することも可能である。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電力ケーブルの導体温度推定方法においては、運転中のケーブル導体表面温度を安価かつ簡便な方法で推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例における光町線の温度センサの実装位置を示す管路配置図
【図２】第１の実施例における千田鶴見線の温度センサの実装位置を示す管路配置図
【図３】第１の実施例におけるボタン型温度センサと光ファイバ温度センサの実測値比較図
【図４】第１の実施例における管理長手方向の埋設深さと温度分布を示す図
【図５】第１の実施例におけるケーブル導体温度推定結果の説明図
【図６】第２の実施例における管路内の導体温度を推定する等価回路図であって、図６（ａ）は測定温度がある場合の等価回路図、図６（ｂ）は、測定温度が無い場合の等価回路図
【図７】第２の実施例における外部等価熱源を考慮した等価回路図
【図８】第２の実施例における外部等価発熱量と深さとの関係の説明図
【図９】第２の実施例における管路内導体温度推定結果の説明図
【図１０】第２の実施例における導体温度推定装置の機能構成図
【図１１】図１０の電流値ファイルのデータ構成例の説明図
【図１２】図１０の演算結果ファイルのデータ構成例の説明図
【符号の説明】
１…導体温度推定装置、２…情報収集装置、３…通信回線、１１…演算部、１２…通信部、１３…入力部、１４…表示部、１５…記憶部、２１…送受信処理手段、２２…入出力処理手段、２３…導体温度演算手段、２４…係数補正手段、３１…線路データファイル、３２…電流値ファイル、３３…演算条件ファイル、３４…演算結果ファイル
Claims (11)
- 地中に埋設された管路内電力ケーブルの導体温度を推定する方法であって、電力ケーブルに所定の離隔をもって取り付けられた温度センサを介して温度を測定するステップと、前記温度センサによる測定温度ＴＰ、絶縁体熱抵抗Ｒ１、防食層熱抵抗Ｒ２、表面放散熱抵抗Ｒ３、導体発熱量ＷＣ、誘導体損失Ｗｄ、および、シース損失ＷＳを用いて導体温度ＴＣを演算するステップと、を備えたことを特徴とする電力ケーブルの導体温度推定方法。
- 前記所定の離隔は、１ｍｍ以上の離隔であることを特徴とする請求項１記載の電力ケーブルの導体温度推定方法。
- 地中に埋設された管路内電力ケーブルの導体温度を推定する方法であって、電力ケーブルに取り付けられたメモリ内蔵式温度センサを介して温度を測定するステップと、前記温度センサによる測定温度ＴＰ、絶縁体熱抵抗Ｒ１、防食層熱抵抗Ｒ２、表面放散熱抵抗Ｒ３、導体発熱量ＷＣ、誘導体損失Ｗｄ、および、シース損失ＷＳを用いて導体温度ＴＣを演算するステップと、を備えたことを特徴とする電力ケーブルの導体温度推定方法。
- 地中に埋設された管路内電力ケーブルの導体温度を推定する方法であって、管路内挿入用媒体の内側にメモリ内蔵式温度センサを略１メートル間隔で取り付けるステップと、前記媒体を管路内へ挿入するステップと、前記メモリ内蔵式温度センサより測定温度を収集するステップと、前記測定温度ＴＰを用いて導体温度ＴＣを演算するステップと、を備えたことを特徴とする電力ケーブルの導体温度推定方法。
- 地中に埋設された管路内電力ケーブルの導体温度を推定する方法であって、外部等価熱源ＷＸを用いて導体温度ＴＣを演算することを特徴とする電力ケーブルの導体温度推定方法。
- 地中に埋設された管路内電力ケーブルの導体温度を推定する方法であって、外部等価熱源ＷＸ、絶縁体熱抵抗Ｒ１、防食層熱抵抗Ｒ２、表面放散熱抵抗Ｒ３、管路・土壌の熱抵抗Ｒ５、交流導体抵抗Ｒａｃ、平均負荷電流Ｉ、誘導体損失Ｗｄ、および、基底温度ＴＯを用いて導体温度ＴＣを演算することを特徴とする電力ケーブルの導体温度推定方法。
- 前記外部等価熱源ＷＸの発熱量は、電力ケーブルの埋設深さの関数であることを特徴とする請求項５または６記載の電力ケーブルの導体温度推定方法。
- 前記外部等価熱源ＷＸの発熱量は、Ａ×ＬＢ（Ｌ：電力ケーブルの埋設深さ、Ａ，Ｂ：係数）の項を含む関数であることを特徴とする請求項７記載の電力ケーブルの導体温度推定方法。
- 地中に埋設された管路内電力ケーブルの導体温度を演算する装置であって、線路データを記憶する線路データファイルと、ケーブルの電流値を記憶する電流値ファイルと、推定アルゴリズムを保存した演算条件ファイルと、前記各ファイルのデータを用いて導体温度を演算する手段と、当該演算結果を記憶する演算結果ファイルと、導体温度に関する実測データを入力する手段と、この実測データと前記演算結果ファイルのデータを用いて、前記推定アルゴリズムを変更する手段と、を備えたことを特徴とする電力ケーブルの導体温度推定装置。
- 季節情報を保存する手段と、前記季節情報に基づいて前記推定アルゴリズムを切り替える手段を有することを特徴とする請求項９記載の電力ケーブルの導体温度推定装置。
- 地中に埋設された管路内電力ケーブルの導体温度を演算するプログラムであって、線路データ、ケーブルの電流値、および、推定アルゴリズムを保存する処理と、前記保存した各データを用いて導体温度を演算する処理と、当該演算結果を保存する処理と、導体温度に関する実測データを入力する処理と、この実測データと前記演算結果を用いて前記推定アルゴリズムを変更する処理と、を備えたことを特徴とするプログラム。
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