JPWO2017033819A1

JPWO2017033819A1 - 電源装置

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Publication number: JPWO2017033819A1
Application number: JP2017536380A
Authority: JP
Inventors: 青樹兒玉; 康二寺崎; 英範小田; 裕司倉永
Original assignee: Daiden Co Inc
Current assignee: Daiden Co Inc
Priority date: 2015-08-21
Filing date: 2016-08-17
Publication date: 2018-04-19
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Abstract

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を効果的に抑制し、天候に依存せず安定的な出力を得ることができる電源装置を提供するものである。電源装置１０は、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を備え、支持体３０は、一端３１ａが電線路の支持物１０１側に固定され、他端３１ｂが当該電線路の支持物１０１から離隔して配設される長尺状体３１と、長尺状体３１の他端３１ｂに連結され、誘導電極２０を支持し、長尺状体３１の中間に配設され、長尺状体３１との間に空隙３２ａを有する着雪防止部３２と、を備える。

Description

本発明は、送電線路に用いられる鉄塔やコンクリートポールなどの支持物に取り付けられ、架空電線（高圧線）の周囲に発生する静電誘導作用を利用し、架空電線から非接触で電力を取り出すことができる電源装置に関する。

従来の電源装置は、架空電力線及び架空電力線の長手方向に絶縁体を介して延在する電極からなる静電容量と、静電容量に対して並列に接続されるインダクタンスと、静電容量及びインダクタンスによる並列回路の両端から引き出される出力部とを備え、並列回路を並列共振回路として、出力部から電力を供給することで、コンパクトで簡易な構造であり、従来の電源装置と比較して、負荷に対する電力供給の効率を向上させることができる（例えば、特許文献１参照）。

また、従来の電源装置は、架空電力線近傍に配設される誘導電極及び大地間の浮遊静電容量（誘導電極の対地静電容量）と、誘導電極の対地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、変圧器の二次側の両端から引き出される出力部と、を備え、変圧器のコアが、ギャップを有し、誘導電極の対地静電容量及び変圧器の励磁サセプタンスによる並列回路を並列共振回路として、出力部から負荷電力を供給する（例えば、特許文献２参照）。

国際公開第２００９／０７２４４４号パンフレット特開２０１２−１３９０５９号公報

特許文献１及び特許文献２には、屋外に設置される送電線路を主なターゲットとする電源装置について記載されているが、雨、結露及び着雪に伴う電源装置の電力損失についての記載がない。
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。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ＣＲ損失による電力損失の発生を効果的に抑制し、天候に依存せず安定的な出力を得ることができる電源装置を提供するものである。

この発明に係る電源装置においては、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、を備えるものである。

この発明に係る電源装置においては、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ても、さらに直列に接続される着雪防止部の空隙による沿面抵抗が無限大（∞）になることにより、電力損失の発生を抑制することができ、出力の安定度を飛躍的に向上させることができる。

（ａ）は第１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、（ｂ）は図１（ａ）に示す電源装置の内部構成を示す断面図であり、（ｃ）は電線路の支持物における電源装置の設置場所の一例を説明する説明図である。（ａ）は図１に示す電源装置の等価回路の一例を示す回路図であり、（ｂ）は図２（ａ）に示す等価回路における並列回路を共振させた状態の等価回路を示す回路図であり、（ｃ）は架空電線に誘導電極を対向させた場合の電流の損失を説明するための説明図である。（ａ）は着雪実験の実験設備を説明するための説明図であり、（ｂ）は着雪実験に用いた電源装置の概略構成を示す斜視図である。（ａ）は着雪実験における出力値の推移を示すグラフであり、（ｂ）は図４（ａ）に示すグラフの出力値を説明するための説明図である。（ａ）は着雪実験に用いた電源装置の模式図であり、（ｂ）は着雪した図５（ａ）に示す電源装置の模式図である。（ａ）は図５（ｂ）に示す電源装置において着雪によって新たに生じた回路の等価回路であり、（ｂ）は図６（ａ）に示す等価回路を単純化した等価回路であり、（ｃ）はＣ−Ｒの直列回路とＣ_ｐ−Ｒ_ｐの並列回路との等価変換を説明するための説明図である。静電容量Ｃ_ＳＬ、抵抗Ｒ_ＳＬ及び電力損失Ｐの関係を求めたグラフである。（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、（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。（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、（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。（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、（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。（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、（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、（ｃ）は図９（ａ）に示す着雪防止部のカバーの平面図であり、（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。（ａ）は送電鉄塔における腕金部の相互間の長さの差分（オフセット）の一例を説明する説明図であり、（ｂ）は電線路の支持物における電源装置の設置場所の一例を説明する説明図であり、（ｃ）はその他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、（ｄ）は当該電源装置の内部構成を示す断面図である。その他の実施形態に係る電源装置の着雪防止部が有する空隙の変形例を示す概略構成図である。

（本発明の第１の実施形態）
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Ｃ_０」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Ｃ_１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Ｃ_０及びコンデンサＣ_１と変圧器１の励磁サセプタンスｂ_０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Ｃ_１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。

誘導電極２０の材質は、Ａ相の架空電線１０２及び誘導電極２０間の浮遊静電容量Ｃ_Ａと、Ｂ相の架空電線１０２及び誘導電極２０間の浮遊静電容量Ｃ_Ｂと、Ｃ相の架空電線１０２及び誘導電極２０間の浮遊静電容量Ｃ_Ｃとを合成した静電容量（以下、「合成静電容量Ｃ_Ｎ」と称す）によって静電誘導作用を生じるものであれば、ステンレスなどの金属に限られるものではなく、導電性又は半導電性の合成樹脂を用いてもよい。なお、本実施形態においては、外形４０ｍｍ、内径３４ｍｍ及び長さ２ｍのアルミニウムパイプを用いている。

また、支持体３０は、一端３１ａが電線路の支持物１０１側に固定され、他端３１ｂが当該電線路の支持物１０１から離隔して誘導電極２０を支持して配設される長尺状体３１と、長尺状体３１の中間に配設され、長尺状体３１が延出する下方に向かって開口する空隙３２ａを、長尺状体３１との間に有する着雪防止部３２と、を備える。

すなわち、支持体３０を構成する着雪防止部３２は、長尺状体３１の中間に配設されていて、長尺状体３１が延出する下方に向かって開口する空隙３２ａを、長尺状体３１との間に有する構成であれば、長尺状体３１の延出する方向が上方（上向き方向）か下方（下向き方向）かは特に限定されないものである。

ここで、主要な鉄塔では、送電線と鉄塔主柱間とが近距離に設計されていることから、図１（ｃ）に示すように、鉄塔（電線路の支持物１０１）を構成する鉄塔腕金（腕金部１０１ａ）及び鉄塔主柱（主柱部１０１ｂ）のうち、鉄塔主柱（主柱部１０１ｂ）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）として設置することによって、送電線からより強い電界強度を得ることが可能となり、結果的に電源装置１０が得る電力の増大を図ることができる。

このような場合には、長尺状体３１が上方に向かって延出して他端３１ｂに誘導電極２０を配設する構成であり、着雪防止部３２は、空隙３２ａの開口が長尺状体３１の一端３１ａ側の下方に向かって形成される構成とすることができる。

すなわち、支持体３０は、一端３１ａが電線路の支持物１０１側に固定され、他端３１ｂが当該電線路の支持物１０１から離隔して配設される長尺状体３１と、長尺状体３１の他端３１ｂに連結され、誘導電極２０を支持し、誘導電極２０の下側に配設され、長尺状体３１との間に空隙３２ａを有する着雪防止部３２と、を備えて構成される。

なお、本実施形態に係る支持体３０は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、筒状の長尺状体３１とドーム状の着雪防止部３２とをＦＲＰ（fiberglass reinforced plastics：繊維強化プラスチック）で一体成形した傘状体であり、着雪防止部３２の上部に誘導電極２０を配置して、誘導電極２０に接続する絶縁電線（高圧絶縁電線４１）を長尺状体３１内に配設させる。なお、このＦＲＰについては、表面加工処理の有無は特に限定されるものではないが、より好ましくは、表面の撥水性を高めるような公知の技術によって表面加工されたものを用いることであり、例えば、エチレン・酢酸ビニル共重合体(ＥＶＡ)等のポリマーやシリコーン等を用いて表面を被覆することができる。このような加工処理によって、表面上の水分が弾かれ易くなって取り除かれ、水分の浸透によるＦＲＰの電気的な抵抗特性の劣化、さらにそれに伴う電気的損失を抑制することができる。

また、本実施形態に係る支持体３０は、長尺状体３１の一端３１ａと電線路の支持物１０１との間に、変圧器１を内包する筐体３３を備える。
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。

また、本実施形態に係る電源装置１０は、変圧器１の一次側の一端側（高圧側）及び変圧器１の一次側の他端側（接地側）間に接続され、落雷により誘起される高電圧を放電させて電圧を抑制するアークホーン（放電電極）２と、作業者の感電を防止するショートアース（短絡接地機構）３と、を備える。

ここで、変圧器１において、第１の仮定として、磁束はすべて鉄心の中だけを通り両巻線に鎖交すること、第２の仮定として、巻線の抵抗は無視できること、第３の仮定として、鉄損は無視できること、第４の仮定として、鉄心の飽和は無視できること、第５の仮定として、鉄心の透磁率が無限大で励磁電流も無視できること、の５つを仮定した仮想上の変圧器を理想変圧器１ａという。

理想変圧器１ａでは仮定により、磁束はすべて鉄心の中だけを通り両巻線に鎖交するものとした。しかし、実際の変圧器１では、一次及び二次の両巻線と鎖交する主磁束の他に、一次巻線とだけ鎖交し二次巻線と交わらない磁束と、二次巻線とだけ鎖交し一次巻線と交わらない磁束が存在し、これらは漏れ磁束という。

この漏れ磁束による起電力は、漏れ磁束のない理想変圧器１ａの一次巻線及び二次巻線にそれぞれ直列に接続されたインダクタンスによって生じるリアクタンス電圧降下として取り扱うことができる。したがって、一次漏れリアクタンスをｘ_１、二次漏れリアクタンスをｘ_２とすれば、その影響を、図２（ａ）に示すように、理想変圧器１ａの一次巻線及び二次巻線とそれぞれ直列に接続された漏れリアクタンスｘ_１、ｘ_２として表わすことができる。

また、理想変圧器１ａでは仮定により巻線の抵抗を無視したが、実際の変圧器では巻線に抵抗があるために、それによる電圧降下と銅損を伴う。したがって、一次巻線の抵抗をｒ_１、二次巻線の抵抗をｒ_２とすれば、その影響を、図２（ａ）に示すように、理想変圧器１ａの一次巻線及び二次巻線とそれぞれ直列に接続された抵抗ｒ_１、ｒ_２として表わすことができる。

また、一次と二次の結合コイルを理想変圧器１ａとするためには、図２（ａ）に示すように、一次コイルと並列に励磁電流の通路を設けてやればよい。この分路は鉄損電流の通路となる励磁コンダクタンスｇ_０と磁化電流の通路となる励磁サセプタンスｂ_０の並列回路からなる。

このように、図２（ａ）に示すように、変圧器１は、一次巻線の抵抗ｒ_１、一次漏れリアクタンスｘ_１、励磁サセプタンスｂ_０、励磁コンダクタンスｇ_０、理想変圧器１ａ、二次巻線の抵抗ｒ_２及び二次漏れリアクタンスｘ_２からなる等価回路で表わすことができる。

また、変圧器１における、一次巻線の抵抗ｒ_１及び一次漏れリアクタンスｘ_１からなる合成インピーダンスＺ_１、並びに二次巻線の抵抗ｒ_２及び二次漏れリアクタンスｘ_２からなる合成インピーダンスＺ_２は、わずかな電圧降下として作用するが、ここでの電圧降下は一般的には非常に小さく、回路に対する影響が少ないために無視することができる。

なお、変圧器１の励磁サセプタンスｂ_０は、誘導電極２０を対向させる架空電線１０２の種類と、誘導電極２０の仕様と、誘導電極２０及び架空電線１０２間の間隙とが決まっているのであれば、誘導電極２０の対地静電容量Ｃ_０との並列共振の条件を満たすように変圧器１の一次巻線の巻数やコアの特性を適宜選定すればよい。しかしながら、一般的には架空電線１０２の種類は多様であり、必要な電力に応じて誘導電極２０のサイズを大きくする場合もあり、また、支持物１０１の状況次第では誘導電極２０及び架空電線１０２間の間隙を変更せざるを得ないなどの事情が生じることが多い。したがって、想定される誘導電極２０の対地静電容量Ｃ_０のインピーダンスに対して変圧器１の励磁サセプタンスｂ_０のインピーダンスをわずかに低く設定しておき、変圧器１の二次側のコンデンサＣ_１を増減させて共振状態にする方式を採用する方が現場適応性に優れている。

ここで、誘導電極２０の対地静電容量Ｃ_０及び変圧器１の二次側のコンデンサＣ_１と変圧器１の励磁サセプタンスｂ_０とによって並列共振させる電源装置１０の作用効果について、図２（ｃ）を用いて説明する。
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。

まず、負荷２００に供給される電力Ｐ（＝電圧Ｖ×電流Ｉ）は、負荷２００（負荷抵抗Ｒ）に印加される電圧Ｖ_０と、負荷２００（負荷抵抗Ｒ）に流れる電流Ｉ_Ｒとの乗算により得られる。
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Ｃ_０と負荷抵抗Ｒとに充電電流Ｉ_Ｃ０及び電流Ｉ_Ｒ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Ｃ_０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Ｖ_Ｅのほとんどが合成静電容量Ｃ_Ｎ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Ｃ_０及び変圧器１の二次側のコンデンサＣ_１と変圧器１の励磁サセプタンスｂ_０とで並列共振させて、誘導電極２０の対地静電容量Ｃ_０に流れる充電電流Ｉ_Ｃ０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Ｃ_Ｎ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Ｖ_０を最大限に保つようにする。

結果的に、誘導電極２０の対地静電容量Ｃ_０と変圧器１の励磁サセプタンスｂ_０と変圧器１の二次側のコンデンサＣ_１の一次側換算値とを合成したインピーダンスを無限大（∞）に保持することで、図２（ｂ）に示すように、単純な等価回路とみなすことができる。

なお、変圧器１の一次巻線を数万回〜数十万回で巻回することにより、鉄損分抵抗Ｒ_０（励磁コンダクタンスｇ_０）に流れる電流Ｉ_Ｒ０による損失を極めて小さくすることがで
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。

つぎに、本実施形態に係る着雪防止部３２の作用効果について、着雪防止部３２を備えない電源装置３１０における着雪実験の実験結果を用いて説明する。なお、着雪実験は、冬シーズン（２０１４年１２月２９日〜２０１５年１月５日）で行った。

実験に用いた電源装置３１０は、図３（ｂ）に示すように、架空電線１０２に概ね平行に対向するように配置された長さ２．３ｍの３本の誘導電極３１１と、その誘導電極３１１に誘起させる電圧を降圧する変圧器を内蔵した筐体３１２と、誘導電極３１１及び筐体３１２を支持物１０１（送電鉄塔の主柱部１０１ｂ）に固定する取付金具３１３とを備える。また、誘導電極３１１及び筐体３１２間は、絶縁性の腕部３１４で連結され、その腕部３１４の表面は、フッ素樹脂製のチューブで被覆されている。また、腕部３１４には、フッ素樹脂製の円盤３１５が取り付けられ、雨、結露及び着雪に対して、一定の対策を施したものである。

着雪実験の実験設備は、図３（ａ）に示すように、電源装置３１０、電源装置３１０の着雪状態を撮影するカメラ３２０、及び、電源装置３１０を照らす投光器３３０が、架空電線１０２（最下相のジャンパー線）近傍で、支持物１０１（送電鉄塔の主柱部１０１ｂ）に取り付けられる。

電源装置３１０は、リードケーブル３４１を介して、電源装置制御ボックス（制御回路）３１７に接続され、ゲートウェイ、データロガー及び３Ｇ回線用アンテナを備える監視ボックス３４２に接続される。
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。

監視ボックス３４２は、配電線３４３、低圧引込み線３４４、内部にタイトランスを設置した分電盤３４５、引込ケーブル３４６を介して、商用電源が供給される。
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。

監視ボックス３４２は、電源装置３１０の撮像データと電源装置３１０からの出力（供給電力）の測定データとを送信する。

図４（ａ）は、着雪実験の実験結果を示したグラフである。
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。

なお、着雪実験では、電源装置３１０からの出力を測定するために、図４（ｂ）に示す回路を用いている。
図４（ｂ）において、Ｖ_ＡＣ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、Ｖ_ＤＣ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、Ｉ_１は制御回路に流れる電流であり、Ｉ_２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、Ｖ_ＯＵＴは出力部の電圧である。

図４（ｂ）において、出力部に負荷が接続していない場合に、電流Ｉ_１は微小になり、回路全体を流れる電流のほとんどがツェナーダイオードに流れるため、回路の電力供給量はツェナーダイオードと電流検出抵抗Ｒでの電力消費量とほぼ等しくなる。
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Ｖ_ＤＣの値との乗算により供給電力を求めたものである。

なお、図４（ａ）及び表１に示すように、着雪が多い時に供給電力が低下している時間帯や、着雪が比較的少ない時でも供給電力が顕著に低下している時間帯もある。
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。

まず、着雪実験を行なった電源装置３１０の模式図を図５（ａ）に示す。
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。

ここで、絶縁物の表面に着雪した場合の電源装置３１０の模式図を図５（ｂ）に示し、この場合の電源装置３１０の着雪によって新たに生じた回路の等価回路を図６（ａ）に示す。なお、図５（ｂ）において、符合Ｂの部分は、着雪していない部分である。

また、図６（ａ）において、Ｃ_ＳＨは電極部（誘導電極３１１）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、Ｒ_ＳＨは電極部（誘導電極３１１）側に付着した雪４００の抵抗値である。なお、この静電容量Ｃ_ＳＨは、誘導電極３１１が長いため、比較的大きな静電容量になる。
また、図６（ａ）において、Ｃ_ＳＬ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、Ｒ_ＳＬ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、Ｒ_Ｂ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。

特に、静電容量Ｃ_ＳＨ、抵抗Ｒ_ＳＨ及び抵抗Ｒ_Ｂの直列部では、抵抗Ｒ_Ｂが無限大であることから、直列分圧により、電圧のほとんどが無限大の抵抗値を有するＲ_Ｂに掛かることになる。このため、静電容量Ｃ_ＳＨ、抵抗Ｒ_ＳＨ及び抵抗Ｒ_Ｂの直列部では、電流がほとんど流れず、静電容量Ｃ_ＳＨ、抵抗Ｒ_ＳＨ及び抵抗Ｒ_Ｂの直列部における電力損失がほぼ零になる。
したがって、静電容量Ｃ_ＳＨ、抵抗Ｒ_ＳＨ及び抵抗Ｒ_Ｂ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Ｃ_ＳＬ及び抵抗Ｒ_ＳＬからなる更に単純な等価回路で表すことができる。

なお、抵抗Ｒ_ＳＬは、着雪時の雪４００の抵抗であることから、概ね数１００ＭΩのオーダーまで低下する。
一方、静電容量Ｃ_ＳＬ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Ｌ_Ａ［ｍｍ］とすると、次式（２）となる。

静電容量Ｃ_ＳＬは、式（２）より、例えば、絶縁物の比誘電率εが２．７であり、腕部３１４の直径Ｄが３５ｍｍであり、高圧絶縁電線３１６の導体外径ｄが４．１ｍｍであり、腕部３１４の長さＬ_Ａが１７０ｍｍである場合（ε＝２．７、Ｄ＝３５［ｍｍ］、Ｌ_Ａ＝１７０［ｍｍ］）に、ほぼ１２ｐＦとなる（Ｃ_ＳＬ≒１２［ｐＦ］）。

ここで、Ｃ−Ｒ直列接続時の静電容量Ｃと抵抗Ｒと電力損失Ｐとの関係式を求める。
まず、図６（ｃ）に示すように、Ｃ−Ｒの直列回路を等価なＣ_ｐ−Ｒ_ｐ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Ｙ_ｐは次式（４）で表される。

また、式（３）及び式（４）より、次式（５）が算出できる。
また、電力Ｐと誘起電圧Ｅと電流Ｉとの関係式（Ｐ＝ＥＩ＝Ｅ^２／Ｒ_ｐ）より、次式（６）が算出できる。

式（６）により、直列回路の静電容量Ｃ及び抵抗Ｒの各々の値が分かれば、電力損失Ｐ［Ｗ］を算出することができる。
式（６）に基づき、静電容量Ｃ_ＳＬ、抵抗Ｒ_ＳＬ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（Ｒ_ＳＬ）に順次異なる値を入力して静電容量Ｃ（Ｃ_ＳＬ）を求め、抵抗Ｒ_ＳＬと静電容量Ｃ_ＳＬと関係を表にまとめ、グラフ化したものである。

また、図７において、下向き矢印（↓）は、静電容量Ｃ_ＳＬが１２ｐＦである場合（Ｃ_ＳＬ＝１２ｐＦ）に、抵抗Ｒ_ＳＬが着雪により低下していく場合の電力損失の推移を示したものである。
なお、図７から明らかなように、静電容量Ｃ_ＳＬ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。

ここで、誘導電極３１１や高圧絶縁電線３１６では、誘導電極３１１の大きさにも依存するが、着雪時に少なくとも数１０ｐＦオーダーの静電容量Ｃ_ＳＨ，Ｃ_ＳＬが形成される。
したがって、電力損失を抑制するためには、抵抗Ｒ_ＳＬを少なくとも１０^９Ω以上、好ましくは１０^１０Ω以上の抵抗値に維持する必要があることが分かる。

なお、着雪時の表面抵抗Ｒ_Ｂは、着雪の溶け始めで顕著に低下し、気温が０℃〜２℃で維持されると、シャーベット状の雪が円盤３１５裏面に付着したままとなり、１０^８Ωオーダーで維持されることになる。

また、今回の着雪実験では、図５（ｂ）に示す符合Ｂの部分に着雪していない場合について、着雪時の電力損失が発生する仕組みを説明したが、実験現場の風向きが変わり、円盤３１５の裏面にも雪が付着すれば、静電容量Ｃは今回の実験結果よりも遥かに大きな値となり、図７に示す下向き矢印（↓）よりグラフの右側の現象が起きることになる。

したがって、着雪実験で用いた電源装置３１０において、誘導電極３１１や腕部３１４を絶縁物により絶縁しているにも関わらず、電力損失が発生する理由は、着雪時のＣ−Ｒ直列接続によるものである。このため、電力損失を抑制する対策を考慮する上では、電源装置３１０に着雪しない沿面を少なくとも一部に設けることが重要になる。特に、横風に伴う電源装置３１０の側面の着雪にも耐え得るものが好ましい。

以上のように、本実施形態に係る電源装置１０は、長尺状体３１の中間に配設され、長尺状体３１との間に空隙３２ａを有する着雪防止部３２を備えることにより、空隙３２ａ近傍の着雪を防止し、誘導電極２０周囲に付着した雪と腕部（支持体３０の長尺状体３１）周囲に付着した雪とを分断して、分断した部分による無限大の表面抵抗を生じさせ、誘導電極２０周囲に付着した雪の抵抗Ｒと誘導電極２０及び着雪間の静電容量ＣとによるＣＲ損失を抑制することができる。
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。

（本発明の第２の実施形態）
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。

本実施形態に係る支持体３０の着雪防止部３２は、図８に示すように、空隙３２ａの上側に密閉空間３２ｂを備え、当該密閉空間３２ｂに変圧器１、アークホーン２及びショートアース３を内包する。
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Ｃ_１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。

この第２の実施形態においては、着雪防止部３２の密閉空間３２ｂに変圧器１を内包するところのみが第１の実施形態と異なるところであり、着雪防止部３２の密閉空間３２ｂに変圧器１を内包することによる作用効果以外は、第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。

前述した第１の実施形態に係る電源装置１０は、筐体３３が変圧器１、アークホーン２及びショートアース３を内包するため、筐体３３の外形が大きくなり、筐体３３の上部に雪が積もり易く、誘導電極２０の周囲に付着した雪と腕部（支持体３０の長尺状体３１）の周囲に付着した雪とが連結する恐れがある。この場合に、第１の実施形態に係る電源装置１０は、無限大の表面抵抗を生じさせることができず、ＣＲ損失による電力損失を抑制することができない可能性がある。

これに対し、本実施形態に係る電源装置１０は、着雪防止部３２の密閉空間３２ｂに変圧器１を内包することにより、空隙３２ａ下の筐体３３を無くして空隙３２ａ下の着雪を抑制すると共に、変圧器１の一次側の高圧絶縁電線４１を空隙３２ａ下に配設させない構造となる。

ここで、変圧器１の二次側の低圧ケーブル５１の周囲に着雪した場合には、低圧ケーブル５１及び着雪間の静電容量は発生するものの、低圧ケーブル５１及び大地３００間の電圧が低いため、電力損失としては極めて小さく無視することができる。
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。

（本発明の第３の実施形態）
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。

本実施形態に係る着雪防止部３２は、図９〜図１２に示すように、変圧器１、アークホーン２及びショートアース３と、着雪防止部３２の外部の低圧ケーブル５１に接続するための低圧コンセント４とを載置すると共に、２本の誘導電極２０を同一直線上で一対として、誘導電極２０の長手方向を平行に三対の誘導電極２０を等間隔（正三角形の頂点位置）で配設させる台座３４と、底部を除いて台座３４を被覆するＦＲＰ製のカバー３５と、から構成される。

なお、本実施形態に係る台座３４は、図１０（ａ）に示すように、なす角１２０°で三方向に突出する２枚の板状体３４ａと、２枚の板状体３４ａの各頂点間を連結する３本の筒状体３４ｂと、２本の筒状体３４ｂ間に配設され台座３４の底面をなす底板３４ｃと、を備える。
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。

さらに、本実施形態に係る支持体３０の長尺状体３１は、図９（ｂ）に示すように、大地３００に対して傾斜する一端３１ａを含む傾斜部３１ｃと、大地３００に対して略垂直である他端３１ｂを含む垂直部３１ｄと、を備え、一端３１ａが電線路の支持物１０１（より具体的には主柱部１０１ｂ）に固定される。

また、長尺状体３１の一端３１ａは、水平角調整機能が付いた取付金具３６を用いて、支持物１０１に固定され、長尺状体３１内に配設される低圧ケーブル５１が一端３１ａから引き出され、図示しない制御回路に接続され、電力が供給されることになる。

また、長尺状体３１の他端３１ｂには、ＦＲＰ製のパイプ３７が取り付けられると共に、フッ素樹脂製のチューブ３８を被覆することにより、雨や露などによる湿潤に伴う電力損失を低減することができる。

なお、本実施形態に係る電源装置１０は、図９（ｂ）に示すように、取付金具３６で支持体３０を電線路の支持物１０１に取り付けた後に、図９（ａ）に示すように、着雪防止部３２の台座３４の設置ホルダ３４ｄに長尺状体３１の他端３１ｂを嵌合させると共に、低圧ケーブル５１に接続される低圧プラグ５を低圧コンセント４に差し込むことで、設置される。

また、本実施形態に係る変圧器１は、シリコーンゴム注型方式で密閉し、耐電圧性能を向上させている。
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Ｃ_１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。

この第３の実施形態においては、支持体３０の長尺状体３１が傾斜部３１ｃ及び垂直部３１ｄを備えるところのみが第２の実施形態と異なるところであり、傾斜部３１ｃ及び垂直部３１ｄによる作用効果以外は、第２の実施形態と同様の作用効果を奏する。

本実施形態に係る電源装置１０は、長尺状体３１の一端３１ａと電線路の支持物１０１との固定部分（長尺状体３１の付け根）から積雪して成長する雪を、傾斜部３１ｃを介して、垂直部３１ｄ（着雪防止部３２）から離間させ、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。

なお、本実施形態に係る長尺状体３１（傾斜部３１ｃ、垂直部３１ｄ）は、図９に示すように、傾斜部３１ｃが一端３１ａから垂直部３１ｄにかけて上向きに傾斜する略への字形状について図示しているが、傾斜部３１ｃが一端３１ａから垂直部３１ｄにかけて下向きに傾斜するレの字形状であってもよい。
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。

また、着雪防止部３２のカバー３５は、図１１（ａ）に示すように、電線路の支持物１０１（すなわち、主柱部１０１ｂ）に対向する面（上面）を傾斜面とし、断面が略二等辺三角形の屋根としているが、電線路の支持物１０１に対向する面を垂直面とし、断面が略直角三角形の屋根としてもよい。
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。

（その他の実施形態）
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。

例えば、５００ｋＶクラス等の高い送電電圧の鉄塔（支持物１０１）においては、一般に、ジャンパー線の弛度を抑制して鉄塔の高さを低く抑えるために、ジャンパー線部に剛性の高い金属パイプを沿わせ、両側の耐張がいしから金属パイプを引き上げる構成となっている。また、風が強く電線の吹き上げられるような強風地域や、氷雪の多い豪雪地方では、スリートジャンプによる事故（垂直配線同士の混触による短絡事故）を防ぐために、図１３（ａ）に示すように、鉄塔（前記支持物１０１）を構成する腕金部１０１ａの出幅（オフセット）ａ、ｂ、及びｃの相互間の長さの差分が大きくなるように設計されている。

このような場合には、一般に、鉄塔の主柱部（電線路の支持物１０１を構成する主柱部１０１ｂ）と送電線の間隔よりも、鉄塔の腕金部（電線路の支持物１０１を構成する腕金部１０１ａ）と送電線の間隔が小さくなるように設計されていることから、電源装置１０は、図１３（ｂ）に示すように、より効率的に強い電力を得るという観点から、鉄塔の腕金部１０１ａのほうに取り付けられることが好ましい。

ここで、上述したように、支持体３０を構成する着雪防止部３２は、長尺状体３１の中間に配設されていて、長尺状体３１が延出する下方に向かって開口する空隙３２ａを、長尺状体３１との間に有する構成であれば、長尺状体３１の延出する方向が上方（上向き方向）か下方（下向き方向）かは特に限定されないものである。

このことから、このような鉄塔（電線路の支持物１０１）では、送電線と鉄塔腕金間との間隔が、送電線と鉄塔主柱間との間隔よりも、近距離に設計されていることから、鉄塔の腕金部１０１ａ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（下方）として設置することによって、送電線からより強い電界強度を得ることが可能となり、結果的に電源装置１０が得る電力の増大を図ることができる。

すなわち、本実施形態に係る電源装置１０は、図１３（ｃ）に示すように、長尺状体３１が下方に向かって延出して他端３１ｂに誘導電極２０を配設する構成であり、着雪防止部３２は、空隙３２ａの開口が長尺状体３１の他端３１ｂ側の下方に向かって形成される構成とすることができる。

また、支持体３０は、図１３（ｄ）に示すように、着雪防止部３２の下部に誘導電極２０を配置して、誘導電極２０に接続する絶縁電線（高圧絶縁電線４１）を長尺状体３１内に配設させて構成される。

本実施形態に係る電源装置１０が、上述のように鉄塔の腕金部１０１ａの下部に取り付けられることによって、鉄塔の主柱部１０１ｂに取り付ける場合よりも高い電界強度の領域に配置されることとなり、高い電力をより安定的に得ることができる。さらに、この場合には、積雪によって、雪（接地電位相当）が腕金部１０１ａ側から成長してきたとしても、空隙３２ａが介在していることによって、誘導電極２０周囲に付着した雪と腕金部１０１ａ側から成長してきた雪とを分断でき、継続して高インピーダンス状態が維持されて、電力損失を安定的に抑制することができる。

なお、上記の各実施形態に係る電源装置１０では、空隙３２ａの形状については、特に限定されるものではないが、より好ましくは、着雪防止部３２が、長尺状体３１の延出方向の下方側に向かって、長尺状体３１に対する空隙３２ａの断面幅ｄが段階的に拡大して形成されることである。このような空隙３２ａは、例えば、図１４（ａ）〜（ｃ）に示すように、釣鐘形状や、直線的な斜面を有する円錐形状や、傾斜面が徐々に穏やかになる傘形状が例示され、長尺状体３１に対する空隙３２ａの断面幅ｄが段階的に拡大して断面幅Ｄの開口に至るテーパー形状とすることができる。

このように、空隙３２ａが、延出方向の下方側に向かってテーパー状に拡大する形状を有することによって、電源装置１０は、着雪防止部３２の上部に雪が付着したとしても、着雪防止部３２のテーパー斜面に沿って雪が自重によって滑り、長尺状体３１と離隔を保って自然に落下し易くなることから、積雪による接地短絡が回避されることによって、より安定的に電力を得ることができる。

１変圧器
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
３４７ＡＣ１００Ｖ電源線
３４８分岐ボックス
４００雪

Claims

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。