JP2016524130A - 電気導体の温度監視システム - Google Patents

Abstract

少なくとも（半）導電層（１３）内に封入される電気導体（３１）の温度監視システムであって、温度監視システムは、受動性誘導ユニット（２０）並びに送受信ユニット（４０）及び制御ユニット（５０）を備える。受動性誘導ユニット（２０）は、少なくとも１つの温度感知コンポーネントを含み、電気導体（３１）の温度によって変化する共振周波数及び／又はＱ値を有するように構成される。送受信ユニット（４０）は、受動性誘導ユニット（２０）に電磁結合されるように構成され、かつ受動性誘導ユニット（２０）の共振周波数及び／又はＱ値を表す信号を送出するように構成される。送受信ユニット（４０）は、制御ユニット（５０）と通信するように更に構成され、その制御ユニット（５０）は、共振周波数及びＱ値の一方又は双方を表す信号を確認し、その確認した共振周波数及びＱ値の一方又は双方を表す信号に基づいて、電気導体（３１）の温度の値を決定する。【選択図】 図１１

Description

本発明は、概して、電気導体の温度監視システムに関し、特に、少なくとも（半）導電層内に封入される電気導体、例えば、高電圧配電システムにおける送電用ケーブルの電気導体、の温度監視システムに関する。

高電圧配電システムは、現代社会において、重要な役割を担っている。安全と安心は、かかる高電圧配電システムの「健康」に関して、常に考慮すべき要素である。したがって、高電圧配電システムの「健康」の監視を可能とするシステムが存在すべきである。

高電圧配電システムにおいて、電気ケーブルの導体の温度は、ケーブルが伝送する電流が増大するにつれ、上昇する。したがって、かかるシステムの「健康」は、例えば、このようなシステムの弱点となり得るケーブルの接合部又は連結部において、作動中の電気導体の温度を監視することにより評価できる。一般に、ケーブルの接合部又は連結部を通って流れる通常電流は、最大摂氏約９０度の温度を作り出し得る。ケーブルの接合部又は連結部の温度がその温度を越えて上昇する場合には、この配電システムに異常がある恐れがあるという指標となり得る。一方、既存の配電システムが最大の電流容量であるかどうか、既存のシステムを使って追加電力を確実に配電できるかどうか、又は追加のインフラ支出が必要かどうか、を知るのにもまた有用である。

高電圧配電システムにおける作動中の電力ケーブル、並びにケーブルの接合部及び連結部は、典型的には、いくつかの絶縁層及び（半）導電層によって絶縁かつ保護され、一般的に地下に埋設される、又は頭上高くにある。それゆえに、作動中の電気導体の温度を、例えば、ケーブルの接合部又は連結部で直接監視することは、容易ではない。

本明細書で使用されるとき、
「（半）導電」は、特定の構造によって、層が半導電性又は導電性になり得ることを示している。
２つの物体間の「熱接触」は、物体が互いに、エネルギーを熱の形で交換できることを意味する。
２つの物体間の「直接接触」は、物理的接触を意味する。

図１は、一種の標準的な高電圧ケーブルの接合アセンブリ３０を図示しており、電気ケーブル１０の２つの箇所が接合されている。図１に示すように、電気ケーブル１０は、電気導体３１と、絶縁層３３と、（半）導電層３５と、を備える。コネクタ１２は、接合された電気導体３１を同心的に取り囲む。第１の（半）導電（又は電極）層１３、ここでは金属層、は、接合された電気導体３１とコネクタ１２とを同心的に取り囲み、コネクタ１２及び電気導体３１の周りに遮蔽ファラデーケージを形成する。絶縁層１１（幾何学的ストレス制御部品１６を含む）は、第１の（半）導電層１３を取り囲む。前述の構造は、シールド層及び接地層としての機能を果たす第２の（半）導電層１４、ここでは金属ハウジング、の内側に配設される。樹脂１７は、ポート１８のうちの１つを通って金属ハウジング１４内に注入され、絶縁層１１の周辺を埋める。そして、収縮性スリーブ層１５は、最外層である。

それゆえに、高電圧配電システムなどの、少なくとも（半）導電層に封入される電気導体の温度を監視するための解決策の構築が求められている。

本発明の一態様では、少なくとも第１の（半）導電層内に封入される電気導体の温度監視システムが開示されている。本システムは、受動性誘導ユニット、並びに送受信ユニット及び制御ユニットを含む。本システムは、任意選択的に、制御ユニットを更に含む。受動性誘導ユニットは、少なくとも１つの温度感知コンポーネントを含み、電気導体の温度によって変化する共振周波数及び／又はＱ値を有するように構成される。温度感知コンポーネントは、温度によって変化する特性パラメータを有し、電気導体と熱接触するように成される。送受信ユニットは、受動性誘導ユニットに電磁結合されるように構成され、かつ受動性誘導ユニットの共振周波数及び／又はＱ値を表す信号を送出するように構成される。送受信ユニットは、制御ユニットと通信するように更に構成されており、その制御ユニットは、共振周波数及びＱ値の一方又は双方を表す信号を確認し、その確認した共振周波数及びＱ値の一方又は双方を表す信号に基づいて、電気導体の温度の値を決定する。制御ユニットは、送受信ユニットと通信するように構成され、共振周波数及び／又はＱ値を表す信号を確認し、その確認した共振周波数及び／又はＱ値を表す信号に基づいて、電気導体の温度の値を決定する。

作動中に、電気導体の温度を監視する必要がある場合、制御ユニットは、送受信ユニットに指示信号を送出することができる。送受信ユニットは、一旦指示信号を受信すると、次いで、誘導ユニットに加振信号を送出する。誘導ユニットは、それにより、加振信号の励起によって振動する。送受信ユニットは、誘導ユニットからの発振信号を検出し、次いで、制御ユニットに帰還信号を送出する。発振信号及び帰還信号は、電気導体の温度によって変化する、誘導ユニットの共振周波数及び／又はＱ値を表す情報を含む。それゆえに、制御ユニットは、確認した帰還信号に基づいて、電気導体の温度の値を決定できる。

本開示において、（例えば、コネクタに隣接する）電気導体の温度は、電気導体の温度情報を包含している、受動性誘導ユニットの共振周波数及び／又はＱ値のような別のパラメータの検出を介して、確認される。これに対して、当該技術分野における多くの既存の解決策では、電力ケーブルの外側表面上に載置されている温度センサを使用し、導体の温度を推定している。また、本発明の受動性誘導ユニットは、電力を必要とせず、長い使用寿命を有する受動性電気部品を構成する。それにより、本システムは、長い寿命に関してより高い信頼性を有することができる。

本発明のこれら及び／又は他の態様及び利点は、以下の本発明の好適な実施形態の説明を付属の図面と併せ読むことで明確となり、より容易な理解がなされるであろう。

先行技術のケーブルの接合アセンブリの部分切取概略図である。 本発明の実施形態に係る、電気導体の温度監視システムの概略ブロック図である。 本発明の実施形態に係る、電気導体の温度監視システムのＬ−Ｃループの概略回路図である。 図３に示すＬ−Ｃループにおける、電気導体の温度と、温度感知誘導コイルのインダクタンスと、共振周波数と、の関係を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る、電気導体の温度監視システムのＬ−Ｃループの概略回路図である。 本発明の実施形態に係る、電気導体の温度監視システムのＬ−Ｃループの概略回路図である。 図６に示すＬ−Ｃループにおける、電気導体の温度と、１つの温度感知レジスタの電気抵抗と、共振周波数と、の関係を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る、電気導体の温度監視システムのＬ−Ｃループの概略回路図である。 図８に示すＬ−Ｃループにおける、電気導体の温度と、温度感知レジスタの電気抵抗と、共振周波数と、の関係を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る、電気導体の温度監視システムの概略回路図である。 本発明の実施形態に係る、電気導体の温度監視システムの、ケーブルの接合アセンブリにおける適用例の部分切取概略図である。 本発明の一実施形態に係るシステムの受動性誘導ユニットが適用されている、ケーブルの接合アセンブリにおける電気導体の一部分の断面図である。 図１１のケーブルの接合アセンブリだが、異なる収縮性スリーブ層を有するケーブルの接合アセンブリの一部分の部分断面斜視図である。 本発明の実施形態に係る、電気導体の温度監視システムの、ケーブルの接合アセンブリにおける適用例の部分切取概略図である。 本発明の実施形態に係る、電気導体の温度監視システムの、ケーブルの接合アセンブリにおける適用例の部分切取概略図である。 本発明の実施形態に係る、電気導体の温度監視システムの、ケーブルの接合アセンブリにおける適用例の部分切取概略図である。 本発明の実施形態に係る、電気導体の温度監視システムの、ケーブルの接合アセンブリにおける適用例の部分切取概略図である。 本発明の実施形態に係る、電気導体の温度監視システムの、ケーブルの接合アセンブリにおける適用例の部分切取概略図である。

本発明の範囲は、決して図面の簡単な概略図、構成部品の数、構成部品の材料、構成部品の形状、構成部品の相対配置などに限定されるものではなく、単に実施形態の例示として開示されているものである。

本開示の例示の実施形態は、添付の図面を参照して以下に詳細に記載され、類似の参照番号は類似の部品を示す。本開示はしかしながら、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に説明される実施形態に限定されるべきではなく、むしろ本開示が徹底的かつ完全に、そして十分に本開示の概念を当該技術分野における当業者に伝達するように、本実施形態は提供される。

本開示は、電気ケーブルの、例えば、ケーブルの接合部又は連結部における、電気導体の温度監視システムの実施形態を提供する。一部の実施形態では、かかるシステム及び方法により、ケーブル内の導体の温度を遠隔監視することができる。上述の通り、ケーブルの接合部又は連結部は、高電圧配電システムにおいて最弱の電流容量を有する恐れがあり、電流が過負荷であった場合、故障する可能性がより高くなり得る。本発明の実施形態に係る電気導体の温度監視システムを使用することで、ケーブルの接合部又は連結部内に位置する電気導体の温度を監視することができ、その結果、温度に基づいて、電気導体並びにケーブルの接合部又は連結部が問題なく動いているかどうかの判断が可能となる。

図２は、一実施形態に係る電気導体３１の温度監視システム１００の概略図である。システム１００は、受動性誘導ユニット２０と、送受信ユニット４０と、制御ユニット５０と、を含む。受動性誘導ユニット２０は、後述するように、例えば、温度感知コンデンサ、温度感知インダクタ、温度感知スイッチ、又は温度感知レジスタなど、少なくとも１つの温度感知コンポーネントを含むように構成される。温度感知コンポーネントは、温度によって変化する特性パラメータを有し、例えば、電気導体３１の外面との直接接触を介して、電気導体３１と熱接触するように構成される。受動性誘導ユニット２０は、電気導体３１の温度によって変化する共振周波数及び／又はＱ値を有するように、更に構成される。送受信ユニット４０は、受動性誘導ユニット２０に電磁結合されるように構成され、かつ誘導ユニット２０の共振周波数及び／又はＱ値を表す信号を送出するように構成される。制御ユニット５０は、送受信ユニット４０と通信するように構成され、共振周波数及び／又はＱ値を表す信号を確認し、その確認した共振周波数及び／又はＱ値を表す信号に基づいて、電気導体３１の温度の値を決定する。

作動中に、電気導体３１の温度を監視する必要がある場合、制御ユニット５０は、送受信ユニット４０に指示信号Ｓ１を送出することができる。送受信ユニット４０は、一旦指示信号Ｓ１を受信すると、次いで、誘導ユニット２０に加振信号Ｓ２を送出する。加振信号Ｓ２は、誘導ユニット２０を誘導して、振動させる。送受信ユニット４０は、誘導ユニット２０からの発振信号Ｓ３を検出し、次いで、制御ユニット５０に帰還信号Ｓ４を送出する。発振信号Ｓ３及び帰還信号Ｓ４は、電気導体３１の温度によって変化する、誘導ユニット２０の共振周波数及び／又はＱ値を表す情報を含む。それゆえに、制御ユニット５０は、確認した帰還信号Ｓ４に基づいて、電気導体３１の温度の値を決定できる。

あるいは、図２に図示されるように、システム１００は、エネルギー発電ユニット６０を更に含んでいてもよい。エネルギー発電ユニット６０は、交流電流が電気導体３１を通って流れる際、電気導体３１から電力を発電し、その発電した電力を送受信ユニット４０及び／又は制御ユニット５０に供給するように成される。

一実施形態によると、エネルギー発電ユニット６０は、鉄芯変流器、空芯変流器、又はロゴスキーコイルなどの、図１１に示す誘導コイル６１を備えていてもよい。誘導コイル６１は、第１の（半）導電層１３の外側に、又は、第２の（半）導電層が使用される場合には、その外側に、位置付けられ得る。好ましくは、エネルギー発電ユニット６０は、送受信ユニット４０に発電した電力を提供するために主に使用されてもよく、そのため、エネルギー発電ユニット６０は、送受信ユニット４０が位置する層の外側に位置付けられ得る。したがって、エネルギー発電ユニット６０は、１つ又は２つ以上のワイヤを介して、送受信ユニット４０と電気接続されていてもよい。

あるいは、エネルギー発電ユニット６０は、整流回路を更に含み、発電した電力を、送受信ユニット４０及び／又は制御ユニット５０に合わせて適切に変化させてもよい。

一実施形態では、誘導ユニット２０は、図３に示すＬＣループ２１を含む。ＬＣループ２１は、例えばワイヤを介して、直列に電気接続されている、誘導コイル２１Ｌとコンデンサ２１Ｃとを含む。あるいは、コンデンサ２１Ｃは、温度感知コンポーネント、すなわち、温度感知コンデンサであってもよく、温度によって変化する静電容量を有する。この場合、実際の適用時には、この温度感知コンデンサ２１Ｃは、電気導体３１の外面と熱接触する、又は直接接触することになる。誘導コイル２１Ｌもまた、温度感知コンポーネント、すなわち、温度感知誘導コイルであってもよく、インダクタンスは、温度によって変化する。後者の場合、実際の適用時には、この温度感知誘導コイル２１Ｌは、電気導体３１の外面と熱接触する、又は直接接触することになる。あるいは、コンデンサ２１Ｃ及び誘導コイル２１Ｌの双方が温度感知コンポーネントであってもよい。

Ｌ−Ｃループ２１の共振周波数ｆｒは、下記の公式に従って算出できる。

式中、Ｌは、インダクタンス、例えば誘導コイル２１Ｌのインダクタンスの値を示し、Ｃは、静電容量、例えばコンデンサ２１Ｃの静電容量の値を示す。

実際には、ＬＣループ２１は、多少の抵抗損失、拡散損失、及び／又は吸収損失を有する場合があり、単一の小さい直列抵抗Ｒｓとしてモデル化され得る。かかるＬ−Ｃループ２１のＱ値は、下記の公式に従って算出できる。

ただし、

かつ式中ｆｒは共振周波数を示す。

Ｌ−Ｃループ２１のインダクタンス又は静電容量のいずれかが変化する場合、共振周波数ｆｒ及びＱ値もそれに応じて変化するであろうことがわかる。図３に示す実施形態では、コイル２１Ｌ及びコンデンサ２１Ｃのうち少なくとも１つは、温度感知式であり、電気導体３１の外面と熱接触するように構成されており、この温度感知コイル２１Ｌ及び／又はコンデンサ２１Ｃの温度は、電気導体３１の温度の変化によって変化し、それにより、Ｌ−Ｃループ２１のインダクタンス又は静電容量が変化する。その結果、Ｌ−Ｃループ２１の共振周波数ｆｒ及びＱ値は、電気導体３１の異なる温度によって変化する共振周波数ｆｒ及びＱ値である。

Ｌ−Ｃループ２１は、複数のコンデンサ及び／又は複数の誘導コイルを含んでいてもよいことが理解されよう。誘導コイルは、他のタイプのインダクタと置き換えられてもよい。

図４は、電気導体３１の温度と、温度感知誘導コイル２１Ｌの電気インダクタンスと、Ｌ−Ｃループ２１の共振周波数ｆｒと、の関係を示すグラフである。この関係は、温度感知インダクタコイル２１Ｌがキュリー温度８０度の温度感知フェライトを含み、コンデンサ２１Ｃが一定の静電容量２．６４μＦを有した状態での実験によって決定されている。図４から、電気導体３１の温度が上昇すると、誘導コイル２１Ｌの電気インダクタンスは減少し、Ｌ−Ｃループ２１の共振周波数ｆｒは、それに応じて上昇することがわかる。電気導体３１の温度とＬ−Ｃループ２１の共振周波数ｆｒとの間には、特定の関係が存在する。Ｌ−Ｃループ２１の共振周波数ｆｒを測定する際、電気導体３１の温度は、この特定の関係を使用して決定され得る。

別の実施形態では、受動性誘導ユニット２０は、図５に示すように、互いに並列である複数の容量性分岐２２０と、その複数の容量性分岐２２０と直列に電気接続されている誘導コイル２２Ｌと、を含む、Ｌ−Ｃループ２２を含む。複数の容量性分岐２２０のそれぞれは、コンデンサ２２Ｃ（すなわち、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、．．．、Ｃｎ）と、直列に電気接続されている温度感知スイッチ２２Ｓ（すなわち、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、．．．、Ｓｎ）と、を含む。実際のところ、エネルギーバランスを考慮すると、複数の容量性分岐２２０と並列に電気接続されている別個のコンデンサＣＢであってもよい。あるいは、それぞれのコンデンサ２２Ｃは、一定の静電容量を有する。それぞれの温度感知スイッチ２２Ｓは、固有のスイッチオン温度及び／又は固有のスイッチオフ温度を有する。これらのスイッチオン又はスイッチオフ温度同士は、連続した重複しない温度領域を構成し、電気導体３１が特定の温度サブ領域にある際、温度感知スイッチ２２Ｓの少なくとも１つのスイッチは、スイッチオン状態にあり、対応する容量性分岐２２０を誘導コイル２２Ｌと直列に電気接続させることができる。したがって、例えば、摂氏８５度〜摂氏９０度の特定の温度サブ領域において、Ｌ−Ｃループ２２は、固有の静電容量を有し、その結果、Ｌ−Ｃループ２２は、固有の共振周波数ｆｒ及び／又はＱ値を有する。実際の適用時には、複数の温度感知スイッチ２２Ｓは、電気導体３１の外面と熱接触する、又は直接接触することになるため、スイッチ２２Ｓの温度は、電気導体３１の温度と同じである。

別の実施形態では、受動性誘導ユニット２０は、図６に示すＬ−Ｃループ２３を含む。Ｌ−Ｃループ２３は、直列に電気接続されている誘導コイル２３Ｌと第１のコンデンサ２３Ｃ１とを含み、温度感知レジスタ２３Ｒは、第１のコンデンサ２３Ｃ１及び誘導コイル２３Ｌと並列に接続される。温度感知レジスタ２３Ｒは、温度によって変化する抵抗を有するように構成される。更に、第２のコンデンサ２３Ｃ２は、温度感知レジスタ２３Ｒと直列に接続されてもよい。温度感知レジスタ２３Ｒは、実際の適用時には、電気導体３１の外面と熱接触するように構成される。簡易化のために、好ましくは、誘導コイル２３Ｌ、第１のコンデンサ２３Ｃ１、及び第２のコンデンサ２３Ｃ２は、温度非感知コンポーネントであってもよい。

図７は、図６に示す実施形態に係る、電気導体３１の温度と、Ｌ−Ｃループ２３における温度感知レジスタ２３Ｒの電気抵抗と、Ｌ−Ｃループ２３の共振周波数と、の関係を示すグラフである。図７において、Ｘ軸は、電気導体３１の温度を表し、左Ｙ軸は、温度感知レジスタ２３Ｒの抵抗を表し、右Ｙ軸は、Ｌ−Ｃループ２３の共振周波数を表す。図７から、電気導体３１の温度が上昇すると、温度感知レジスタ２３Ｒの抵抗は減少し、Ｌ−Ｃループ２３の共振周波数ｆｒは、それに応じて減少することがわかる。電気導体３１の温度とＬ−Ｃループ２３の共振周波数ｆｒとの間には、特定の関係が存在する。Ｌ−Ｃループ２３の共振周波数ｆｒを測定する際、電気導体３１の温度は、この特定の関係を使用して決定され得る。

別の実施形態では、受動性誘導ユニット２０は、図８に示すように、Ｌ−Ｃループ２４を含む。Ｌ−Ｃループ２４は、図６に示すＬ−Ｃループ２３を少し変化させた変更例である。Ｌ−Ｃループ２４は、直列に電気接続されている第１の誘導コイル２４Ｌ１とコンデンサ２４Ｃとを含み、温度感知レジスタ２４Ｒは、コンデンサ２４Ｃ及び第１の誘導コイル２４Ｌ１と並列に接続される。温度感知レジスタ２４Ｒは、温度によって変化する抵抗を有するように構成される。更に、第２のインダクタ２４Ｌ２は、温度感知レジスタ２４Ｒと直列に接続される。温度感知レジスタ２４Ｒは、実際の適用時には、電気導体３１の外面と熱接触するように構成される。簡易化のために、好ましくは、第１の誘導コイル２４Ｌ１、第２のコンデンサ誘導コイル２４Ｌ２、及びコンデンサ２４Ｃは、温度非感知コンポーネントであってもよい。

図９は、図８に示す実施形態に係る、電気導体３１の温度と、Ｌ−Ｃループ２４における温度感知レジスタ２４Ｒの電気抵抗と、Ｌ−Ｃループ２４の共振周波数と、の関係を示すグラフである。図９において、Ｘ軸は、電気導体３１の温度を表し、左Ｙ軸は、温度感知レジスタ２３Ｒの抵抗を表し、右Ｙ軸は、Ｌ−Ｃループ２３の共振周波数を表す。図９から、電気導体３１の温度が上昇すると、温度感知レジスタ２４Ｒの抵抗は減少し、Ｌ−Ｃループ２４の共振周波数ｆｒは、それに応じて上昇することがわかる。電気導体３１の温度とＬ−Ｃループ２４の共振周波数ｆｒとの間には、特定の関係が存在する。Ｌ−Ｃループ２４の共振周波数ｆｒを測定する際、電気導体３１の温度は、この特定の関係を使用して決定され得る。

図６及び図８に示す実施形態の通り、受動性誘導ユニット２０の共振周波数及び／又はＱ値はまた、温度感知レジスタの抵抗の変化に基づいて確認することができる。

別の態様では、上に開示したＬ−Ｃループ２１、２２、２３、２４のほかに、受動性誘導ユニット２０は、信号送受信コンポーネントを更に含んでもよく、その信号送受信コンポーネントは、例えば、Ｌ−Ｃループと送受信ユニット４０との間で信号を送信するように構成され、送受信ユニット４０と信号のやり取りを行う。信号送受信コンポーネントは、Ｌ−Ｃループと直列接続又は並列接続であってもよく、送受信ユニット４０に電磁結合されている誘導コイル又はアンテナであってもよい。

一部の実際の適用時において、電気導体３１は、アンテナ信号が導電性材料を介して良好な品質で送信されないように、例えば金属製シートなどの導電性材料内に封入されていてもよい。その際、送受信ユニット４０に電磁結合されている信号送受信コンポーネントとして使用される誘導コイルは、導電性材料を介して、Ｌ−Ｃループの発振信号を送信するための良い選択肢となり得る。したがって、誘導コイルは、信号送受信コンポーネントとして使用され得る。更により好ましくは、この誘導コイルは、Ｌ−Ｃループ２１、２２、２３、２４において使用されているものと同じであってもよい。つまり、誘導コイル又はＬ−Ｃループ２１、２２、２３、２４にそれぞれ図示されている温度感知誘導コイル２１Ｌ、２２Ｌ、２３Ｌ、２４Ｌ１は、２つの機能を有していてもよく、１つは、信号送信機能であり、もう１つは、Ｌ−Ｃループへのインダクタンスに寄与する機能である。この場合、システム内のコンポーネントは、より少なくなり、コスト削減という利点をもたらす。

本開示において、電気導体の温度決定は、電気導体の温度情報を包含している、受動性誘導ユニットの共振周波数及び／又はＱ値のような別のパラメータの検出を介して、確認される。これに対して、当該技術分野における既存の解決策では、多くの場合、電力ケーブルの外側表面上に載置されている温度センサを使用し、導体の温度を推定している。また、本発明の受動性誘導ユニットは、電力を必要とせず、長い使用寿命を有する受動性電気部品を構成する。それにより、本システムは、長い寿命に関してより高い信頼性を有することができる。

送受信ユニット４０は、受動性誘導ユニット２０及び制御ユニット５０と通信するように提供される。実際のところ、送受信ユニット４０及び制御ユニット５０は両方とも、監視される電気導体（３１）を封入する第１の（半）導電層の外側に位置する場合があるため、送受信ユニット４０と制御ユニット５０との間の通信を、例えば１つ又は２つ以上のワイヤを介して、設定することは容易であり得る。しかしながら、受動性誘導ユニット２０は、一般的に、第１の（半）導電層の内側に位置するため、第１の（半）導電層がアンテナ信号に対して強いブロッキング効果を有する場合には、送受信ユニット４０と受動性誘導ユニット２０との間の通信を設定することは難しくなり得る。本開示の一部の実施形態では、送受信ユニット４０と受動性誘導ユニット２０との電磁結合関係を使用して通信を可能にすることで、受動性誘導ユニット２０の共振周波数及び／又はＱ値を包含している信号を検出することを提唱している。

一部の実施形態では、図１４ａ、図１４ｂ、及び図１５に示すように、送受信ユニット４０は、誘導送信コイル４２と誘導受信コイル４１とを含んでいてもよい。誘導送信コイル４２は、制御ユニット５０の制御下で加振信号を送り、受動性誘導ユニット２０を振動させるように構成される。誘導受信コイル４１は、受動性誘導ユニット２０の振動によって振動し、制御ユニット５０への帰還信号（すなわち、発振信号）を生成するように構成される。実際の適用時には、誘導送信コイル４２及び誘導受信コイル４１の双方は、例えば、誘導コイル又は温度感知誘導コイル２１Ｌ、２２Ｌ、２３Ｌ、２４Ｌ１を介して、受動性誘導ユニット２０と電磁結合した状態である。あるいは、誘導送信コイル４２及び誘導受信コイル４１は、異なる周波数を有するように構成されてもよく、この場合、より良好な通信品質が確認され得る。

別の実施形態では、図１０に示すように、送受信ユニット４０は、受動性誘導ユニット２０において振動を誘導する加振信号を送るように構成されており、かつ受動性誘導ユニット２０の振動で振動するように構成される誘導コイル４４を含む。つまり、誘導コイル４４は、誘導送信コイル４２が提供する機能と誘導受信コイル４１が提供する機能とを併せ持つ。この場合、システムは、より少ないコンポーネントを含み、それにより、より簡単な構造を備えることができる。

前述の説明では、受動性誘導ユニット２０及び送受信ユニット４０の例をいくつか図示してきた。図１０は、一例として、本発明の実施形態に係る、システム１００の概略回路を図示する。システム１００は、誘導コイル２１Ｌ及び温度感知コンデンサ２１Ｃによって形成される受動性誘導ユニット２０と、上述の誘導コイル４４によって形成される送受信ユニット４０と、制御ユニット５０と、を含む。受動性誘導ユニット２０の誘導コイル２１Ｌは、制御ユニット５０に電気接続される送受信ユニット４０の誘導コイル４４に電磁結合される。

上述の通り、制御ユニット５０は、送受信ユニット４０と通信するように構成され、受動性誘導ユニット２０の共振周波数及び／又はＱ値を表す信号を確認し、その確認した共振周波数及び／又はＱ値を表す信号に基づいて、電気導体３１の温度の値を決定する。制御ユニット５０は、第２の（半）導電層の外側から離れた場所に位置していてもよい。制御ユニット５０は、例えば、１つ又は２つ以上のワイヤを介して、送受信ユニット４０に電気接続されていてもよい。制御ユニット５０は、電気導体３１の温度の値と共振周波数及び／又はＱ値の値との関係を示すためのアルゴリズムのテーブルを備えてもよい。アルゴリズムのテーブルは、実験又は検証によって提示され得る。

かかる実験の一例は、図１０に示すシステムの実施形態に基づいて、提示される。被検証電気導体として銅導体が使用され、受動性誘導ユニット２０の誘導コイル２１Ｌは、１．２４ｍＨの電気インダクタンスを有し、温度感知コンデンサ２１Ｃは、摂氏２５度で１７ｎＦの電気容量を有していた。温度感知コンデンサ２１Ｃの静電容量の値は、摂氏１度あたり１００ｐＦの割合で、銅電気導体の温度の変化に従って変化した。

銅導体は、異なる温度にて加熱され、それらに対応する共振周波数及び／又はＱ値の値を測定した。これらの実験を通じて、表１に示す通り、電気導体３１の様々な温度の値、並びにそれらに対応する共振周波数及び／又はＱ値の値が確認された。

図１１〜図１７は、システムを使用して、例えば高電圧ケーブルの接合アセンブリ内に封入される電気導体３１の温度を監視する際、受動性誘導ユニット２０、送受信ユニット４０、及び制御ユニット５０が位置付けられ得る種々の好適な場所を図示する。

本発明の一実施形態によると、図１１に図示されるように、図１１は、ケーブルの接合アセンブリ内に封入される電気導体３１の温度を測定するように適用された、本発明の実施形態を示す。この実施形態では、電気導体３１の一部が、コネクタ１２によって覆われ、次いで、第１の（半）導電層１３と、絶縁層１１と、第２の（半）導電層１４と、収縮性スリーブ層１５と、によって封入される。この実施形態では、収縮性スリーブ層１５は、重複する２つの箇所１５１及び１５２を含み、その重複する部分の間に通路１５３を残す。通路１５３は、収縮性スリーブ層１５の外側から、第２の（半）導電層１４上にあるポート１８を通って、第２の（半）導電層１４の内側までである。

図１１に示すように、受動性誘導ユニット２０は、電気導体３１の近く、かつ第１の（半）導電層１３の内側に位置付けられる。好ましくは、電気導体３１の一部分は、ケーブル１０の絶縁層３３とコネクタ１２との間に露出し、受動性誘導ユニット２０は、電気導体３１の露出した部分の周りに位置付けられてもよい。受動性誘導ユニット２０の位置に関するより詳細な説明は、図１２を参照して、以下で提示する。

送受信ユニット４０は、第１の（半）導電層１３の外側かつ第２の（半）導電層１４の内側、すなわち、第１の（半）導電層１３と第２の（半）導電層１４との間に位置付けられる。好ましくは、送受信ユニット４０及び受動性誘導ユニット２０は、電磁結合を向上させるために、同一断面に位置する。図１０に図示されるように、誘導コイル４４が送受信ユニット４０として機能する場合には、誘導コイル４４は、絶縁層１１の周りに巻き付けられてもよい。送受信ユニット４０及びその位置決めの実施形態に関するより詳細な説明は、図１３〜図１５を参照して、以下で提供する。

制御ユニット５０は、ワイヤ５１を通って送受信ユニット４０と通信するように構成される。ワイヤ５１は、ワイヤ５１が送受信ユニット４０から、ポート１８を通って、制御ユニット５０へと延在できるように、通路１５３内に収容され得る。電力誘導コイル６１を含むエネルギー発電ユニット６０は、アセンブリ３０の外側かつケーブル１０の周りに位置し得、又は第２の（半）導電層１４と収縮性スリーブ層１５との間に位置し得る。エネルギー発電ユニット６０は、ワイヤ５２を通って、送受信ユニット４０及び／又は制御ユニット５０に電力を供給するように使用される。この仕様を通じて、ワイヤ５１及びワイヤ５２は、それぞれが「ワイヤ」と称されるが、ワイヤ５１及びワイヤ５２のいずれか一方又は双方は、システムが機能する際に必要な場合、複数のワイヤを備えていてもよいことを理解されたい。

図１２は、受動性誘導ユニット２０の例示の場所を図示する拡大図である。一例として、受動性誘導ユニット２０は、図３に示すように、誘導コイル２１Ｌと、温度感知コンポーネントであるコンデンサ２１Ｃと、を含む。誘導コイル２１Ｌ及び温度感知コンデンサ２１Ｃは、ワイヤ２２０を介して、電気接続される。フィクスチャ２１０は、誘導コイル２１Ｌとコンデンサ２１Ｃとを設置するように提供される。例えば、フィクスチャ２１０は、本体２１０１とチャネル２１０２とを含んでいてもよい。チャネル２１０２は、電気導体３１を収容し、導体３１をチャネル２１０２を通過させるように成される。本体２１０１は、温度感知コンデンサ２１Ｃを収容するチャンバ２１０３を有し、チャンバ２１０３は、温度感知コンデンサ２１Ｃが作動中の電気導体３１の外面と熱接触又は直接接触できるように、チャネル２１０２に通じ得る。誘導コイル２１Ｌは、本体２１０１に巻き付くように成される。フィクスチャ２１０は、本体２１０１を封入するためのカバー２１０４を更に含む。

誘導コイル２１Ｌが温度感知コンポーネントである場合、誘導コイル２１Ｌは、電気導体３１に直接巻き付けられ、電気導体３１の外面と直接接触することができる。

図１３は、コネクタ１２に隣接する電気導体３１上に定置されている誘導ユニット２０の近接斜視図である。この実施形態では、収縮性スリーブ層１５は、連続的であり、ポート１８を収容するように収縮性スリーブ層１５に穴が開けられ、ワイヤ５１の出入りを可能にする。

図１４ａは、本発明の別の実施形態を図示しており、その実施形態において、別個の受信コイル４１及び送信コイル４２は、送受信ユニット４０として使用される。この実施形態では、受信コイル４１及び送信コイル４２の双方は、第２の（半）導電層１４内に位置する。送信コイル４２は、送信コイル４２が送る加振信号によって受動性誘導ユニット２０が振動するように位置付けられ、受信コイル４１は、受信コイル４１が受動性誘導ユニット２０の振動で振動するように、誘導ユニット２０と径方向に中心をほぼ合わせるように位置付けられる。受信コイル４１及び送信コイル４２は、ワイヤ５１によって制御ユニット５０に別々に接続される。この実施形態では、収縮性スリーブ１５の２つの箇所は重複せず、第２の（半）導電層１４の一部分は、露出したままである。

図１４ｂは、本発明の別の実施形態を図示しており、その実施形態において、送受信ユニット４０は、別個の第１の受信コイル４１と、送信コイル４２と、第２の受信コイル４３と、を備える。この実施形態では、第１の受信コイル４１、送信コイル４２、及び第２の受信コイル４３は、第２の（半）導電層１４内に位置する。送信コイル４２は、送信コイル４２が送る加振信号によって受動性誘導ユニット２０が振動するように位置付けられ、受信コイル４１は、受信コイル４１が受動性誘導ユニット２０の振動で振動するように、誘導ユニット２０と径方向に中心をほぼ合わせるように位置付けられる。第１の受信コイル４１、第２の受信コイル４３、及び送信コイル４２は、ワイヤ５１によって制御ユニット５０に別々に接続される。一部の実施形態では、第１の受信コイル４１及び第２の受信コイル４３は、直列に接続されるが、交互方向で巻き付けられてもよい。この構成により、騒音が低減し、システムの信号対騒音比を改善できる。図１４ａに示すように、この実施形態では、収縮性スリーブ１５の２つの箇所は重複せず、第２の（半）導電層１４の一部分は露出したままである。

図１５は、受信コイル４１もまた金属ハウジング１４の外側に位置することを除き、図１４ａの実施形態と類似の、本発明の別の実施形態を図示する。送受信ユニット４０が使用され、送受信ユニット４０が別個の受信コイル４１及び送信コイル４２（図１１に図示）を備える場合、又は第２の受信コイルもまた使用される場合（図１４ｂに図示）に、同様の構成が使用され得る。コイルは、収縮性スリーブ１５の内側又は外側にあってもよい。図１５では、コイルは、収縮性スリーブ１５の外側に示されている。

図１６は、接合アセンブリ３０に使用される、本発明の別の実施形態を図示しており、その実施形態において、第２の（半）導電層１４は、第２の（半）導電層（導電性金属ハウジング）１４の２つの箇所の間に絶縁性材料からなるリングを提供する、絶縁性金属シールド区画具（insulative metallic shield sectionalizer）１９を含む、金属ハウジングを備える。このタイプの金属ハウジング、例えば、金属シールド区画具１９がガラス繊維インサートを備える金属ハウジングは、市販されている。このタイプの金属ハウジングを使用する際、送受信ユニット４０は、絶縁性金属シールド区画具１９の周り、かつ外側に位置し得る。この実施形態では、送受信ユニット４０は、絶縁性材料を介して、誘導ユニット２０からの情報を容易に読み取ることができるようになる。送受信機４０が１つ又は２つの別個の受信コイル４１、４３及び送信コイル４２と置き換えられる場合に、同様の構成が使用され得る。

図１７は、高分子多層接合体（polymericmultilayer splice body）３９を備えている、異なるタイプの標準的な接合アセンブリ３０’に使用される、本発明の別の実施形態を図示する。接合体３９は、エチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）ゴム又はシリコーンゴムなどの好適な材料を含んでいてもよい。接合体３９は、常温収縮型又は押し込み式であってもよく、典型的には、第１の（半）導電層１３と、絶縁層１１と、第２の（半）導電層１４と、を含む、３つの層からなる。２つの別個の部品として示されている収縮性スリーブ層１５を適用する前に、第２の（半）導電層１４の上に追加の導電性シールド（図示せず）を適用し、ワイヤ５１、５２の出入りを可能にしてもよい。収縮性スリーブ層１５は、絶縁性であり、ケーブルジャケット３７の一部分と重複する。このタイプの市販の接合体は、３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ（ＵＳＡ）製の３Ｍ（商標）Ｃｏｌｄ Ｓｈｒｉｎｋ ＱＳ−ＩＩＩ Ｓｐｌｉｃｅ Ｋｉｔである。図１７に図示されるように、誘導ユニット２０は、電気導体３１の外面に取り付けられる。送受信ユニット４０は、第２の（半）導電層１４の外側、かつ収縮性スリーブ層１５の下に位置する。送受信ユニット４０は、単一のコイル４４と、別個の受信コイル４１及び送信コイル４２と、を備えていてもよく、又は別個の第１の受信コイル４１と、送信コイル４２と、第２の受信コイル４３と、を備えていてもよい。第２の（半）導電層１４が高分子性及び／又は半導電性である実施形態では、送受信機４０は、（半）導電層１４が金属である実施形態よりも、より容易に誘導ユニット２０と通信することができる。ワイヤメッシュシールドソック（wire mesh shield sock）などの追加の導電層が第２の（半）導電層１４の上に使用される実施形態では、追加の導電層は、送受信機４０の上、又は送受信機４０の下に定置され得る。エネルギー発電ユニット６０の電力誘導コイル６１は、ケーブル１０の（半）導電層３５上に位置する。代替の実施形態では、第１の（半）導電層１３、絶縁層１１、及び第２の（半）導電層１３のうち１つ又は２つ以上は、別体に形成されてもよい。例えば、第２の（半）導電層１４は、第１の（半）導電層１３及び絶縁層１１とは別体に形成されてもよい。この実施形態では、送受信コイル４０は、第２の（半）導電層１４の下に定置され得る。

Claims (21)

1. 少なくとも第１の（半）導電層（１３）内に封入される電気導体（３１）の温度監視システムであって、
   受動性誘導ユニット（２０）であり、温度によって変化する特性パラメータを有し、かつ前記電気導体（３１）と熱接触するように成される、少なくとも１つの温度感知コンポーネントを備え、前記電気導体（３１）の温度によって変化する共振周波数及びＱ値の一方又は双方を有するように構成される、受動性誘導ユニット（２０）と、
   送受信ユニット（４０）であり、前記受動性誘導ユニット（２０）に電磁結合され、前記受動性誘導ユニット（２０）の前記共振周波数及びＱ値の一方又は双方を表す信号を送出するように構成される、送受信ユニット（４０）と、を備え、
   前記送受信ユニット（４０）は、制御ユニット（５０）と通信するように更に構成され、前記制御ユニット（５０）は、前記共振周波数及びＱ値の一方又は双方を表す前記信号を確認し、前記確認した前記共振周波数及びＱ値の一方又は双方を表す信号に基づいて、前記電気導体（３１）の前記温度の値を決定する、システム。
2. 前記温度感知コンポーネントは、前記電気導体（３１）の外面と直接接触するように成される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記受動性誘導ユニット（２０）は、直列に電気接続されている誘導コイル（２１Ｌ）とコンデンサ（２１Ｃ）とを有するＬＣループ（２１）を備える、請求項１に記載のシステム。
4. 前記ＬＣループ（２１）において、（ｉ）前記コンデンサ（２１Ｃ）は、温度感知コンポーネントであり、温度によって変化する静電容量を有する、（ｉｉ）前記誘導コイル（２１Ｌ）は、温度感知コンポーネントであり、温度によって変化するインダクタンスを有する、の一方又は双方である、請求項３に記載のシステム。
5. 前記受動性誘導ユニット（２０）は、互いに並列である複数の容量性分岐（２２０）と、前記複数の容量性分岐と直列に電気接続されている誘導コイル（２２Ｌ）と、を含む、Ｌ−Ｃループ（２２）を備え、前記複数の容量性分岐（２２０）のそれぞれは、直列に電気接続されている、一定の静電容量を有するコンデンサ（２２Ｃ）と温度感知スイッチ（２２Ｓ）とを含む、請求項１に記載のシステム。
6. 前記複数の容量性分岐（２２０）の前記温度感知スイッチ（２２Ｓ）のそれぞれは、固有のスイッチオン温度及び／又は固有のスイッチオフ温度を有し、前記スイッチオン及び／又はスイッチオフ温度同士は、連続した重複しない温度領域を構成し、前記電気導体（３１）が特定の温度領域にある際、前記温度感知スイッチ（２２Ｓ）のうち少なくとも１つのスイッチは、スイッチオン状態にあり、対応する前記容量性分岐（２２０）を前記誘導コイル（２２Ｌ）と直列に電気接続させることができる、請求項５に記載のシステム。
7. 前記受動性誘導ユニット（２０）は、直列に電気接続されている誘導コイル（２３Ｌ）とコンデンサ（２３Ｃ）とを含むＬ−Ｃループ（２３）と、前記コンデンサ（２３Ｃ）及び前記誘導コイル（２３Ｌ）と並列に接続されている温度感知レジスタ（２３Ｒ）と、を備え、前記温度感知レジスタ（２３Ｒ）は、温度によって変化する抵抗を有するように構成される、請求項１に記載のシステム。
8. 前記Ｌ−Ｃループ（２３）は、前記温度感知レジスタと直列に接続されている別のコンデンサ又は別の誘導コイルを更に備える、請求項７に記載のシステム。
9. 前記送受信ユニット（４０）は、前記第１の（半）導電層（１３）の外側に位置するように構成され、誘導コイルを備え、前記誘導コイルは、加振信号を送って前記受動性誘導ユニット（２０）を振動させ、かつ前記受動性誘導ユニット（２０）の振動で振動するように構成される、請求項１〜８のいずれか一項に記載のシステム。
10. 前記送受信ユニット（４０）は、前記第１の（半）導電層（１３）の外側に位置するように構成されており、加振信号を送って前記受動性誘導ユニット（２０）を振動させるように構成される誘導送信コイル（４２）と、前記受動性誘導ユニット（２０）の前記振動で振動するように構成される誘導受信コイル（４１）と、を備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載のシステム。
11. 前記送受信ユニット（４０）は、前記第１の（半）導電層（１３）の外側に位置するように構成されており、加振信号を送って前記受動性誘導ユニット（２０）を振動させるように構成される少なくとも１つの誘導送信コイル（４２）と、前記受動性誘導ユニット（２０）の前記振動で振動するように構成される少なくとも２つの誘導受信コイル（４１、４３）と、を備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載のシステム。
12. 前記第１の半（導電）層（１３）は、第２の（半）導電層（１４）内に封入され、前記送受信ユニット（４０）は、前記第２の（半）導電層（１４）の内側に位置し、前記制御ユニット（５０）は、第２の（半）導電層（１４）の外側に位置するように構成され、前記制御ユニット（５０）は、ワイヤを介して前記送受信ユニット（４０）に電気接続される、請求項９〜１１のいずれか一項に記載のシステム。
13. 前記第１の（半）導電層（１３）は、第２の（半）導電層（１４）内に封入され、前記送受信ユニット（４０）は、前記第２の（半）導電層（１４）の外側に位置し、前記制御ユニット（５０）は、前記第２の（半）導電層（１４）の外側に位置するように構成され、前記制御ユニット（５０）は、ワイヤを介して前記送受信ユニット（４０）に電気接続される、請求項９〜１１のいずれか一項に記載のシステム。
14. エネルギー発電ユニット（６０）を更に備え、前記エネルギー発電ユニット（６０）は、電力誘導コイル（６１）を備え、前記電力誘導コイルは、交流電流が前記電気導体（３１）を通って流れる際、前記電気導体（３１）から電力を発電し、前記発電した電力を前記送受信ユニット（４０）及び前記制御ユニット（５０）の一方又は双方に供給するように成される、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のシステム。
15. 前記エネルギー発電ユニット（６０）の前記電力誘導コイル（６１）は、前記第１の（半）導電層（１３）の外側に位置付けられ、かつ前記送受信ユニット（４０）及び前記制御ユニット（５０）の一方又は双方に電気接続されるように構成される、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記電気導体（３１）は、ケーブルの接合アセンブリ（３０）の内部にある、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のシステム。
17. 前記送受信ユニット（４０）と通信し、前記共振周波数及びＱ値の一方又は双方を表す前記信号を確認し、かつ前記確認した前記共振周波数及びＱ値の一方又は双方を表す信号に基づいて、前記電気導体（３１）の前記温度の値を決定するように構成される、制御ユニット（５０）を更に備える、請求項１に記載のシステム。
18. 前記制御ユニット（５０）は、前記信号から前記共振周波数及びＱ値の一方又は双方の値を決定するように構成されており、前記電気導体（３１）の前記温度の前記値と前記共振周波数及びＱ値の一方又は双方の前記値との関係を示すためのアルゴリズムのテーブルを備える、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のシステム。
19. 前記電気導体（３１）の様々な前記温度の値、並びに対応する前記共振周波数及びＱ値の一方又は双方の値は、複数の実験的検証によって決定され、前記電気導体（３１）の前記温度の前記値と前記共振周波数及びＱ値の一方又は双方の前記値との前記関係は、前記検証された値に基づいて設定される、請求項１８に記載のシステム。
20. 受動性誘導ユニット（２０）を備え、前記受動性誘導ユニット（２０）は、温度によって変化する特性パラメータを有し、かつ電気導体（３１）と熱接触するように成される、少なくとも１つの温度感知コンポーネントを備え、前記受動性誘導ユニット（２０）は、前記電気導体（３１）の温度によって変化する共振周波数及びＱ値の一方又は双方を有するように構成され、前記受動性誘導ユニット（２０）は、前記受動性誘導ユニット（２０）の前記共振周波数及びＱ値の一方又は双方を表す信号を送出するように構成される送受信ユニット（４０）に結合されるように構成される、物体。
21. 受動性誘導ユニット（２０）に電磁結合されるように構成される送受信ユニット（４０）を備え、前記受動性誘導ユニットは、温度によって変化する特性パラメータを有し、かつ電気導体（３１）と熱接触するように成される、少なくとも１つの温度感知コンポーネントを備え、前記受動性誘導ユニットは、前記電気導体（３１）の温度によって変化する共振周波数及びＱ値の一方又は双方を有するように構成され、前記送受信ユニット（４０）は、前記受動性誘導ユニット（２０）の前記共振周波数及びＱ値の一方又は双方を表す信号を送出するように構成される、物体。

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