JP6346712B2 - 電源装置 - Google Patents
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Description
このため、従来の電源装置には、湿雪が付着した場合に、着雪により形成される新たな静電容量Cと着雪の抵抗成分Rとが等価的に直列回路を形成し、結果的に着雪の抵抗成分Rに流れる電流によって発生するジュール損(以下、「CR損失」と称す)が数100mWに到達し、負荷への電力供給が不安定になるという課題がある。
本実施形態に係る電源装置10は、図1及び図2に示すように、電線路の支持物101に架設された架空電線102に対して長手方向を略平行に対向して配設される長尺状の誘導電極20と、電線路の支持物101に固定され、誘導電極20を支持する支持体30と、誘導電極20及び大地300間の浮遊静電容量(以下、「誘導電極20の対地静電容量C0」と称す)に対して並列に接続され、一次電圧(例えば、AC13kVrms)を降圧させて二次電圧(例えば、AC130Vrms)を出力する変圧器1(transformer:TR)と、変圧器1の二次側に二次巻線に対して並列に接続されるコンデンサC1と、一端(変圧器1の一次側の一端側)を誘導電極20に接続し、他端(変圧器1の一次側の他端側)を接地する絶縁電線などからなる入力部40と、変圧器1の二次側の両端から引き出され、誘導電極20の対地静電容量C0及びコンデンサC1と変圧器1の励磁サセプタンスb0とによる並列回路を並列共振回路として、負荷200に電力を供給するための絶縁電線などからなる出力部50と、を備える。
なお、変圧器1の二次側に二次巻線に対して並列に接続されるコンデンサC1は、図1に図示していないが、例えば、電源装置10の制御ボックス(制御回路)に配設される。
筐体33は、図1(a)に示すように、着雪を抑制する上面が傾斜した三角屋根を有する箱状体であり、変圧器1の一次側の他端側を接地するために金属製である。
なお、以下の説明では、電圧V及び電流Iのベクトルを表す、文字の上に付けるドットを省略する。
これに対し、各相(A相、B相、C相)の架空電線102からの充電電流は、図2(c)に示すように、ベクトル合成されて、誘導電極20の対地静電容量C0と負荷抵抗Rとに充電電流IC0及び電流IRとして流れることになる。しかしながら、誘導電極20の対地静電容量C0が負荷抵抗Rに並列に存在することで並列合成インピーダンスが低下し、結果的に電圧VEのほとんどが合成静電容量CNにかかり負荷抵抗Rにはわずかな電圧しかかからず十分な電力を得ることができなくなる。
そこで、誘導電極20の対地静電容量C0及び変圧器1の二次側のコンデンサC1と変圧器1の励磁サセプタンスb0とで並列共振させて、誘導電極20の対地静電容量C0に流れる充電電流IC0を電気的に打ち消し、負荷抵抗Rのみの高いインピーダンスとして合成静電容量CNとの分圧で得られる負荷200(負荷抵抗R)に印加される電圧V0を最大限に保つようにする。
きる。
したがって、本実施形態に係る電源装置においては、負荷200にほぼ全ての電流が流れることになり、負荷200に対して電流の流入効率の良い電源装置10となる。
カメラ320は、カメラ用ケーブル321を介して、監視ボックス342に接続される。
また、カメラ320及び投光器330は、監視ボックス342からAC100V電源線347及び分岐ボックス348を介して、商用電源が供給される。
図4(a)において、横軸が観測日時であり、縦軸が電源装置310からの供給電力[W]であり、15分に1回の間隔でプロットされている。
また、下表1は、電源装置310の着雪状態と電源装置310からの供給電力の関係を示す表である。
図4(b)において、VACは誘導電極311に誘起された電圧を変圧器により降圧した電圧(交流)であり、VDCは整流ブリッジにて直流に変換した電圧であり、Cは整流ブリッジの二次側に接続された電圧波形の平滑化のためのコンデンサであり、I1は制御回路に流れる電流であり、I2はツェナーダイオードに流れる電流であり、Rは電流検出抵抗であり、VOUTは出力部の電圧である。
そこで、図4(a)に示すグラフの出力値は、無負荷時に回路に供給され続ける電力を熱として消費するために設けているツェナーダイオードに流れる電流値を電流検出抵抗Rの電圧値から計算で求め、電圧VDCの値との乗算により供給電力を求めたものである。
このため、着雪時の電力損失が発生する仕組みを検証した。
図5(a)において、電極部(誘導電極311)から変圧器(高圧TR)の配線までの高電位部(高圧絶縁電線316)は、交流実効値で約13kVに達するため、作業者の感電を防止するために絶縁物で被覆されている。また、筐体312は、金属製の箱体であり、鉄塔に接続されることでグランド電位になっている。また、図5(a)において、誘起電圧Eは、高電位部及びグランド電位部間に生じる電位差である。
また、図6(a)において、CSLは腕部314に付着した雪400により高圧絶縁電線316とその周囲に付着した雪400との間で形成される静電容量であり、RSLは腕部313及び筐体312間に付着した雪400の抵抗値である。
また、図6(a)において、RBは着雪していない円盤315裏面の表面抵抗であり、ほぼ無限大(∞)である。
したがって、静電容量CSH、抵抗RSH及び抵抗RBの直列部は無視できることになり、図6(a)に示す等価回路は、図6(b)に示すように、静電容量CSL及び抵抗RSLからなる更に単純な等価回路で表すことができる。
一方、静電容量CSLは、高圧絶縁電線316の導体外径d[mm]、腕部314の直径D[mm]及び長さ、並びに、絶縁物の比誘電率ε(≒2.7(実測値))から、次式(1)で求めることができる。
また、式(1)は、腕部314の長さをLA[mm]とすると、次式(2)となる。
まず、図6(c)に示すように、C−Rの直列回路を等価なCp−Rpの並列回路に置き換える。
この場合に、直列回路のインピーダンスZ及びアドミタンスYは次式(3)で表され、並列回路のアドミタンスYpは次式(4)で表される。
また、電力Pと誘起電圧Eと電流Iとの関係式(P=EI=E2/Rp)より、次式(6)が算出できる。
式(6)に基づき、静電容量CSL、抵抗RSL及び電力損失Pの関係を求めたグラフを図7に示す。
なお、図7に示すグラフは、式(6)を変換して次式(7)とし、例えば、電力損失Pを0.01[W]に固定し(P=0.01)、抵抗R(RSL)に順次異なる値を入力して静電容量C(CSL)を求め、抵抗RSLと静電容量CSLと関係を表にまとめ、グラフ化したものである。
なお、図7から明らかなように、静電容量CSLが12pF以上の大きな値であっても、同様の現象が生じることが分かる。
したがって、電力損失を抑制するためには、抵抗RSLを少なくとも109Ω以上、好ましくは1010Ω以上の抵抗値に維持する必要があることが分かる。
特に、電源装置10は、支持体30の長尺状体31の延在方向を大地300に対して略垂直にすることにより、傘状体の着雪防止部32による作用効果を最大にすることができる。
図8(a)は第2の実施形態に係る電源装置の概略構成を示す概略構成図であり、図8(b)は図8(a)に示す電源装置の内部構成を示す断面図である。図8において、図1乃至図7と同じ符号は、同一又は相当部分を示し、その説明を省略する。
なお、変圧器1の二次側に二次巻線に対して並列に接続されるコンデンサC1は、図8に図示していないが、第1の実施形態と同様に、例えば、電源装置10の制御ボックス(制御回路)に配設される。
すなわち、本実施形態に係る電源装置10は、高圧絶縁電線41を空隙32a下に配設させない(低圧ケーブル51を空隙32a下に配設させる)ことにより、空隙32a下の長尺状体31の周囲に着雪した場合であっても、低圧ケーブル51及び着雪間の静電容量と雪の抵抗によるCR損失を無視できる水準まで抑制することができる。
図9(a)は第3の実施形態に係る電源装置の概略構成を示す説明図であり、図9(b)は図9(a)に示す長尺状体の概略構成を示す説明図である。図10(a)は図9(a)に示す電源装置の内部構成を示す斜視図であり、図10(b)は図9(a)に示す着雪防止部のカバーの内側を示す斜視図である。図11(a)は図9(a)に示す着雪防止部のカバーの正面図及び背面図であり、図11(b)は図9(a)に示す着雪防止部のカバーの左側面図及び右側面図であり、図11(c)は図9(a)に示す着雪防止部のカバーの平面図であり、図11(d)は図9(a)に示す着雪防止部のカバーの底面図である。図12は図9(a)に示す着雪防止部の内部の配線状況を示す配線図である。図9〜図12において、図1乃至図8と同じ符号は、同一又は相当部分を示し、その説明を省略する。
また、台座34の各筒状体34bは、図12に示すように、両端にねじ切り加工が施された金属製の連結部21を略中央に備えており、直径35mmの誘導電極20の一端が連結部21にそれぞれ螺合され、一対の誘導電極20の両端間の間隔が2mとなる。
また、カバー35は、図10(b)及び図11に示すように、底部が開口しており、三対の誘導電極20の配置に沿う三角屋根を有する家状であり、台座34下が空隙32aとなる。このように、カバー35は、三角屋根を有する家状であることにより、三対の誘導電極20の配置に沿って上部の外形を極力小さくできると共に、底部の開口面積を確保することができる。
なお、変圧器1の二次側に二次巻線に対して並列に接続されるコンデンサC1は、図9〜図12に図示していないが、第1の実施形態と同様に、例えば、電源装置10の制御ボックス(制御回路)に配設される。
これにより、電源装置10は、長尺状体31の付け根からの積雪による雪の成長を下方に導き、着雪防止部32の着雪と長尺状体31の付け根の着雪との連結をさらに抑制することができる。
これにより、電源装置10は、着雪防止部32の上部に付着する雪を、長尺状体31(傾斜部31c)の反対側に滑らせ、長尺状体31(傾斜部31c)上に雪を落とすことなく、長尺状体31(傾斜部31c)上への積雪を防止することができる。
なお、上記の各実施形態では、送電線と鉄塔主柱間とが近距離に設計された主要な鉄塔(電線路の支持物101)に対して、鉄塔(電線路の支持物101)の主柱に電源装置10を設置し、且つ、長尺状体31の延出する方向を送電線に近付く方向(上方)とする形態としたが、電源装置10は、このような形態に限定されるものではなく、設置地域特有の鉄塔や多種多様な形状の鉄塔及びその利用形態に対しても柔軟に適用可能なものである。
1a 理想変圧器
2 アークホーン
3 ショートアース
4 低圧コンセント
5 低圧プラグ
10 電源装置
20 誘導電極
21 連結部
30 支持体
31 長尺状体
31a 一端
31b 他端
31c 傾斜部
31d 垂直部
32 着雪防止部
32a 空隙
32b 密閉空間
33 筐体
34 台座
34a 板状体
34b 筒状体
34c 底板
34d 設置ホルダ
35 カバー
36 取付金具
37 パイプ
38 チューブ
40 入力部
41 高圧絶縁電線
50 出力部
51 低圧ケーブル
101 支持物
101a 腕金部
101b 主柱部
102 架空電線
200 負荷
300 大地
310 電源装置
311 誘導電極
312 筐体
313 取付金具
314 腕部
315 円盤
316 高圧絶縁電線
317 電源装置制御ボックス
320 カメラ
321 カメラ用ケーブル
330 投光器
341 リードケーブル
342 監視ボックス
343 配電線
344 低圧引込み線
345 分電盤
346 引込ケーブル
347 AC100V電源線
348 分岐ボックス
400 雪
Claims (7)
- 電線路の支持物に架設された架空電線に対向して配設される誘導電極と、
前記電線路の支持物に固定され、前記誘導電極を支持する支持体と、
前記誘導電極及び大地間の浮遊静電容量に対して並列に接続され、一次電圧を降圧させて二次電圧を出力する変圧器と、
前記変圧器の二次側に二次巻線に対して並列に接続されるコンデンサと、
前記変圧器の二次側の両端から引き出され、前記浮遊静電容量及びコンデンサと前記変圧器の励磁サセプタンスとによる並列回路を並列共振回路として、負荷に電力を供給する出力部と、
を備え、
前記支持体は、
一端が電線路の支持物側に固定され、他端が当該電線路の支持物から離隔して前記誘導電極を支持して配設される長尺状体と、
前記長尺状体の中間に配設され、前記長尺状体が延出する下方に向かって開口する空隙を、当該長尺状体との間に有する着雪防止部と、
を備えることを特徴とする電源装置。 - 前記請求項1に記載の電源装置において、
前記着雪防止部は、前記長尺状体が上方に向かって延出して他端に前記誘導電極を配設し、前記空隙の開口が前記長尺状体の一端側の下方に向かって形成されることを特徴とする電源装置。 - 前記請求項1に記載の電源装置において、
前記着雪防止部は、前記長尺状体が下方に向かって延出して他端に前記誘導電極を配設し、前記空隙の開口が前記長尺状体の他端側の下方に向かって形成されることを特徴とする電源装置。 - 前記請求項1〜3のいずれかに記載の電源装置において、
前記支持体の長尺状体は、大地に対して略垂直である前記他端を含む垂直部と、大地に対して傾斜する前記一端を含む傾斜部と、を備えることを特徴とする電源装置。 - 前記請求項1〜4のいずれかに記載の電源装置において、
前記支持体の長尺状体の一端は、前記電線路の支持物に固定され、
前記支持体の着雪防止部は、前記空隙の上側の空間に前記変圧器を内包することを特徴とする電源装置。 - 前記請求項1〜5のいずれかに記載の電源装置において、
前記支持体は、前記長尺状体の一端と前記電線路の支持物との間に、前記変圧器を内包する筐体を備えることを特徴とする電源装置。 - 前記請求項1〜6のいずれかに記載の電源装置において、
前記着雪防止部が、前記長尺状体の延出方向の下方側に向かって、前記長尺状体に対する前記空隙の断面幅が段階的に拡大して形成されることを特徴とする電源装置。
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