JP2991107B2 - 気象監視の気温決定方法及び日射強度決定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電線路の気温，日
射強度を加味した非接触の温度監視等に適用される気象
監視の気温決定方法及び日射強度決定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、いわゆる架空送電線路等のより線
構造の電線路においては、その温度（電線温度）を監視
することが熱的限界から負荷制限等を行う上で極めて重
要である。

【０００３】そして、運用中（通電中）は電線温度を接
触して検出することができないため、一般に、その通電
電流から間接的に電線温度を検出することが行われてい
る。

【０００４】このとき、電線温度は実際にはそのときの
通電電流量の他、気象状態，とくに気温，日射強度に依
存して変化し、気象状態を加味して検出，監視する必要
がある。

【０００５】そして、気象監視を行わない場合は、気
温，日射強度等を常に予測される最大とし、これらに設
計裕度を加味し、例えば気温は４０（℃），日射強度は
１（kW／m²）として電線温度が検出，監視される。

【０００６】一方、通電容量（送電容量）を熱的限界ま
で許容する場合等には、例えば特願平７−６７０９０号
の出願の明細書，図面等に記載されているように、通電
電流及び気象状態に基づく温度の指数関数演算により、
熱理論にしたがって電線温度を精度よく検出して監視す
ることが提案されている。

【０００７】この場合は、気温，日射強度等を気温セン
サ，日射センサの出力により実際に監視し、実際の気象
状態を加味して電線温度が検出，監視される。

【０００８】そして、気象状態とくに気温，日射強度を
監視することは、電線温度の監視だけでなく、例えばガ
スタン，ＧＩＳ等のガス密封容器の温度監視等の種々の
温度計測，温度監視にも必要であり、これらの場合、計
測，監視の対象によっては気温，日射強度のいずれか一
方のみの監視が必要になることもある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の電線温度の
監視等に適用される気象監視は、気温，日射強度を気温
センサ，日射センサにより検出する。

【００１０】そして、これらのセンサに断線，短絡等の
故障が発生してセンサ出力がオフ又は異常値を示し、い
わゆるセンサ出力のロック状態等になると、これらのセ
ンサ出力が無効になって気温，日射強度の情報が得られ
なくなり、気象状態を加味した精度の高い電線温度の監
視等が行えなくなる問題点がある。

【００１１】本発明は、気温センサに異常が発生したと
きに、気温の情報が得られるようにすることを課題とす
る。

【００１２】また、日射センサに異常が発生したときに
日射強度の情報が得られるようにすることも課題とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明の気象監視の気温決定方法においては、気
温センサの異常が発生したときに、下記数４の年間の日
最高気温の変化の指数関数式（１）から監視日の最高気
温Ａday（℃）を求め、最高気温Ａday を下記数５の１
日の気温の時間変化の指数関数式（２）に代入して監視
日の気温の時間変化特性を定め、気温の時間変化特性か
ら前記監視日の監視時刻の気温Ａtime（℃）を求めて決
定する。

【００１４】

【数４】 Ａday＝（Ａmax−Ａmin）・exp｛−ａ・（Ｄays−ｂ）²｝＋Ａmin…（１） 但し、Ａmax，Ａminは日最高気温の最大値（℃），最小
値（℃）、Ｄays は監視日の年日数、ａ，ｂは変化勾
配，日最高気温が最大値になる年日数それぞれの定数で
ある。

【００１５】

【数５】 Ａtime＝ｃ・exp｛−ｄ・（Ｔime−ｅ）² ｝＋Ａday−ｃ…（２） 但し、ｃは最高最低気温差の定数（℃）、ｄは変化勾配
の定数，ｅは最高気温の時刻の定数である。

【００１６】したがって、気温センサの異常が発生する
と、指数関数式（１）により、年間の最高気温の変化特
性に基づいてその日（監視日）の最高気温Ａday が求め
られ、さらに、最高気温Ａday を指数関数式（２）に代
入し、その日の気温の変化特性を設定してそのとき（監
視時刻）の気温Ａtimeが求められて決定される。

【００１７】また、日射センサの異常が発生したとき
に、年間の日毎の最高日射強度を所定値Ｓmax（kW／
m²）の一定とし、所定値Ｓmax を下記数６の１日の日射
強度の時間変化の指数関数式（３）に代入して監視日の
日射強度の時間変化特性を定め、日射強度の時間変化特
性から監視日の監視時刻の日射強度Ｓtimeを求めて決定
する。

【００１８】

【数６】 Ｓtime＝ｆ−exp｛−ｇ・（Ｔime−ｈ）²｝＋Ｓmax−ｆ…（３） 但し、ｆは最高気温が最も高い日の日射強度から定まる
定数、ｇ，ｈは変化勾配，最高日射強度Ｓmax の時刻の
定数である。

【００１９】したがって、日射センサの異常が発生する
と、毎日の最高日射強度が年間を通じてほぼ一定である
ことを考慮し、最高日射強度を所定値Ｓmax とし、この
値Ｓmax を指数関数式（３）に代入してその日の日射強
度の時間変化特性を定め、この特性からそのときの日射
強度が求められて決定される。

【００２０】

【実施の形態】本発明の実施の１形態につき、図１ない
し図９を参照して説明する。図４は気象監視により気温
及び日射強度の両方を監視する電線路の温度監視に適用
した場合を示し、気温センサ１，日射センサ２等の各種
の気象センサのセンサ出力は、マイクロコンピュータ構
成の気象監視部３により常時収集される。

【００２１】この気象監視部３は各気象センサの異常の
発生の有無を検出するとともに、監視日，監視時刻の設
定に基づき、例えば毎日所定の時間間隔で各気象センサ
のセンサ出力からそのとき（監視時刻）の気温，日射強
度等の気象状態を監視し、監視結果の各種気象情報を後
段のマイクロコンピュータ構成の電線温度監視部４に伝
送する。

【００２２】また、気温センサ１，日射センサ２に断
線，短絡等の異常が発生すると、気象監視部３は記憶部
５に保持された気温，日射強度の演算情報等に基づき、
後述の演算処理によって監視時刻の気温，日射強度を求
めて決定し、その結果を気象情報として電線温度監視部
４に伝送する。

【００２３】さらに、電線温度監視部４は気象監視部３
の各種気象情報及び変流器の２次側から端子６を介して
伝送された電線路の送電電流等の通電電流の情報（電流
情報）に基づき、後述の熱量計算から電線温度を推定し
て監視する。

【００２４】そして、気象監視部３，電線温度監視部４
は例えば１つのマイクロコンピュータにより形成され、
図１の監視処理にしたがって動作する。

【００２５】すなわち、気象監視部３はステップＳ１に
より監視時刻か否かを判別し、監視時刻になる毎に、ス
テップＳ２により気温センサ１，日射センサ２等の各種
気象センサのセンサ出力に基づき、そのときの気温，日
射強度等の気象情報を取得する。

【００２６】さらに、ステップＳ３により気温センサ１
のセンサ出力からその異常の有無を判別し、正常であれ
ばステップＳ４をパスしてステップＳ５に移行し、この
ステップＳ５により日射センサ２のセンサ出力からその
異常の有無を判別する。

【００２７】そして、日射センサ２も正常であれば、ス
テップＳ６をパスしてステップＳ７に移行し、このと
き、気象監視部３は各気象センサのセンサ出力に基づく
各種気象情報を電線温度監視部４に伝送する。

【００２８】この気象情報の伝送と、端子６からの電流
情報の伝送とに基づき、電線温度監視部４は、例えば、
つぎの第１又は第２の推定演算によって気温，日射強度
を加味した電線温度を推定して求める。

【００２９】そして、第１の推定演算の場合は、前記特
願平７−６７０９０５の出願の明細書，図面等に記載の
ように、気温，日射強度等の気象条件に基づく電線路表
面の発生熱量又は温度と、通電電流に基づく電線路内部
の発生熱量又は温度とを指数関数式の熱量計算から指定
し、その差の温度を気温に応じた電線表面温度に加算し
て気温，日射強度を加味した電線温度を求める。

【００３０】また、第２の推定演算の場合は、気温，日
射強度に基づく電線温度（推定温度）をθan，θsnと
し、通電電流に基づく電線温度（推定温度）をθinとす
ると、推定温度θan，θsn，θinが、風による熱放散の
影響を無視した場合、つぎの数７，数８，数９それぞれ
の指数関数式（４），（５），（６）から求まるため、
これらの推定温度θan，θsn，θinを加算して気温，日
射強度を加味した電線温度を求める。

【００３１】

【数７】 θan＝（Ａn−θa_n-1）・｛１−exp（−Δt／Ｔa）｝＋θa_n-1…（４）

【数８】 θsn＝（Δθsmax・Ｓn−θs_n-1）・［１−exp｛−（ｔn−ｔ_n-1）／Ｔs｝］ ＋θs_n-1＝（Δθs−θs_n-1）・｛１−exp（−Δｔ／Ｔs）｝＋θs_n-1 …（５）

【数９】 θin＝（Δθin−θi_n-1）・｛１−exp（Δｔ／Ｔin）｝＋θi_n-1 …（６）

【００３２】なお、指数関数式（４），（５）中のθa
n，θa_n-1，θsn，θs_n-1，…はつぎの各値である。 θan，θa_n-1：時刻ｔn，ｔ_n-1の気温に基づく推定温度
（℃） θsn，θs_n-1：時刻ｔn，ｔ_n-1の日射に基づく推定温度
（℃） Ａn：時刻ｔnの計測気温（℃） Ｓn：時刻ｔnの計測日射強度（kW／m² ） Δθsmax：日射強度飽和温度上昇値 Ｔa：気温変化による温度変化時定数 Ｔs：日射強度変化による温度変化時定数

【００３３】また、指数関数式（９）中の温度上昇値Δ
θin，温度変化時定数Ｔinは補正関数式ｆ(Ｒt)を用い
たつぎの数１０，数１１の式（７），（８）で示され
る。

【００３４】

【数１０】 Δθin＝（Ｉn／Ｉmax）²・Δθimax・ｆ(Ｒt)…（７）

【数１１】Ｔin＝｛Ｔi／ｆ(Ｒt)｝…（８）

【００３５】さらに、補正関数式ｆ(Ｒt)は、実験等に
基づき、具体的には、固有抵抗Ｒtと前回（時刻ｔ_n-1）
の推定温度θi_n-1とに基づくつぎの数１２の式（９）で
示される。

【００３６】

【数１２】 f(Ｒt)＝１＋１／｛Ｒt／（θ_n-1−２０）＋１｝…（９）

【００３７】つぎに、気温センサ１に断線，短絡等の異
常が発生すると、気象監視部３はステップＳ３により気
温センサ１の異常の発生を検出してそのセンサ出力を無
効とし、ステップＳ３からステップＳ４に移行し、その
ときの気温を算出して決定する。

【００３８】ステップＳ４は図２に示すサブステップＱ
１〜Ｑ４からなり、まず、ステップＱ１により監視日
（その日）の年日数，監視時刻（そのとき）の情報を図
示省略した時計部等から取得する。

【００３９】さらに、つぎのステップＱ２により前記数
４の年間の日最高気温の変化の指数関数式（１）から監
視日の最高気温（℃）を求める。

【００４０】指数関数式（１）は、算出精度を高めるた
め、例えば理科年表，気象庁のデータ等に基づき、過去
の国内最高気温４０．８＋α（℃）（αは地域等によっ
て異なる定数）を最大値Ａmax とし、国内各地毎に、最
高気温の月別平均値の変化にしたがって式中の最小値Ａ
min ，定数ａ，ｂ等を定めて設定され、この設定に基づ
き、例えば図５の実線イ，ロに示すようになる。

【００４１】なお、実線イ，ロは最大値Ａmax｛＝４
０．８＋α（℃）｝ を４３℃とし、最大値Ａmaxになる
日（定数ｂ）を２１０日としている。

【００４２】また、実線イはａ＝０．００００５の場合
の１例であり、実線ロはａ＝０．０００１４の場合の１
例であり、この定数ａの相違に基づき、実線ロは実線イ
より変化勾配が急峻になる。

【００４３】そして、例えば大阪の場合、その日最高気
温の月別平均値（１９６１〜１９９０年の平均値）の変
化は図６の実線ハに示すようになり、この変化に送電の
安全面等からの適当な余裕を見込んで同図の実線ニに示
す日最高気温の特性が定まり、この特性に基づき、最大
値Ａmax＝４３（℃），最小値Ａmin＝１６（℃），ａ＝
０．００００５，ｂ＝２１０（日）に設定され、指数関
数式（１）はつぎの数１３の式（１０）になる。

【００４４】

【数１３】 Ａday＝（４３−１６）・exp｛−０．００００５・（Ｄays−２１０）²｝＋１ ６…（１０）

【００４５】そして、指数関数式（１）及び最大値Ａma
x，最小値Ａmin，定数ａ，ｂ等は事前の操作設定等によ
って記憶部５に保持され、ステップＱ２の処理により、
最大値Ａmax，最小値Ａmin，定数ａ，ｂの数値を指数関
数式（１）に代入した式１０等の監視地に適した日最高
気温の指数関数式が記憶部５から読出される。

【００４６】さらに、監視日が１０月２２日であれば、
ステップＱ１で取得されたその年日数２９５日に基づ
き、例えば読出された式（１０）の年日数Ｄays を２９
５としてその日（ｄays） の最高気温Ａday が統計的に
求めて決定され、前記大阪の場合、式（１０）から最高
気温Ａday＝３５℃に決定される。

【００４７】つぎに、ステップＱ３により前記数５の指
数関数式（２）からその日の監視時刻Ｔime （時）の気
温Ａtime（℃）を決定する。

【００４８】指数関数式（２）は、最大値（その日の最
高気温）を指数関数式（１）から求めて決定された最高
気温Ａday とし、指数関数式（１）の場合と同様、理科
年表のデータ等を用いた月別平均等の統計的処理によ
り、国内各地毎に、図７に示すその日の最高最低気温差
ｃ（℃）及び定数ｄ（気温変化）の勾配，定数ｅ（最高
気温の時刻）を求めて設定され、例えば図７の実線ホ，
ヘに示すようになる。なお、実線ホはｄ＝０．０４５の
場合の１例であり、実線ヘはｄ＝０．１の場合の１例で
ある。

【００４９】そして、前記大阪の１０月２２日の場合、
例えば月別平均値に基づき、最高気温の時刻が１２．６
８時（およそ１２時４０分）になり、最高最低気温差ｃ
が８．３３（℃）になることから、その日の気温は図８
の実線トに示すように変化すると推定され、その指数関
数式（２）は変化勾配の定数ｄを０．０４５とするつぎ
の数１４の式（１１）に数値設定される。

【００５０】

【数１４】 Ａtime＝８．３３・exp｛−０．０４５・（Ｔime−１２．６８）²｝＋Ａday− ８．３３…（１１）

【００５１】そして、指数関数式（２）及び最高最低気
温差ｃ，定数ｄ，ｅ等の値も事前の操作設定等によって
記憶部５に保持され、ステップＱ３の処理により、直前
のステップＱ２で決定された最高気温Ａday 及び記憶部
５の最高最低気温差ｃ，定数ｄ，ｅの値を指数関数式
（２）に代入して数値設定されたその日の気温変化特性
の指数関数式，例えば前記式（１１）が記憶部５から読
出され、読出された指数関数式に取得した監視時刻Ｔim
eを代入してその時刻Ｔimeの気温Ａtimeが求められる。

【００５２】さらに、ステップＱ４により気温Ａtimeが
その日（監視日）その時（監視時刻）の気温に決定さ
れ、気温Ａtimeが気温センサ１のセンサ出力の代わりに
気温の情報として気象監視部３から電線温度監視部４に
伝送される。この伝送によりステップＳ４の処理が終了
すると、図１のステップＳ５に移行してこのステップＳ
５以降の処理を行う。

【００５３】つぎに、日射センサ２に断線，短絡等の異
常が発生すると、気象監視部３はステップＳ５により日
射センサ２の異常の発生を検出してそのセンサ出力を無
効とし、ステップＳ６に移行し、そのときの日射強度を
算出して決定する。

【００５４】ステップＳ６は図３に示すサブステップＲ
１〜Ｒ３からなり、まず、ステップＲ１により図２のス
テップＱ１と同様にして監視時刻（そのとき）の情報を
取得する。

【００５５】すなわち、日射強度の場合は、国内各地の
毎日の最高日射強度（日最高日射強度）が年間を通して
ほぼ一定であり、気温のような最高日射強度の監視日に
よる変化がほとんどないことを考慮し、最高日射強度を
一定値（定数）とし、気温の場合のような監視日からの
最高日射強度の決定を省いて監視時刻の日射強度を求め
る。そのため、ステップＲ１においては、監視時刻の情
報のみを取得する。

【００５６】つぎに、ステップＲ２により前記数６の日
射強度の指数関数式（３）から監視時刻Ｔime（時）の
日射強度Ｓtime（kW／m²）を算出して求める。

【００５７】指数関数式（３）は、その最高日射強度Ｓ
max が過去の国内各地の最高日射強度｛≦１＋β（kW／
m²），βは地域によって異なる定数｝に基づく一定値，
例えば１．２（kW／m²）に設定される。

【００５８】また、監視地の年間を通じて最も早い日の
出の時刻から最も遅い日の入りの時刻までをカバーする
時間帯の日射強度が、理科年表のデータ等を用いた月別
平均処理等の統計処理により、例えば図９の実線チに示
すように時間変化する場合、この変化に送電の安全面等
からの適当な余裕を見込んで同図の実線リに示すその地
域の１日の日射強度の時間変化特性が定まる。

【００５９】なお、実線チは１９８０〜１９８９年の気
象庁のデータに基づく近畿地方の年間の最も早い日の出
の時刻４時４２分から最も遅い日の入りの時刻１９時１
６分までをカバーする時間帯の日射強度の月別平均の時
間変化特性である。

【００６０】そして、この変化特性に基づき、例えば、
指数関数式（３）の変化勾配の定数ｇは０．０３に設定
され、最高日射強度の時刻の定数ｈは１２（時）に設定
される。

【００６１】また、定数ｆは、最高気温が最も高い日の
例えば１時間毎の平均日射強度の１日の変化に基づき、
１．４に設定される。

【００６２】これらの設定に基づき、図９の実線チの時
間変化を示す場合、指数関数式（３）はつぎの数１５の
式（１２）に示すように数値設定される。

【００６３】

【数１５】 Ｓtime＝１．４・exp｛−０．０３・（Ｔime−１２）²｝＋１．２−１．４ …（１２） そして、指数関数式（３）及び最高日射強度Ｓmax ，各
定数ｆ，ｇ，ｈ等の値も事前の操作設定等によって記憶
部５に保持され、ステップＲ２の処理により、記憶部５
から読出された例えば前記式（１２）に監視時刻Ｔime
を代入してその時刻Ｔimeの日射強度Ｓtimeが求められ
る。

【００６４】さらに、ステップＲ３により日射強度Ｓti
meがそのとき（監視時刻）の日射強度に決定され、日射
強度Ｓtimeが日射センサ２のセンサ出力の代わりに日射
の情報として気象監視部３から電線温度監視部４に伝送
される。この伝送によりステップＳ６の処理が終了する
と、図２のステップＳ７に移行してこのステップＳ７以
降の処理を行う。

【００６５】したがって、気温センサ１，日射センサ２
の異常が発生しても、指数関数式（２），（３）から監
視時刻の気温Ａtime，日射強度Ｓtimeが求められ、その
刻々の気温・日射強度の情報が得られ、電線温度の監視
が行える。

【００６６】ところで、電線温度の監視だけでなく、種
々の温度計測，温度監視に適当できるのは勿論である。
そして、気温又は日射強度の一方のみを監視する用途に
対しては、気温についての指数関数式（１），（２）の
演算又は日射強度についての指数関数式（３）の演算の
みを行えばよい。このとき、各定数ａ〜ｈ等は適当に設
定すればよいのは勿論である。

【００６７】

【発明の効果】本発明は、以下に記載する効果を奏す
る。まず、請求項１の場合は、気温センサ１の異常が発
生したときに指数関数式（１）により、年間の最高気温
の変化特性に基づいてその日（監視日）の最高気温Ａda
y を求め、最高気温Ａday を指数関数式（２）に代入
し、その日の気温の変化特性を設定して、そのとき（監
視時刻）の気温Ａtimeを決定することができ、実際の気
温に即した気温の情報を得ることができる。

【００６８】また、請求項２の場合は、日射センサ２の
異常が発生したときに、最高日射強度が年間を通じてほ
ぼ一定であることを考慮し、最高日射強度を所定値Ｓma
x とし、この値Ｓmax を指数関数式（３）に代入してそ
の日の日射強度の時間変化特性を定め、この特性からそ
のときの日射強度を決定することができ、実際の気温に
即した日射強度の情報を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の１形態の処理説明用のフローチ
ャートである。

【図２】図１の一部の詳細なフローチャートである。

【図３】図１の他の一部の詳細なフローチャートであ
る。

【図４】図１の処理を実行する装置のブロック図であ
る。

【図５】年間の最高気温の変化第１の説明図である。

【図６】年間の最高気温の変化の第２の説明図である。

【図７】１日の気温変化の第１の説明図である。

【図８】１日の気温変化の第２の説明図である。

【図９】１日の日射強度変化の説明図である。

【符号の説明】

１ 気温センサ ２ 日射センサ ３ 気象監視部

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−189492（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−94148（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−30639（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−242534（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−128372（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−134187（ＪＰ，Ｕ) 特公 平６−91700（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01W 1/10 G01W 1/02 H02H 5/04 G01K 7/00 G01J 1/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気温センサの異常が発生したときに、 下記数１の年間の日最高気温の変化の指数関数式（１）
   から監視日の最高気温Ａday（℃）を求め、 前記最高気温Ａday を下記数２の１日の気温の時間変化
   の指数関数式（２）に代入して前記監視日の気温の時間
   変化特性を定め、 前記気温の時間変化特性から前記監視日の監視時刻の気
   温Ａtime（℃）を求めて決定することを特徴とする気象
   監視の気温決定方法。 【数１】 Ａday＝（Ａmax−Ａmin）・exp｛−ａ・（Ｄays−ｂ）²｝＋Ａmin…（１） 但し、Ａmax，Ａminは日最高気温の最大値（℃），最小
   値（℃）、Ｄays は監視日の年日数、ａ，ｂは変化勾
   配，日最高気温が最大値になる年日数それぞれの定数で
   ある。 【数２】 Ａtime＝ｃ・exp｛−ｄ・（Ｔime−ｅ）² ｝＋Ａday−ｃ…（２） 但し、ｃは最高最低気温差の定数（℃），ｄは変化勾配
   の定数，ｅは最高気温の時刻の定数である。
2. 【請求項２】 日射センサの異常が発生したときに、 年間の日毎の最高日射強度を所定値Ｓmax（kW／m²）の
   一定とし、 前記所定値Ｓmax を下記数３の１日の日射強度の時間変
   化の指数関数式（３）に代入して監視日の日射強度の時
   間変化特性を定め、 前記日射強度の時間変化特性から前記監視日の監視時刻
   の日射強度Ｓtimeを求めて決定することを特徴とする気
   象監視の日射強度決定方法。 【数３】 Ｓtime＝ｆ・exp｛−ｇ・Ｔime−ｈ）²｝＋Ｓmax−ｆ…（３） 但し、ｆは最高気温が最も高い日の日射強度から定まる
   定数、ｇ，ｈは変化勾配，最高日射強度Ｓmax の時刻の
   定数である。