KR101474037B1 - 가공 송전 선로의 도체 선택 방법 - Google Patents

가공 송전 선로의 도체 선택 방법 Download PDF

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Abstract

도체 구성이 적어도 2개의 상이한 유형의 도체를 포함할 때 2개의 데드-엔드 타워들 사이의 가공 송전 선로 장력 섹션의 도체 구성을 선택하는 방법. 적절한 도체 구성을 선택할 때, 소정의 선택 규칙과 함께 지리적 프로파일 정보 및 가공 송전 선로 선호사항이 사용된다. 가공 송전 선로 선호사항의 몇몇 예는 전기적 특성 및 타워들 간의 도체 처짐을 포함하지만, 선택 규칙의 예는 도체 단가 및 도체 장력을 포함한다.
도체, 데드-엔드 타워, 가공 송전 선로, 도체 선택, 컴퓨터

Description

가공 송전 선로의 도체 선택 방법{METHOD FOR SELECTING CONDUCTORS OF AN OVERHEAD POWER TRANSMISSION LINE}
가공 (전기) 송전 선로는 지지 구조물 또는 타워, 애자 및 타워에 의해 지지되는 도체를 포함한다. 어떤 경우에, 가공 송전 선로가 장거리에 걸쳐 있을 수 있다. 가공 송전 선로는 전형적으로 다수의 데드-엔드 타워(dead-end tower), 다수의 직선(현수) 타워(tangent (suspension) tower) 및 도체를 포함한다. 전형적으로, 다수의 직선 및 데드-엔드 타워를 포함하는 가공 송전 선로 전체의 구성에 한 유형의 도체가 사용된다.
일반적으로, 본 발명은 송전 선로 장력 섹션 내의 도체 구성이 직렬로 접속되어 있는 적어도 2개의 상이한 유형의 도체를 포함하는 경우 도체 구성을 선택하는 방법에 관한 것으로서, 상이한 유형의 도체들은 그들 사이에 적어도 하나의 상이한 파라미터를 갖는다. 송전 선로 장력 섹션(transmission line tension section)은 하나의 데드-엔드 타워에서 다른 데드-엔드 타워까지 연장된 가공 송전 선로의 일부분을 말하며, 송전 선로 장력 섹션은 다수의 직선 타워를 포함할 수 있다. 직선 타워("현수" 타워라고도 함)이거나 데드-엔드 타워인 2개의 인접한 타워 간의 거리를 경간이라고 한다. 장력 서브섹션(tension subsection)은 단지 한 유형의 도체만을 포함하는 송전 선로 장력 섹션의 어떤 부분이다. 이러한 장력 서브섹션은 2개의 인접한 타워 간의 하나의 경간보다 더 크거나 작게 걸쳐 있을 수 있으며, 2개의 상이한 장력 서브섹션이 경간 내에서 또는 타워에서 만날 수 있다. 도체 구성은 송전 선로 장력 섹션의 다수의 장력 서브섹션(예를 들어, 송전 선로 장력 섹션 중 어느 정도가 각각의 도체 유형으로 이루어져 있는지)을 정의한다. 일례로서, 가공 송전 선로의 일부분을 이루고 있는 2개의 장력 서브섹션이 경간 내에서 또는 타워와의 부착점에서 만날 수 있다. 적절한 도체 구성을 선택할 때, 소정의 선택 규칙과 함께 지리적 프로파일 정보 및 가공 송전 선로 선호 사항이 사용된다.
사용자가 가공 송전 선로의 유용한(가장 바람직하거나 가장 양호한 것을 포함함) 이용가능 도체 구성(들)을 결정하기 위해 수동으로 선호 사항 및 수식을 사용할 수 있지만, 연산 장치가 선택 프로세스 전체에 걸쳐 사용자를 더 효율적으로 도울 수 있다. 사용자는 도체 구성의 선호 사항 또는 요구 사항을 정의하기 위해 송전 선로 입력을 제공할 수 있다. 송전 선로 선호 사항의 몇몇 예로는 전기적 특성 및 도체 처짐이 있지만, 선택 규칙의 예로는 도체 단가 및 도체 장력이 있다.
일 실시 형태에서, 본 발명은 적어도 2개의 타워에 의해 지지되는 가공 송전 선로의 적어도 하나의 원하는 파라미터를 식별하는 단계, 및 식별된 적어도 하나의 원하는 파라미터 및 선택 규칙에 기초하여 가공 송전 선로의 도체 구성을 선택하는 단계를 포함하는 가공 송전 선로용 도체를 선택하는 방법에 관한 것이다. 도체 구성은 상이한 도체 유형의 적어도 제1 도체 및 제2 도체를 포함한다.
다른 실시 형태에서, 본 발명은 적어도 2개의 타워에 의해 지지되는 가공 송전 선로의 적어도 하나의 원하는 파라미터를 식별하고 식별된 적어도 하나의 원하는 파라미터 및 선택 규칙에 기초하여 가공 송전 선로의 도체 구성을 선택하는 프로세서를 포함하는 가공 송전 선로용 도체를 선택하는 시스템에 관한 것이다. 도체 구성은 상이한 도체 유형의 적어도 제1 도체 및 제2 도체를 포함한다.
대안의 실시 형태에서, 본 발명은 프로세서가 2개의 데드-엔드 타워에 의해 지지되는 가공 송전 선로 장력 섹션의 적어도 하나의 원하는 파라미터를 식별하게 하고 식별된 적어도 하나의 원하는 파라미터 및 선택 규칙에 기초하여 가공 송전 선로의 도체 구성을 선택하게 하는 명령어들을 갖는 컴퓨터-판독가능 매체에 관한 것이다. 도체 구성은 상이한 도체 유형의 적어도 제1 도체 및 제2 도체를 포함한다.
본 발명은 하나 이상의 이점들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 가공 송전 선로 장력 섹션은 적어도 2가지 유형의 상이한 도체들로부터 이용가능한 이점들을 사용하여 구성될 수 있다. 이는 상이한 처짐 특성 또는 다른 특성(예를 들어, 상이한 전류 용량)을 갖는 도체들이 가공 송전 선로 장력 섹션에 필요한 경우 이들 도체가 함께 사용될 수 있게 해줄 수 있다. 게다가, 이들 가공 송전 선로는 더 적은 지지 구조물이 사용될 수 있게 해주거나 더 다양한 지형을 지나갈 수 있게 해줄 수 있다. 더욱이, 가공 송전 선로는 새로운 더 고가의 가공 도체의 설치 비용을 줄이기 위해 비교적 더 고가의 도체를 필요한 곳에만 이용할 수 있다.
본 발명의 한 가지 이상의 실시 형태에 대한 상세한 사항이 첨부된 도면과 하기의 상세한 설명에서 설명된다. 본 발명의 특징, 목적, 및 이점이 상세한 설명 및 도면으로부터 그리고 청구의 범위로부터 명백하게 될 것이다.
도 1은 예시적인 컴퓨터화된 도체 선택 시스템의 상위 레벨 블록도.
도 2는 가공 송전 선로의 적절한 도체 구성을 선택하는 예시적인 방법을 나타낸 흐름도.
도 3은 가공 송전 선로의 적절한 도체 구성을 선택하기 위한 설계 파라미터를 입력하는 예시적인 방법을 나타낸 흐름도.
도 4는 수평의 지리적 프로파일 상의 타워들 사이의 가공 송전 선로 장력 섹션의 예시적인 도체들을 나타낸 개념도.
도 5는 인접한 데드 엔드를 갖는 강의 양측에 있는 타워들 사이의 가공 송전 선로 장력 섹션의 예시적인 도체들을 나타낸 개념도.
도 6은 원격 워크스테이션을 사용하는 예시적인 컴퓨터화된 도체 선택 시스템의 상위 레벨 블록도.
도 7은 원격 워크스테이션을 사용하여 가공 송전 선로의 적절한 도체 구성을 선택하는 예시적인 방법을 나타낸 흐름도.
도 8은 가공 송전 선로의 예시적인 도체의 단면도.
가공 송전 선로는 대체로 전기 공급원과 전기 목적지 사이의 구성요소들을 포함한다. 가공 송전 선로의 한 구성요소는 전기 도체이다. 전형적으로, 도체는 함께 꼬여 있는 복수의 와이어로 이루어진 연선 가공 송전 매체이다. 가공 송전 선로의 다른 구성요소들로는 가공 도체를 지지하는 구조물(예를 들어, 송전 타워 및 배전주) 및 도체를 구조물로부터 절연시키는 장치가 있다.
종래에는, 2개의 데드-엔드들(예를 들어, 종단 구조물들) 사이의 가공 송전 선로 장력 섹션이 전형적으로 한 가지 유형의 도체로 이루어져 있다. 그렇지만, 2개의 데드-엔드들 사이 또는 적어도 2개의 직선 타워들 사이의 가공 송전 선로 설계에 설계 유연성 및 이점을 제공하기 위해 적어도 2가지의 상이한 유형의 도체가 서로 결합되어 가공 송전 선로 장력 섹션 전체를 형성할 수 있다. 상이한 유형의 도체는 본 명세서에서 다른 도체의 적어도 하나의 파라미터와는 상이한 적어도 하나의 파라미터를 갖는 하나의 도체로서 정의된다. 가공 송전 선로 장력 섹션을 이루고 있는 각각의 도체를 장력 서브섹션(tension subsection)이라고 할 수 있다. 각각의 장력 서브섹션은 타워에서 끝나거나 2개의 인접한 타워 사이의 경간의 중간에서 끝날 수 있다. 수리가 필요할 때, 가공 송전 선로 전체가 교체될 필요가 있을 때, 또는 새로운 가공 송전 선로가 설계될 필요가 있을 때, 하나의 가공 송전 선로 장력 섹션에서 상이한 유형의 도체들이 사용될 수 있다. 일례에서, 상이한 유형의 도체들을 혼합함으로써 가공 송전 선로는 더 큰 가공 틈(overhead clearance)을 필요로 하는 경간에서 낮은 처짐 특성을 갖는 도체들을, 그리고 가공 틈과 같은 특정 요건을 갖지 않는 경간에서 높은 처짐 특성을 갖는 도체들을 이용할 수 있다. 가공 송전 선로 장력 섹션의 결과적인 도체 구성이 가공 송전 선로 전체를 처짐이 낮은 유형의 도체로 구성하는 것보다 더 저렴하거나 더 효과적일 수 있다. 도체는 물질의 유형, 크기, 전기적 특성 및 기계적 특성으로 정의된다.
가공 송전 선로 장력 섹션에 가장 적절한 도체 구성을 선택하는 것은 많은 변수들을 고려하는 복잡한 일일 수 있다. 이와 같이, 컴퓨터 소프트웨어 프로그램이 사용자의 요구를 충족시키면서 가공 송전 선로의 요건을 만족시키는 데 도움을 줄 수 있다. 소프트웨어 프로그램은 간단한 스프레드시트, 방정식 계산기, 또는 가능한 도체 구성의 그래픽 표현을 제공하는 완전한 연산 모델일 수 있다. 이들 컴퓨터 프로그램은 또한 가장 적절한 가공 송전 선로 구성을 선택할 때 사용되는 가능한 도체 구성의 성능 및 비용 분석도 포함할 수 있다.
가공 송전 선로에 사용되는 도체의 유형들이 환경적 조건, 전기적 요건, 또는 비용 제한으로 인해 가공 송전 선로들 사이에서 크게 다를 수 있다. 일부 도체들은 강철 코어, 복합재(예를 들어, 알루미늄 매트릭스 복합재 및 폴리머 복합재) 및 인바(Invar)(즉, 철, 니켈, 그리고 선택적으로 크롬, 티타늄 및 탄소와 같은 다른 원소를 포함하는 철 합금으로, 철 합금은 그의 성분들의 선형 조합보다 작은 열팽창 계수를 가짐) 코어, 또는 당업계에 통상 공지된 임의의 다른 코어로 이루어질 수 있다. 각각의 경간, 또는 2개의 타워들 사이의 가공 송전 선로 장력 섹션의 길이부는 경간 전체에 걸쳐 있는 장력 서브섹션을 포함할 수 있고, 하나의 도체 유형 또는 다수의 도체 유형을 포함하는 장력 서브섹션을 포함한다. 각각의 경간은 큰 거리(예를 들어, 약 400미터(약 1250 피트))에 걸쳐 있을 수 있지만, 다른 더 작은 또는 더 큰 경간이 설계된 가공 송전 선로 장력 섹션에 포함될 수 있다. 이들 경간 길이는 경간에서 사용되는 도체의 유형 또는 유형들에 의해 결정될 수 있다. 기타 경간 길이는, 예를 들어, 적어도 30, 60, 90, 120, 150, 180, 210, 240, 270, 300, 600, 900, 1200, 1500, 1800, 2100, 2400, 2700, 또는 심지어 적어도 약 3,000 미터일 수 있다. 가공 송전 선로 장력 섹션의 주어진 경간의 길이에 따라 타워 설계가 변할 수 있다.
도 1은 예시적인 컴퓨터화된 도체 선택 시스템의 상위 레벨 블록도이다. 도체 선택 시스템(13)은 사용자(12)에 대해 도체 구성의 선택을 용이하게 하는 컴퓨터일 수 있는 연산 장치(14)를 포함한다. 도체 선택 시스템(13)은 사용자 인터페이스(16), 프로세서(18) 및 메모리(20)를 포함한다. 메모리(20)는 모델 소프트웨어(22), 규칙 엔진(23), 프로파일(24), 데이터(26) 및 규칙(28)을 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 시스템(10)은 도체 선택 시스템(13)과 상호작용하는 사용자(12)를 포함한다. 사용자(12)는 특정 가공 송전 선로 또는 사용자의 선호사항에 따라 모델 소프트웨어(22) 및 규칙 엔진(23)을 구성 또는 조정할 수 있다. 더욱이, 사용자 인터페이스(16)는 사용자(12)가 지리적 프로파일(즉, 2차원(2D) 또는 3차원(3D) 지리적 토폴로지 정보)을 프로파일(24)에 입력하거나, 도체 데이터를 데이터(26)에 입력하거나, 선택 규칙을 규칙(28)에 입력할 수 있게 해준다. 이들 기법이 도체 선택 시스템(13)과 관련하여 기술되어 있지만, 이 기법은 사람에 의해 수동으로 적용될 수 있다. 다시 말하면, 가공 송전 선로용 도체 구성을 선택하는 방법이 컴퓨터화된 도체 선택 시스템(13)을 사용하지 않고 사용자(12)에 의해 수행될 수 있다.
사용자(12)는 시스템 성능을 증가시키거나 시스템의 비용을 감소시키기 위해 가공 송전 선로의 설계 및 가공 송전 선로용 도체의 선택에 관심이 있는 임의의 개인, 회사, 전력 공익사업체, 또는 당사자일 수 있다. 일 실시 형태에서, 사용자(12)는 가공 송전 선로 응용에 적합한 도체를 생산하는 제조 회사의 직원이다. 이 실시 형태에서, 사용자(12)는 가공 송전 선로에 대해 가능한 도체 구성을 식별하고 설계 중인 특정의 시스템에 대한 유용한(가장 바람직한 또는 가장 양호한 것을 포함함) 도체 구성(들)을 선택하기 위해 도체 선택 시스템(13)을 사용할 수 있다. 유용한(가장 바람직한 또는 가장 양호한 것을 포함함) 시스템(들)이 가공 송전 선로 성능 또는 가공 송전 선로 총 비용과 같은 사용자 요청 또는 선호사항에 따라 결정될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 사용자(12)는 송전 선로에 관하여 의사 결정을 하거나 의사 결정을 하는 데 도움을 주는 전력 회사, 공익사업체, 또는 다른 개체이다. 이러한 실시 형태에서, 사용자(12)는, 여러 가지 선로 선호사항 및 지리적 프로파일이 주어진 경우, 어느 유형의 도체가 사용될 수 있는지를 알기 위해 도체 선택 시스템(13)을 사용할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 사용자(12)는 도체를 판매하거나 판매하는 데 도움을 주는 제3자이다.
연산 장치(14)는 전형적으로 적어도 하나의 프로세서(18)와, 메모리(20)(예를 들어, 랜덤 액세스 메모리)와, (도시되지 않은) 컴퓨터 판독가능 매체를 판독하는 장치와, 디스플레이, 키보드 및 포인팅 장치와 같은 입/출력 장치를 포함할 수 있는 사용자 인터페이스(16)를 포함할 수 있는 하드웨어(도 1에 모두가 도시되어 있지는 않음)를 포함한다. 연산 장치(14)는, 예를 들어, 워크스테이션, 노트북 컴퓨터, 개인 휴대용 정보 단말기(PDA), 멀티미디어 장치, 네트워크 서버, 메인프레 임 또는 임의의 다른 범용 또는 전용 연산 장치일 수 있다. 도시되어 있지 않지만, 연산 장치(14)는 또한 운영 체제 및 기타 애플리케이션 소프트웨어와 같은 기타 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 연산 장치(14)는 (하드 드라이브, CD-ROM, 또는 컴퓨터 메모리와 같은) 컴퓨터 판독가능 매체로부터 실행가능 소프트웨어 명령어를 판독할 수 있거나, 다른 네트워크화된 컴퓨터 또는 서버와 같은 컴퓨터에 논리적으로 접속된 다른 소스로부터 명령어를 수신할 수 있다. 게다가, 도체 선택 시스템(13)은 다수의 컴퓨터 상에서 실행하기 위해 분산될 수 있고, 사용자(12)에 의해 원격으로 사용될 수 있고 웹 브라우저 또는 다른 인터페이스를 통해 액세스가능할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 도체 선택 시스템(13)은 도체 선택 시스템의 성능 및 동작에 유익할 수 있는 하나 초과의 연산 장치, 네트워크 접속부, 네트워크 서버, 데이터 저장소, 모델링 환경, 또는 임의의 다른 전자 장치를 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 도체 선택 시스템(13)은 어떤 계산 또는 결정이 사용자(12)에 의해 수행될 것을 요구할 수 있다. 도체 선택 시스템(13)의 이들 수동 부분은 도체 선택 시스템에 의해 처리될 수 없는 사용자(12) 선호사항 또는 특수 경우의 시나리오로 인해 요구될 수 있다.
사용자 인터페이스(16)는 입/출력 기능을 제공하는 임의의 형태의 인터페이스를 취할 수 있다. 일 실시 형태에서, 사용자 인터페이스는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)이고, 예를 들어 데이터의 표현 및 수신과 사용자(12)와의 상호작용을 용이하게 해주는 다양한 창, 컨트롤 바, 메뉴, 스위치, 라디오 버튼, 또는 다른 메 커니즘을 포함할 수 있다. 한 가지 통상의 예시적인 사용자 인터페이스는 미국 워싱턴주 레드몬드 소재의 마이크로소프트 코포레이션(Microsoft Corporation)에 의해 "윈도우즈 오퍼레이팅 시스템(Windows Operating System)"이라는 상표명으로 제공된다. 직접적인 사용자 상호작용과 관련하여 다양한 실시 형태에 기술되어 있지만, 사용자(12)는 또한 클라이언트 장치를 통해 도체 선택 시스템(13)에 원격 액세스할 수 있다. 예를 들어, 사용자 인터페이스(16)는 웹 브라우저 또는 다른 적합한 네트워킹 소프트웨어를 실행하는 원격 클라이언트 장치에 제공된 웹 인터페이스일 수 있다. 게다가, 비록 사용자(12)와 관련하여 기술되어 있지만, 사용자 인터페이스(16)가 연산 장치(14)로부터 원격지에 있는 소프트웨어 요원 또는 기타 연산 장치에 의해 호출될 수 있다. 더욱이, 일 실시 형태에서, 도체 선택 시스템(13)은 연산 장치(14)에 의해 제공되는 어플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API)를 통해 GUI 없이 호출되어 이용될 수 있다.
다른 실시 형태에서, 사용자 인터페이스(16)는 사용자(12)가 가공 송전 선로의 가능한 도체 구성을 볼 수 있게 해주기 위해 도체가 설치될 지리적 장소에 대한 2D 또는 3D 데이터를 제공할 수 있다. 사용자 인터페이스(16)는 또한 가공 송전 선로를 지지하는 데 사용되는 지리적 프로파일 및 타워(구조물)를 시각화할 수 있다. 지리적 프로파일은 가공 송전 선로가 설치될 지리적 영역을 나타낸다. 이러한 시각화로부터, 사용자(12)는 타워들 간의 도체 처짐을 식별하고 가공 송전 선로 파라미터(예를 들어, 송전 선로 입력. 도체 구성을 생성하는 데 사용됨)를 조정할 수 있다. 더욱이 사용자 인터페이스(16)는 사용자(12)가 가공 송전 선로로서 사용 될 도체 구성을 선택하기 전에 사용자(12)가 가공 송전 선로에 대한 환경의 힘의 영향을 보도록 해줄 수 있다.
일부 실시 형태에서, 사용자 인터페이스(16)는 사용자(12)가 도체 선택 시스템(13)과 상호작용하기 위해 사용할 수 있는 사용자에 보다 친숙한 입력 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 사용자 인터페이스(16)는 도체 선호사항을 입력하거나 타워 배치를 조정할 때 사용자(12) 터치를 직접 수신하는 터치 스크린을 제공할 수 있다. 대안적으로, 사용자 인터페이스(16)는 사용자(12) 입력을 수신하는 터치 패드 또는 드로잉 패드를 포함할 수 있다. 적어도 2명의 사용자(12)가 원격 연산 장치로부터 도체 선택 시스템(13)을 동시에 사용하는 경우에, 사용자 인터페이스(16)는 각각의 사용자가 볼 수 있는 개별 인터페이스 또는 사용자 인터페이스의 제어가 각 사용자 사이에서 교환될 수 있는 공통 인터페이스를 제공할 수 있다. 이와 같이, 복잡한 프로젝트가 더 적은 시간 내에 더 큰 성공으로 완료될 수 있다. 특히, 이 프로세스는 가공 송전 선로를 설계할 때 제조자와 클라이언트 간의 통신에서 또는 현장에서 문제를 해결하기 위해 제조업자와 설치 현장 작업자 간의 통신에서 유용할 수 있다.
프로세서(18)는 사용자 인터페이스(16)와 메모리(20) 간의 데이터 흐름을 제어한다. 일부 실시 형태에서, 프로세서(18)는 메모리(20)의 상이한 구성요소와 개별적으로 통신할 수 있다. 프로세서(18)는 가공 송전 선로의 선호사항에 기초하여 가공 송전 선로에 대한 가능한 도체 구성을 정의할 수 있는 모델 소프트웨어(22)로부터 명령어를 검색한다. 모델 소프트웨어(22)는 가능한 도체 구성을 계산하기 위 해 몇몇 저장소로부터의 데이터를 이용한다. 이들 저장소는 지리적 프로파일(24) 및 도체 데이터(26)를 포함한다. 더욱이, 규칙 엔진(23)은 선택 규칙(28)에 따라 가능한 도체 구성을 규제하는 명령어를 모델 소프트웨어(22)에 제공한다. 지리적 프로파일(24), 도체 데이터(26) 및 선택 규칙(28)에 포함된 데이터는 메모리(20)에 이미 존재하고 있거나 사용자(12)에 의해 제공될 수 있다.
언급되어야 할 점은 도체 선택 시스템(13)의 구성요소들의 배치가 단지 예시적인 것이며 본 명세서에 제공된 예와 동일한 결과를 달성하기 위해 다른 배치 또는 구성요소들이 제공될 수 있다는 것이다. 예를 들어, 소프트웨어 모듈이 더 많이 있고 필요할 때 액세스될 수 있거나, 데이터가 하드 디스크, 광 매체, 또는 네트워크화된 저장 장치와 같은 별도의 메모리 내에 포함될 수 있다.
도체 또는 적합한 가공 송전 선로를 정의하는 데이터는, 예를 들어, 크기와, 연선 가공과, 코어 비율과, 직경과, 저항과, 강도와, 도체의 외부 가닥에 대한 압축 응력 파라미터와, 압축 변형과, 연관된 응력/변형 곡선과, 주 경간과, 실제 경간과, 기울기와, 그리고 주위 온도, 풍속, 풍향, 방사율, 태양 흡수율, 도체 높이, 도체 방향, 위도, 총 태양 플럭스(solar flux), 태양시(태양 방사 계산을 위한 시간) 및 대기를 포함하는 다수의 전류용량 조건을 포함할 수 있다. 가공 송전 선로 선호사항을 정의하는 데이터는 가능한 도체들을 설명하는 데이터로부터 도출될 수 있거나, 가공 송전 선로를 설명하는 데이터의 부분 집합일 수 있다. 예를 들어, 가공 송전 선로 선호사항을 정의하는 데이터는 최대 도체 직경, 최대 실제 경간 처짐, 최소 긴급 전류용량, 최대 총 수평 장력, 최대 총 장력, 최대 총 수직 장력, 설치시 최대 수평 장력, 횡방향 장력 및 설치시 최대 장력을 포함할 수 있다. 횡방향 장력은, 보통 바람에 의해 가공 송전 선로 방향에 횡방향으로 도체에 가해지는 힘이다.
더욱이, 다양한 가공 송전 선로 선호사항이 적어도 하나의 환경적 시나리오와 연관된 것으로 지정될 수 있다. 환경적 시나리오는 가공 송전 선로가 현장에서 동작 시에 노출될 수 있는 환경적 조건을 정의하는 데이터이다. 종종 이들 시나리오는 가공 송전 선로가 겪을 수 있는 악천후는 물론 설치 시의 환경적 조건도 나타낸다. 환경적 시나리오는 주위 온도, 결빙 두께, 풍압, 및 국가 전기 안전 규격(National Electrical Safety Code, NESC) 과부하 인자 K와 같은 데이터에 의해 정의된다. 그러면, 각각의 환경적 시나리오는 그 자신 세트의 가공 송전 선로 선호사항을 가질 수 있다. 예를 들어, 환경적 시나리오는 심한 결빙 및 바람이 있는 눈보라 조건을 나타낼 수 있다. 최대 수평 장력, 최대 장력 및 최대 수직 장력의 점에서 보면 선로 선호사항은 이 환경적 시나리오와 구체적으로 연관되어 있을 수 있다. 이들 환경적 시나리오는 일정 도체 구성을 가공 송전 선로 설계에 적절하지 않아서 제거할 수 있다.
메모리(20) 내에 저장된 데이터 및 그의 구성 요소 데이터베이스 또는 저장소는 데이터 저장 파일, 컴퓨터 메모리, 또는 적어도 하나의 데이터베이스 서버에서 실행되는 적어도 하나의 데이터베이스 관리 시스템(database management system, DBMS)을 비롯한 다양한 형태로 구현될 수 있다. 데이터베이스 관리 시스템은 관계형(RDBMS), 계층형(HDBMS), 다차원형(MDBMS), 객체 지향형(ODBMS 또는 OODBMS), 또는 객체 관계형(ORDBMS)일 수 있다. 데이터는, 예를 들어, 마이크로소프트 코포레이션의 SQL 서버와 같은 단일의 관계형 데이터베이스 내에 저장될 수 있다. 일 실시 형태에서, 데이터는 연산 장치(14)의 메모리(20)에 로드된 플랫 파일(flat file)이다. 다른 실시 형태에서, 데이터, 특히 도체 데이터(26)는 연산 장치(14)의 메모리(20)에 로드된다.
가공 송전 선로 설계, 구체적으로는 전류를 전달하는 단일 유형 도체의 선택이 전형적으로 상이한 2세트의 공지된 계산으로 용이하게 된다. 어떤 경우에, 가공 송전 선로 설계는 적어도 한 명의 엔지니어 또는 시스템 설계자에 의해 수행될 수 있다. 다른 경우에, 시스템 설계는 컴퓨터 소프트웨어 프로그램으로 용이하게 된다. 먼저, 제1 컴퓨터 프로그램은 주어진 도체의 전류용량을 결정하기 위해 제1 세트의 계산을 이용한다. 전류용량은 도체 온도 및 한 세트의 날씨 조건이 주어진 경우 도체에 대한 전류 전달 용량의 계산이다.
응력/변형 및 처짐/장력 계산은 도체 데이터(26)로서 저장된 도체 유형의 물리적 특성 및 응력-변형 거동이 주어진 경우 도체 구성의 각 경간의 처짐을 계산하기 위해 모델 소프트웨어(22)로 수행될 수 있다. 일 실시 형태에서, 응력/변형 및 처짐/장력 계산은 문헌[Overhead Conductor Manual(Southwire Company, 1994]에 기술된 방법을 이용한다. 문헌[Chen, S.Z., Black, W.A., Loard, H. W. Jr. "High Temperature Sag Model for Overhead Conductors," IEEE Transaction on Power Delivery, Vol. 17, No. 4, October 2002]은 전류용량 및 선로 처짐 계산을 조합하는 방법을 기술하고 있다. 일부 실시 형태에서, 응력, 변형 및 처짐, 그리고 장력 제한이 가공 송전 선로 한계, 타워 한계 또는 기타 한계 인자들에 따라 규칙 엔진(23)을 통해 규제될 수 있다.
종래의 일부 소프트웨어 프로그램은 이들 2가지 계산 중 하나만을 수행하는 반면, 다른 것들은 둘 모두를 수행한다. 이러한 종래의 소프트웨어 프로그램의 예들로는 미국 사우스캐롤라이나주 스파르탄버그 소재의 ACA 컨덕터 액세서리즈(Conductor Accessories)에 의해 "SAG10"이라는 상표명으로 시판되는 것, 미국 위스콘신주 매디슨 소재의 파워라인 시스템즈 인크.(Power Line Systems, Inc.)에 의해 "PLS-CADD"라는 상표명으로 시판되는 것, 또는 미국 워싱턴주 스포칸 소재의 폰데라 엔지니어스(Pondera Engineers)에 의해 "TL-프로 디자인 스튜디오(Pro Design Studio)."라는 상표명으로 시판되는 것을 포함한다.
일 실시 형태에서, 도체 데이터(26)는 각각의 도체 유형 및 도체 유형에 대한 동작 파라미터를 정의하는 데이터를 보유하고 있다. 일부 도체는, 예를 들어, 강철 코어, 복합재(예를 들어, 알루미늄 매트릭스 복합재 및 폴리머 복합재) 코어, 인바 코어, 또는 당업계에 통상 공지되어 있는 임의의 다른 코어로 구성될 수 있다. 특정의 도체 유형은 알루미늄 매트릭스 복합재, 폴리머 복합재, 알루미늄 합금, 세라믹, 붕소, 흑연, 탄소, 티타늄, 텅스텐, 및 형상 기억 합금으로 구성될 수 있다. 폴리머 복합재의 예는 아라미드 및 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸)이다. 더욱이, 도체는 이들 물질 또는 당업계에 통상 공지된 다른 물질들의 임의의 조합으로 제조될 수 있다. 도체는 또한, 통상 알루미늄 또는 구리 합금으로 이루어져 있는 코어 주변에 꼬여 있는 와이어를 포함한다. 그렇지만, 본 명세서에서 언급되는 도체 유형은 일반적으로 도체 내의 도체 코어의 유형이라고 한다. 알루미늄 매트릭스 복합재 코어를 갖는 도체는 때때로 알루미늄 보강 복합재 도체(aluminum conductor composite reinforced, ACCR)라고 한다.
장력 서브섹션에 대한 다른 예시적인 가공 송전 선로 도체로는 강심 알루미늄 도체(aluminum conductor steel reinforced, ACSR), 강심 내열 알루미늄 합금 도체(thermal-resistant aluminum alloy conductor steel reinforced, TACSR), 강심 극내열 알루미늄 합금 도체(ultra thermal-resistant aluminum alloy conductor steel reinforced, ZTACSR), 인바심 극내열 알루미늄 합금 도체(ultra thermal-resistant aluminum alloy conductor Invar reinforced, ZTACIR), 내열 알루미늄 합금(heat resistant aluminum alloy, ZTAL), 강심 극내열 알루미늄 합금 도체(ultra thermal-resistant aluminum alloy conductor steel reinforced, ZTACSR), 강심 초내열 알루미늄 합금 도체(extra thermal-resistant aluminum alloy conductor steel reinforced, XTACSR), 인바심 초내열 알루미늄 합금 도체(extra thermal-resistant aluminum alloy conductor Invar reinforced, XTACIR), 강심 갭 유형 극내열 알루미늄 합금(gap type ultra thermal resistant aluminum alloy steel reinforced, GZTACSR), 강심 고강도 내열 알루미늄 합금 도체(high strength thermal resistant aluminum alloy conductor steel reinforced, KTACSR), 올 알루미늄 도체(all aluminum conductor, AAC), 올 알루미늄 합금 도체(all aluminum alloy conductor, AAAC), 알루미늄 도체 복합재 코어(aluminum conductor composite core, ACCC), 및 강지지 알루미늄 도체(aluminum conductor steel supported, ACSS)가 있다. 부가의 도체 유형, 도체에 사용되는 물질 유형, 장력 서브섹션을 제조하는 방법, 장력 서브섹션을 연결하는 방법, 가공 송전 선로의 유형, 및 다른 관련된 예들이 2006년 12월 28일자로 출원된 미국 특허 출원 제11/617,461호 및 제11/617,494호에서 찾아볼 수 있다.
특히, 도체 데이터(26)는 도체 선택 시스템(13)이 평가할 각 도체에 대해 표 1에 언급된 예시적인 데이터를 포함하고 있다:
Figure 112009045613068-pct00001
일 실시 형태에서, 도체 데이터(26)는 또한 각각의 도체 유형에 대해 상호 참조되는 모든 응력 변형 곡선에 대한 응력 변형 정보도 포함할 수 있다. 예를 들어, (위의) 표 1의 예시적인 데이터를 사용하여, 도체 유형 ACCR은 3477의 응력 변형 곡선을 갖는다. 이 숫자는 응력 변형 정보에 대응하는 추가 정보를 탐색하는 데 사용된다. 응력 변형 정보는 일반적으로 응력 변형 곡선에 대한 다항식, 코어 비율 및 열 신장(thermal elongation) 특성의 목록을 포함한다. 응력 변형 곡선 정보는 도체 제조업체로부터 입수가능하며, 잘 공지된 프로세스를 통해 통상 결정되고, 이 프로세스의 한 구현예가 문헌[Aluminum Association Guide, Rev. 1999, "A Method of Stress-Strain Testing of Aluminum Conductors and ACSR and A Method for Determining the Long Time Creep of Aluminum Conductors in Overhead Line"]에 기술되어 있다. 하나의 예시적인 실시 형태에서 응력 변형 데이터베이스에 포함된 특정의 정보는 (이하의) 표 2에 나타낸 바와 같다.
Figure 112009045613068-pct00002
Ai0는 초기 하중에 대한 알루미늄 응력 변형 곡선에 대한 0차 계수이다(즉, " A"는 알루미늄을 나타내고, "i"는 초기 하중을 나타내며, "0"은 0차인 것을 나타냄). 마찬가지로, Rf3는 최종 하중에 대한 보강 코어에 대한 3차 계수이다.
일 실시 형태에서, (위의) 표 2의 설명된 곡선들은 각각의 도체 유형 및 환경적 조건에 대한 내포된 세트의 4차 다항식을 풀어서 가능한 도체 구성을 생성하기 위해 모델 소프트웨어(22)에 의해 사용된다. 한 가지 비선형 해법 프로세스는 문헌["Overhead Conductor Manual"(Southwire Company, 1994)]에 기술되어 있다. 대안의 실시 형태에서, (위의) 표 2에 도시된 것과 같은 응력 변형 정보는 도체 데이터(26)와 별개인 저장소에 저장될 수 있다.
사용자(12)는 도체 선택 시스템(13)이 얼마나 많은 상이한 도체 구성을 생성하는지에 관한 선호사항을 제공할 수 있다. 예를 들어, 사용자(12)는 5개의 가장 최적인 도체 구성이 사용자 인터페이스(16)를 통해 제공되도록 지정할 수 있다. 대안적으로, 사용자(12)는 5개의 가장 저렴한 옵션이 제공될 수 있도록 요청할 수 있다. 이러한 제한된 세트의 도체 구성으로부터, 사용자(12)는 가공 송전 선로에 대한 유용한(가장 바람직한 또는 가장 양호한 것을 포함함) 도체 구성(들)을 선택하는 데 판단을 사용할 수 있다. 사용자(12)는 또한 제공된 도체 구성들 중 하나를 선택할 수 있고, 도체 선택 시스템(13)이 선택된 도체 구성과 관련이 깊은 더 많은 도체 구성을 제공하도록 요청할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 도체 선택 시스템(13)은 도체 선택 시스템에 의해 결정된 바와 같은 가장 양호한 도체 구성만이 사용자(12)에게 제공되도록 구성될 수 있다. 이 방법은 도체 선택 시스템이 경험 없는 사용자에 의해 사용될 때 유익할 수 있다.
도체 선택 시스템(13)은 실현가능 도체 구성이 생성될 수 없는 불연속 데이터 또는 시나리오를 식별하는 에러 처리 메커니즘을 포함할 수 있다. 이들 경우는 지리적 프로파일 정보 또는 가공 송전 선로 입력이 만족될 수 없는 가공 송전 선로에 대한 제한을 정의할 때 일어날 수 있다. 데이터는 이들 불일치에 대해 사전 심사(prescreen)될 수 있거나, 또는 데이터가 처리되어 가능한 도체 구성이 제공될 수 없을 때 에러 메시지가 제공될 수 있다. 대안의 실시 형태에서, 가공 송전 선로 변화로 인한 있을 수 있는 문제가 발생할 때 경고 메시지가 제공될 수 있다. 노후 또는 극한 환경과 같은 이들 변화는 도체 구성 내의 다수 유형의 도체에 문제를 야기할 수 있다.
도체 선택 시스템(13)의 동작 중에, 사용자(12)에게는 바람직한 가공 송전 선로 파라미터를 정의하는 정보의 입력을 용이하게 해주는 사용자 인터페이스(16)가 제공된다. 사용자 인터페이스(16)에서의 통상의 입력은 가공 송전 선로의 각 타워 간의 주 경간, 실제 경간 및 경사의 가공 송전 선로 파라미터를 정의할 수 있다. 주 경간은 가공 송전 선로의 길이에 걸친 특징적인 경간이다. 가공 송전 선로 장력 섹션에 대한 주 경간(ruling span)은 이하의 식으로 계산될 수 있다.
Figure 112009045613068-pct00003
실제 경간은 주 경간이 계산된 가공 송전 선로 장력 섹션 내의 물리적 경간이다. 처짐값은 실제 경간에 기초하여 계산된다. 선택적인 파라미터인 경사는 실제 경간이 수평하지 않은 경우에 사용된다. 일 실시 형태에서, 경사는 2개의 데드-엔드들 사이의 각각의 가공 송전 선로 장력 섹션에 대한 제1 단부와 제2 단부 사이에서 측정된다. 이와 같이, 각각의 가공 송전 선로 장력 섹션은 연속 데이터를 제공하기 위해 동일한 방식으로 계산되어야 한다.
어떤 경우에, 도체 선택 시스템(13)이 제안하는 최적의 또는 가장 양호한 도체 구성이 가장 바람직한 해(solution)가 아닐 수 있다. 도체 선택 시스템(13)은 또한 설계 목표에 의해 순위가 매겨진 사용자(12)의 가공 송전 선로 선호사항들을 만족시킨 데이터베이스 내의 모든 도체를 계산하여 저장할 수 있다. 일 실시 형태에서, 이들 대안은 사용자 인터페이스(16)와의 상호작용을 통해 사용자(12)에 의해 검토될 수 있다.
일 실시 형태에서, 평가 우선순위가 사전 정의된 풀다운 메뉴로부터 사용자(12)에 의해 선택된다. 이들 우선순위는 규칙(28)에 사전 결정될 수 있거나 설계 중인 가공 송전 선로에 대한 규칙(28)에 입력될 수 있다. 일례에서, 전류용량이 가장 중요한 제약조건이고 처짐이 두 번째로 중요한 것이며 도체 면적이 세 번째로 중요한 것이 되도록 도체가 평가되어 제공된다. 가능한 경우들이 (이하의) 표 3에 예로서 열거되어 있다:
Figure 112009045613068-pct00004
사용자에 의해 지정된 설계 목표, 또는 우선순위가 경우를 결정한다. 각각의 경우는 모델 소프트웨어(22)가 도체를 평가하는 방식을 정의한다. 각각의 경우는 공통 세트의 서브루틴을 호출하지만, 상이한 순서 및 빈도수로 호출한다. 각각의 가공 송전 선로 경우의 설계 목표에 따라 많은 상이한 평가 기법들이 채용될 수 있다. 이들 평가 기법이 모델 소프트웨어(22) 내에 사전 설정될 수 있거나, 가공 송전 선로의 상이한 도체 구성을 올바르게 평가하기 위해 사용자 구성될 수 있다.
더욱이, 어떤 경우들은 가능한 도체 구성을 결정하기 위해 더 많은 순서있는 단계들 또는 선호사항들을 포함할 수 있다. 부가의 또는 대체 파라미터들로는 가공 송전 선로 단가, 설치 시간, 가공 송전 선로 제품 수명, 또는 선택된 도체 구성의 물리적 특성과 연관되어 있지 않은 다른 파라미터가 있을 수 있다. 어떤 경우에, 이들 비물리적 선호사항들이 물리적 및 성능 선호사항들을 만족시키는 구성들 내에서 도체 구성의 원하는 선택에 중요할 수 있다. 규칙 엔진(23)은 도체 선택 시스템(13)이 사용자(12)에게 가장 유망한 원하는 도체 구성을 제공할 수 있도록 규칙(28)에 저장된 선호사항들을 이용할 수 있다. 그렇지만, 사용자 인터페이스(16)는 사용자(12)가 규칙 엔진(23)에 우선하여 원하는 도체 구성을 선택할 수 있게 해줄 수 있다.
다른 실시 형태에서, 도체 선택 시스템(13)은 제한된 수의 계산 및 선호사항에 기초하여 도체 구성의 예비 목록을 제공할 수 있다. 이어서, 사용자(12)는 모델 소프트웨어(22)의 전체 파라미터를 사용하여 프로세서(18)가 고려하는 더 적은 수의 도체 구성을 선택하기 위해 사용자 인터페이스(16)와 상호작용한다. 따라서, 사용자(12)는 사용자가 수행하는 데 있어 관심이 없는 도체 구성에 대한 전체 파라미터를 도체 선택 시스템(13)이 처리하는 긴 대기 시간을 회피할 수 있다.
대안적으로, 도체 선택 시스템(13)은 사용자(12)를 다수의 단계로 된 도체 선택 프로세스로 안내하는 반복 프로세스를 거칠 수 있다. 이와 같이 각각의 단계는 사용자(12)의 선호사항에 따라 도체 구성의 수를 줄일 수 있다. 단계 순서가 규칙 엔진(23)에 의해 사전 결정되거나 사용자(12)에 의해 조정될 수 있다. 도체 선택 시스템(13)은, 일련의 선택에 대해 사양 및 사용자의 선호사항을 만족시키는 도체 구성이 없게 되는 경우, 사용자(12)가 이전 단계로 복귀하도록 해줄 수 있다. 모델 소프트웨어(22)는 사용자(12)의 각 단계보다 앞서 가능한 도체 구성을 계산할 수 있고 도체 구성이 가능하지 않을 때 사용자가 계속 진행하는 것을 방지할 수 있다.
도체 선택 시스템(13)에 의한 반복 프로세스는 각 단계가 도체 구성을 추가로 정의하는 데에 가능한 더 많은 선택을 갖는 다른 단계로 계속되는 결정 트리(decision tree) 유형의 프로세스와 유사할 수 있다. 어떤 단계들은 단지 하나의 가능한 선택을 가질 수 있는 반면, 다른 단계들은 사용자(12)에 대한 적어도 10개의 선택을 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 사용자(12)는 도체 선택 시스템(13)이 규칙(28) 또는 선택 이후에 이용가능한 가능한 도체 구성의 수에 기초하여 자동으로 그 다음 선택을 하도록 요청할 수 있다.
도체 선택 시스템(13)은 본 명세서에 기술된 것 이외의 실시 형태에서 상이하게 구성될 수 있고 가공 송전 선로용 도체 구성을 선택하는 일반적인 방법을 여전히 이용할 수 있다. 도체 선택 시스템(13)은 사용자(12)가 가장 적절한 도체 구성을 선택하는 것을 돕기 위해 더 많은 또는 더 적은 소프트웨어 프로그램, 데이터 저장소 또는 처리 하드웨어를 채용할 수 있다. 본 명세서에 기술되는 바와 같이, 도체 선택 시스템(13)은 사용자(12)에게 하나의 도체 구성을 제공하도록 완전 자동화될 수 있거나, 선택 프로세스의 각 단계에 대한 사용자 제어를 허용할 수 있다. 어느 경우든, 도체 선택 시스템은 사용자(12)가 가공 송전 선로 내의 기존의 또는 새로 설계된 타워들에 걸쳐 가공 송전 선로에 대한 유용한(가장 바람직한 또는 가장 양호한 것을 포함함) 도체 구성(들)을 효율적으로 찾는 것을 허용할 수 있다.
도 2는 가공 송전 선로의 적절한 도체 구성을 선택하는 예시적인 자동화된 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 사용자(12)는 새로운 가공 송전 선로가 설치될 지형의 지리적 프로파일을 업로드함(단계 30)으로써 도체 선택 프로세스를 시작한다. 이 프로파일은 도체 선택 시스템(13)에 임의의 유형의 컴퓨터-판독가능 매체를 통해 데이터로서 업로드되거나 수동으로 입력될 수 있다. 그 다음에, 프로세서(16)는 가공 송전 선로에 기존의 타워가 있는 경우 사용자(12)에게 촉구한다(단계 32). 새로운 가공 송전 선로에 사용될 적어도 하나의 기존의 타워가 있는 경우, 사용자(12)는 타워 위치 및 유형을 시스템(13)에 업로드한다(단계 34). 기존의 타워가 없는 경우, 도체 선택 프로세스는 계속된다.
그 다음에, 사용자(12)는 가능한 도체 구성을 제한하는 가공 송전 선로에 대한 설계 파라미터를 선택한다(단계 36). 일부 설계 파라미터들은 이미 사전 결정될 수 있지만, 사용자(12)에 의해 변경될 수 있다. 이어서, 사용자(12)는 도체 선택 시스템(13)이 설계 파라미터에 따라 가능한 도체 구성을 제공하도록 요청한다(단계 38). 결과가 사용자(12)에게 만족스럽지 않은 경우(단계 40), 사용자는 새로운 설계 파라미터를 선택한다(단계 36). 결과가 만족스러운 경우(단계 40), 사용자(12)는 시스템(13)에 의해 제공된 구성들 중에서 원하는 도체 구성을 선택한다(단계 42).
그 다음에, 도체 선택 시스템(13)은 사용자(12) 또는 도체 구성에 의해 정의된 가공 송전 선로의 설계, 생산 또는 설치에 관여된 다른 사용자가 나중에 검색할 수 있도록 선택된 도체 구성을 저장한다(단계 44). 이어서, 사용자(12)는 가공 송전 선로를 설치하고 가공 송전 선로를 완성하기 위해 선택된 도체 구성을 사용하여 재료, 일정표 및 다른 필요사항을 준비할 수 있다(단계 46).
다른 실시 형태에서, 도체 선택 시스템은 사용자(12)가 도 1에 설명된 바와 같이 더 많은 단계별 또는 반복 선택 프로세스를 호출할 때 더 많은 단계들을 포함할 수 있다. 이들 경우에, 본 방법은 더 많은 단계들을 포함할 수 있다. 대안적으로, 프로세스는 사용자(12)가 누구냐에 따라 약간 달라질 수 있다. 예를 들어, 사용자(12)가 제조업체의 고객인 경우, 사용자는 부가의 정보를 제공할 필요가 있고 가공 송전 선로의 미리 정의된 일부 파라미터를 변경하지 못하도록 제한될 수 있다. 반대로, 사용자(12)가 제조업체의 엔지니어인 경우, 사용자는 도체 선택 시스템(13)의 여러 측면들에 대한 전체적인 제어를 할 수 있다.
도 3은 가공 송전 선로의 적절한 도체 구성을 선택하기 위해 설계 파라미터를 입력하는 예시적인 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 사용자(12)는 다수 유형의 도체를 포함하기 위해 가공 송전 선로 장력 섹션의 설계 파라미터를 입력하는 단계들을 거친다(단계 48). 사용자(12)는 도체 구성에 대해 고려될 수 있는 수용가능한 유형의 도체들 전부를 선택할 수 있다(단계 50). 사용자(12)는 모든 수용가능한 도체를 입력할 수 있거나 문제의 특정 프로젝트에 따라 이용가능한 단 2개의 도체만을 입력할 수 있다. 그 다음, 사용자(12)는 가공 송전 선로 장력 섹션의 결과적인 도체 구성의 원하는 전기적 특성을 입력하고(단계 52), 가공 송전 선로 장력 섹션의 지면 위의 최소 틈을 입력한다(단계 54). 더욱이, 사용자(12)는 가공 송전 선로 장력 섹션의 임의의 경간이 허용할 수 있는 최대 처짐을 입력한다(단계 56).
특별한 고려를 필요로 하는 가공 송전 선로 장력 섹션의 특수한 경간이 있는 경우(단계 58), 사용자(12)는 가공 송전 선로 장력 섹션에서 경간의 위치와 특정 경간의 선호사항 또는 파라미터를 입력한다(단계 60). 가공 송전 선로 장력 섹션의 이들 경간은 강에 걸쳐 있거나, 빌딩에 걸쳐 있거나, 항공로 아래에 있거나, 또는 임의의 다른 유형의 환경 근처에 있을 수 있다. 특수한 경간이 없는 경우(단계 58), 사용자(12)는 가공 송전 선로 장력 섹션을 지지하는 기존의 또는 새로운 타워에 대한 타워 하중 데이터를 입력한다(단계 62). 일부 실시 형태에서, 사용자(12)는 사용될 타워의 유형을 입력할 필요성만 있을 것이며, 실제 타워 하중 데이터는 프로세서(16)에 의해 데이터(26) 또는 다른 네트워크화된 저장소로부터 검색될 수 있다. 모든 데이터가 입력되면, 사용자(12)는 입력된 설계 파라미터를 도체 선택 시스템(13)으로 전송할 수 있다(단계 64).
다른 실시 형태에서, 입력된 파라미터의 순서가 가능한 도체 구성의 선택에 중요하지 않을 수 있기 때문에, 도 3의 방법이 상이한 방식으로 배열될 수 있다. 더욱이, 도체 선택 시스템(13)의 구성에 따라서 더 많은 또는 더 적은 설계 파라미터들이 사용자(12)에 의해 선택될 수 있다.
도 4는 수평의 지리적 프로파일 상에 있는 타워들 간의 가공 송전 선로 장력 섹션의 예시적인 도체들을 나타낸 개념도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 가공 송전 선로(66)의 일부분이 지리적 프로파일(68) 상의 (즉, 지상의) 타워(70, 72, 74, 76)에 의해 지지되는 가공 송전 선로 장력 섹션(78)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 가공 송전 선로 장력 섹션(78)은 (각각이 장력 서브섹션인) 다수의 도체를 포함하며, 이들 중 도체(80, 82, 84, 86, 88)가 도시되어 있다. 일부 실시 형태에서, 장력 서브섹션은 단지 하나의 경간을 넘어서 연장될 수 있고 타워에서가 아니라 경간 내의 다른 장력 서브섹션에 결합될 수 있다. 각각의 타워는 높이(H)를 가지며, 각각의 경간은 각 타워들 사이에서 폭(즉, 경간 거리(W)) 및 처짐(S1 및 S2)을 갖는다. 경간 거리(W)는 연속한 타워 간의 수평 거리이고, 처짐은 경간 내의 가공 송전 선로 장력 섹션의 우측 부착점에서 그의 최저점 간의 거리를 말한다. 지리적 프로파일(68)은 일반적으로 평탄하지만, 처짐(S1, S2)은 가공 송전 선로 장력 섹션(78)의 각각의 경간에서 상이하다. 일부 실시 형태에서, S1 및 S2는 가공 송전 선로 장력 섹션 전체에 걸쳐 동등할 수 있다.
도 4의 예에서, 가공 송전 선로 장력 섹션(78)의 연속한 경간들이 대안적인 유형의 도체로 제조되어 있다. 도체(80, 84, 88)는 도체(82, 86)보다 약간 더 무거운 강철 보강 도체이다. 가공 송전 선로 장력 섹션(78)의 길이 전체에 걸쳐, 이들 도체는 가공 송전 선로(66) 내의 각각의 타워 사이에서 교호한다.
도체(80, 84, 88)는 강철로 구성되어 있으며 상기한 ACCR과 같은 보다 가벼운 복합재 물질로 이루어진 도체(82, 86)보다 더 무겁다. 따라서, 처짐이 작은 도체(82, 86)의 처짐(S2)은 도체(80, 84, 88)의 처짐(S1)보다 작다.
가공 송전 선로 장력 섹션(78)의 도체 구성이 유익할 수 있는데, 그 이유는 가공 송전 선로 장력 섹션(78) 전체에 걸쳐 보다 고가인 도체(82, 86)를 사용할 필요없이 처짐이 작고 비교적 단가가 더 높은 도체(82, 86)가 가공 송전 선로(86)의 2개의 데드-엔드들 사이에서의 에너지 손실을 감소시킬 수 있기 때문이다. 더욱이, 처짐이 작은 도체(82, 86)가 시스템(66)에서, 지리적 프로파일(68) 위에 더 큰 틈을 필요로 하는 구조물 또는 지역 위에 배치될 수 있다.
데드-엔드 타워(구조물)는 일반적으로 도체의 길이방향 이동을 허용하지 않는다. 데드-엔드 구조물들 사이에서, 현수 구조물은 도체를 수직으로 지지한다. 이 도체는 애자련(insulator string)(전형적으로 서로 묶인 절연 세라믹 디스크들)을 통해 현수 타워에 연결된다. 애자련의 일 단부는 현수 타워에 부착되어 있고 애자련의 타 단부는 도체에 부착되어 있다. 이러한 후자의 부착을 도체 부착점이라고 한다. 도체에서 장력의 변화가 일어남에 따라, 현수 타워 부착 지점을 중심으로 선회하는 애자련은 도체를 잡아당길 것이고 그에 따른 힘의 균형을 잡기 위해 도체 부착점을 길이방향으로 이동시킬 것이다. 이러한 이동을 애자 스윙(insulator swing)이라고 한다. 현수 타워의 경간들 사이의 도체 장력의 변화는 통상적으로 애자 스윙에 의해 같게 된다. 경간들 사이의 장력을 같게 하기 위해 애자가 장력이 낮은 경간에서 장력이 높은 경간으로 스윙한다. 이는 장력이 높은 경간에서 장력을 떨어뜨리고 그 경간에서의 처짐을 증가시킨다. 이것의 일례는 타워에서의 가공 송전 선로 장력 섹션의 균형의 중심이 타워의 한쪽이 아니라 타워의 중심에 존재하는 것이다. 다른 유형의 도체의 경우, S1 및 S2는 각 도체의 중량이 거의 동등한 경우에 아주 유사할 수 있다. 가공 송전 선로 장력 섹션(78)이 교호하는 유형의 도체를 포함하고 있지만, 이 구성은 대안적으로 각각의 장력 서브섹션 내의 도체에 의해 걸쳐져 있는 적어도 2개의 경간 또는 일부 경간마다 교호하는 도체 유형을 포함할 수 있다. 도체 선택 시스템(13)은 사용자가 제공하는 설계 파라미터 및 선호사항으로 모든 가능한 도체 구성을 조사하기 위해 정보 및 도구를 사용자(12)에게 제공한다.
다른 실시 형태에서, 경간 거리(W)는 가공 송전 선로 장력 섹션(78) 내에 사용되는 각각의 장력 서브섹션에 대해 조정될 수 있다. 예를 들어, 타워(72)와 타워(74) 사이의 W는 타워(70)와 타워(72) 사이의 W보다 작을 수 있다. 처짐이 작은 도체(82)는 타워(70)와 타워(72) 사이의 경간 거리, W가 증가될 수 있게 하는 데, 이는 타워가 지지할 필요가 있는 중량의 감소 때문이다. 이 경우에, 가공 송전 선로 장력 섹션(78)을 지지하는 데 더 적은 타워가 필요하게 될 수 있다. 타워가 더 적게 되면 가공 송전 선로 장력 섹션(78) 전체에 걸쳐 도체(82)에 투자하지 않아 설치 및 유지보수 비용이 감소될 수 있다. 또한, 타워가 더 적게 되면 환경적인 영향을 감소시키고 주거 지역에 더 적은 타워가 있어 가공 송전 선로 전체의 경관을 향상시킬 수 있다. 이러한 가능성들이 도체 선택 시스템(13)에 제공된 선호사항에 기초하여 사용자(12)에게 제공될 수 있다. 상기한 바와 같이, 하나의 경간을 넘어 연장되는 가공 송전 선로 장력 섹션의 도체(장력 서브섹션)로 각각의 경간 거리(W)가 결정될 수 있다.
도 5는 인접한 데드 엔드를 갖는 강의 양측에 있는 타워들 사이의 가공 송전 선로 장력 섹션의 예시적인 도체들을 나타낸 개념도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 가공 송전 선로(114)는 강(116) 및 지리적 프로파일(118) 상의 타워(120, 122, 124, 126)에 의해 지지되는 가공 송전 선로 장력 섹션(128)을 포함한다. 타워(120, 126)는 데드-엔드이고, 타워(122, 124)는 강(116) 위로 원하는 또는 필요한 틈을 허용하기 위해 높은 경간의 도체 (132)를 지지한다. 가공 송전 선로 장력 섹션(128)의 도체(130, 132, 134)는 애자의 양측에서의 장력을 동일하게 하기 위해 각각의 타워의 중심으로부터 벗어나게 스윙할 수 있는 각 타워(122, 124)의 애자련(미도시)을 갖는다. 타워(122)와 타워(124) 사이의 경간은 사용자(12)에 의해 도체 선택 시스템(13)에 입력된 특정의 선호사항을 갖는 특수 경간으로 생각될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 가공 송전 선로 장력 섹션(128)의 도체는 단지 하나의 경간을 넘어 연장될 수 있으며 타워에서가 아니라 경간 내에서 다른 도체와 결합될 수 있다. 예를 들어, 도체(132)를 포함하는 장력 서브섹션은 타워(120, 126) 중 하나 또는 그 둘 모두를 넘어 연장될 수 있다.
도체(130, 134)는 저렴한 무거운 강철 도체로서 도체(132)의 경간을 지지하는 데 도움이 된다. 도체(132)는 처짐(S)의 높이를 최소화하면서 타워(122, 124)에서의 장력을 감소시키기 위해 보다 경량인 ACCR 복합재로 구성된다. 애자가 가공 송전 선로 장력 섹션(128)에서 중심으로부터 멀어지게 스윙할 수 있게 해주는 것은 사용자(12)가 보다 작은 높이(H)를 갖는 타워(122, 124)를 사용하면서 강(116) 위로 원하는 또는 필요한 틈을 유지할 수 있게 해준다. 시스템(114)은 설치 및 유지보수 비용을 절감시키면서 설치 시간이 덜 걸리게 할 수 있는데, 그 이유는 여러 유형의 도체가 가공 송전 선로 장력 섹션(128)에 사용되었기 때문이다.
다른 실시 형태에서, 강(116)은 걸쳐있어야만 하는 다른 수역, 다차선 고속도로, 협곡, 또는 임의의 다른 큰 경간 거리(W)일 수 있다. 한 가지 유형의 도체만을 사용할 수 있는 종래의 가공 송전 선로 장력 섹션은, 타워(122, 124)가 높이(H)를 갖는 경우, 경간 거리(W)에 걸쳐 있기 위해 더 높을 필요가 있을 수 있거나, 어떤 경우에는, 가공 송전 선로 장력 섹션(128)이 큰 경간 거리에 걸쳐 설치될 수 없을지도 모른다. 에너지 수요가 증가하고 전력 그리드 인프라가 노후됨에 따라, 하나 초과의 유형의 도체를 이용하는 가공 송전 선로 장력 섹션(128)은 가공 송전 선로 해결책을 설계하는 데 더 큰 유연성을 허용하면서 가공 송전 선로를 설치하고 유지보수하는 것과 연관된 비용을 감소시킬 수 있다.
도 6은 원격 워크스테이션을 사용하는 예시적인 컴퓨터화된 도체 선택 시스템의 상위 레벨 블록도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 시스템(136)은 도 1의 시스템(10)과 유사한 것으로서, 사용자(12)가 어떤 유형의 네트워크 접속을 통해 원격으로 도체 선택 시스템(145)과 상호작용한다. 사용자(12)는 워크스테이션(138)과 상호작용하고, 워크스테이션(138)은 네트워크(140), 웹 서버(142), 네트워크(144) 및 마지막으로 도체 선택 시스템(145)과 통신을 한다. 도체 선택 시스템(145)은 사용자 인터페이스(148), 프로세서(150) 및 메모리(152)를 갖는 연산 장치(146)를 포함할 수 있다. 메모리(152)는 메모리(20)와 실질적으로 유사하며, 모델 소프트웨어(154) 및 규칙 엔진(156)을 포함한다. 메모리(152)는 또한 지리적 프로파일(158), 도체 데이터(160) 및 선택 규칙(162)의 저장소를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 저장소(158, 160, 162)는 메모리(152)에 포함되어 있지 않고 네트워크(144)를 통해 액세스될 수 있다. 시스템(136)은 사용자(12)가 도체 구성을 선택하기 위한 선호사항을 입력할 수 있게 해주고, 어떤 보안 대책들이 불법 원격 사용자가 도체 선택 시스템(145)의 일정 측면들에 액세스하거나 수정하는 것을 방지할 있다.
도 1과 유사하게, 사용자(12)는 시스템 성능을 향상시키거나 시스템의 비용을 감소시키기 위해 가공 송전 선로의 설계 및 가공 송전 선로용 도체의 선택에 관심이 있는 임의의 개인, 회사, 전력 공익사업체, 또는 당사자일 수 있다. 사용자(12)는 워크스테이션(138), 웹 서버(142) 및 도체 선택 시스템(145) 중 적어도 하나의 보안 대책을 통과하기 위해 패스워드, 생체인식, 또는 다른 인증키를 필요로 할 것이다. 일부 실시 형태에서, 초보자, 숙련자 및 관리자 유형의 사용자들을 구분하는 사용자 레벨들이 있을 수 있다.
특히, 도 6은 사용자가 도체를 평가하고자 하는 고객, 잠재적 고객, 또는 다른 제3자인 클라이언트/웹 서버/애플리케이션 서버 환경을 도시한다. 사용자(12)는 워크스테이션(138)(예를 들어, 연산 장치)과 상호작용하고, 인터넷일 수 있는 네트워크(140)를 통해 웹 서버(142)에 접속한다. 웹 서버(142)는 마이크로소프트 코포레이션에 의해 "인터넷 인포메이션 서버(INTERNET INFORMATION SERVER)"라는 상표명으로 시판되는 것과 같은 것일 수 있다. 또한, 이는 아파치 파운데이션(Apache Foundation)에 의해 "아파치 웹 서버(APACHE WEB SERVER)"라는 상표명으로 시판되는 것과 같은 웹 서버일 수 있다. 이러한 예에서, 웹 서버(142)는 사용자 인터페이스(16)와 관련하여 기술한 것과 유사한 정보를 수집 및 제공하는 것을 용이하게 하는 사용자 인터페이스 컴포넌트를 제공한다. 웹 서버(142)는, 네트워크(144)와 같은 네트워크를 통해, 도체 선택 시스템(145)의 구현예를 호스팅하는 연산 장치(146)에 접속될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 웹 서버(142) 및 연산 장치(146)는 동일한 시스템 상에 있다. 다른 실시 형태에서, 저장소(158, 160, 162)는 네트워크(144) 또는 다른 유사한 네트워크를 통해 연산 장치(146)에 부착되는 별개의 서버 또는 연산 장치에 있다.
도시된 예에서, 시스템(136)은 여러 당사자가 가공 송전 선로의 설계 및 설치에 기여할 수 있게 한다. 가공 송전 선로가 개인 및 정부 단체를 포함할 수 있는 대형 프로젝트일 수 있기 때문에, 도체 선택 시스템(145)에 액세스할 수 있게 해주는 것은 가공 송전 선로의 효율적인 설계 및 구현에 유익할 수 있다. 더욱이, 다른 도체, 도체 구성요소, 구조물, 애자 및 다른 장비의 제3의 제조업체가 구성요소의 비호환성을 확인하고 추가의 설계 가능성을 허용하도록 현재의 구성요소를 수정하기 위해 도체 선택 시스템(145)에 어떤 유형으로 액세스할 수 있다.
시스템(136)에 의해 도체 선택 시스템(145)이 네트워크를 통해 이용될 수 있지만, 모든 기능이 상기한 시스템(10)의 기능들과 유사하다. 더욱이, 시스템(136)은 도체 및 가공 송전 선로의 모든 다른 유형의 구성요소에 대한 가장 업데이트된 데이터를 포함하도록 다른 데이터베이스 또는 데이터 저장소와 네트워크화될 수 있다. 이 데이터는 지리적 프로파일(158)에 대한 측량 데이터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 사용자(12)는 기존의 타워 또는 양호한 타워의 좌표를 입력할 수 있고, 도체 선택 시스템(145)은 모든 타워 위치에 대한 고도 데이터를 검색하고 이 데이터 전부를 모델 소프트웨어(154)가 가능한 도체 구성을 생성하는 데 사용하도록 편집한다.
시스템(136) 내의 구성요소들의 대안적인 배열이 도체 선택 시스템(145)의 특징들을 가능하게 하는 데 고려된다. 예를 들어, 더 많은 또는 더 적은 네트워크, 연산 장치, 또는 데이터 저장소가 본 명세서에 기술된 이점들을 달성하도록 구현될 수 있다.
도 7은 원격 워크스테이션을 사용하여 가공 송전 선로의 적절한 도체 구성을 선택하는 예시적인 방법을 나타낸 흐름도이다. 사용자(12)는 먼저 웹 서버(142)에 로그인함으로써 도체 선택 시스템(145)에 액세스하기 시작한다(단계 164). 그 다음, 사용자(12)는 가공 송전 선로에 대한 지리적 프로파일을 업로드한다(단계 166). 시스템에 대한 기존의 타워가 있는 경우(단계 168), 사용자(12)는 타워 위치를 업로드하도록 촉구된다(단계 170). 기존의 타워가 없는 경우(단계 168), 프로세스는 계속된다.
그 다음에, 사용자(12)는 가능한 도체 구성을 제한하는 가공 송전 선로에 대한 설계 파라미터를 선택한다(단계 172). 어떤 설계 파라미터들은 이미 사전 결정되어 있을 수 있지만, 사용자가 변경할 권한을 가지고 있는 경우 사용자(12)에 의해 변경될 수 있다. 이어서, 사용자(12)는 설계 파라미터에 따라서 가능한 도체 구성을 제공하도록 도체 선택 시스템(136)에 요청한다(단계 174). 결과가 사용자(12)에게 만족스럽지 못한 경우(단계 176), 사용자는 새로운 설계 파라미터를 선택한다(단계 172). 결과가 만족스러운 경우(단계 176), 사용자(12)는 시스템(136)에 의해 제공된 구성들 중에서 원하는 도체 구성을 선택한다(단계 178).
그 다음에, 사용자(12)는 사용자(12) 또는 각각의 도체의 다수의 장력 서브섹션을 포함하도록 도체 구성에 의해 정의된 가공 송전 선로의 설계, 생산 또는 설치에 관여된 다른 사용자가 나중에 검색하기 위해 저장되도록 선택된 도체 구성을 전송한다(단계 180). 이어서, 사용자(12)는 가공 송전 선로를 설치하고 가공 송전 선로를 완성하기 위해 선택된 도체 구성을 사용하여 재료, 일정표 및 다른 필요사항을 준비할 수 있다.
다른 실시 형태에서, 도체 선택 시스템은 사용자(12)가 도 1에 설명된 바와 같이 도 6의 시스템(136)에 따라 더 많은 단계별 또는 반복 선택 프로세스를 호출할 때 더 많은 단계들을 포함할 수 있다. 이들 경우에, 본 방법은 더 많은 단계들을 포함할 수 있다. 대안적으로, 프로세스는 사용자(12)가 누구냐에 따라 약간 달라질 수 있다. 예를 들어, 사용자(12)가 제조업체의 고객인 경우, 사용자는 부가의 정보를 제공할 필요가 있고 가공 송전 선로의 미리 정의된 일부 파라미터를 변경하지 못하도록 제한될 수 있다. 반대로, 사용자(12)가 제조업체의 엔지니어인 경우, 사용자는 도체 선택 시스템(136)의 여러 측면들에 대한 전체적인 제어를 할 수 있다.
도 8은 가공 송전 선로의 예시적인 도체의 단면도이다. 일부 도체는 강철 코어, 복합재(예를 들어, 알루미늄 매트릭스 복합재 및 폴리머 복합재) 코어, 인바 코어 또는 당업계에 통상 공지되어 있는 임의의 다른 코어로 구성될 수 있다. 특정의 도체 유형은 알루미늄 매트릭스 복합재, 폴리머 복합재, 알루미늄 합금, 세라믹, 붕소, 흑연, 탄소, 티타늄, 텅스텐, 및 형상 기억 합금으로 구성될 수 있다. 폴리머 복합재의 예는 아라미드 및 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸)이다. 더욱이, 도체는 낮은 열팽창 계수를 갖는 당업계에 통상 공지된 이들 또는 다른 물질의 임의의 조합으로 제조될 수 있다. 도체는 또한, 통상 알루미늄 또는 구리 합금으로 이루어져 있는 코어 주변에 꼬여 있는 와이어를 포함한다. 그렇지만, 본 명세서에서 언급되는 도체 유형은 일반적으로 도체 내의 도체 코어의 유형이라고 한다. 2개의 데드-엔드 타워 사이의 가공 송전 선로 장력 섹션의 각각의 장력 서브섹션을 구성하는 데 임의의 유형의 도체가 사용될 수 있지만, 가공 송전 선로에 대한 한 유형의 도체의 구성요소들을 설명하기 위해 예시적인 도체(즉, ACCR 도체)가 본 명세서에서 기술된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 예시적인 가공 송전 도체(182)는 54개의 개별 금속 와이어(예를 들어, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 와이어)(188)로 둘러싸인 19개의 개별 와이어(예를 들어, 복합재(예를 들어, 금속 매트릭스 복합재) 와이어)(192)의 코어를 가질 수 있다. 가공 송전 도체(182)는 ACCR 도체와 같은 복합재 도체이다. 도체(182)는 전류 전달 와이어(188) 및 코어 와이어(192)를 포함한다. 와이어(188)는 알루미늄 및 지르코늄 합금과 같은 전류를 전도하는 물질로 구성될 수 있다. 코어 와이어(192)는 각각 와이어 강도를 제공하는 복수의 섬유를 포함한다. 와이어(192)는 복합 물질로 구성될 수 있다.
도체(182)는 실질적으로 연속적인 (예를 들어, 길이가 직경과 비교할 때 비교적 무한한) 코어 와이어(192)를 가지며 알루미늄 보강 복합재 도체(ACCR) 가공 송전 도체라고 한다. 전형적으로, 코어 와이어(192)는 결정질 세라믹(즉, 식별 가능한 X-레이 분말 회절 패턴을 나타냄) 및/또는 결정질 세라믹과 유리의 혼합물(즉, 섬유가 결정질 세라믹 및 유리상 둘 모두를 포함할 수 있음)이지만, 와이어가 또한 유리를 포함할 있다. 일부 실시 형태에서, 섬유는 적어도 50 중량%(일부 실시 형태에서는 적어도 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 96, 97, 98, 99 또는 심지어 100 중량%)의 결정질이다. 적합한 결정질 세라믹 산화물 섬유의 예는 내화 섬유, 예컨대 알루미나 섬유, 알루미노실리케이트 섬유, 알루미노보레이트 섬유, 알루미노보로실리케이트 섬유, 지르코니아-실리카 섬유 및 이들의 조합을 포함한다. ACCR 가공 송전 도체의 코어의 일부 실시 형태에서, 섬유들이 섬유의 총 부피를 기준으로 적어도 40 부피%(일부 실시 형태에서, 적어도 50, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 96, 97, 98, 99, 또는 심지어 100 부피%)의 Al2O3를 포함하는 것이 바람직하다. 다른 실시 형태에서, 와이어(192)가 섬유의 전체 부피 기준으로 40 내지 70 부피% 범위(일부 실시 형태에서는 55내지 70, 또는 심지어 55 내지 65 부피% 범위)의 Al2O3를 포함하는 것이 바람직하다.
일부 실시 형태에서, 예시적인 유리 섬유는, 예를 들어 미국 뉴욕주 코닝 소재의 코닝 글라스(Corning Glass)로부터 입수가능하다. 전형적으로, 연속 유리 섬유는 평균 섬유 직경이 약 3 마이크로미터 내지 약 19 마이크로미터 범위이다. 일부 실시 형태에서, 유리 섬유는 평균 인장 강도가 적어도 3 ㎬, 4 ㎬ 및/또는 심지어 적어도 5 ㎬이다. 일부 실시 형태에서, 유리 섬유는 계수(modulus)가 약 60 ㎬ 내지 95 ㎬, 또는 약 60 ㎬ 내지 약 90 ㎬ 범위이다.
다른 실시 형태에서, 알루미나 섬유는, 예를 들어 미국 특허 제4,954,462호(우드(Wood) 등) 및 제5,185,299호(우드 등)에 기술되어 있다. 일부 실시 형태에서, 알루미나 섬유는 다결정질 알파 알루미나 섬유이며, 이론적 산화물 기준으로, 알루미나 섬유의 총 중량 기준으로 99 중량% 초과의 Al2O3 및 0.2 내지 0.5 중량%의 SiO2를 포함한다. 다른 태양에서, 몇몇 바람직한 다결정질 알파 알루미나 섬유는 평균 그레인(grain) 크기가 1 마이크로미터 미만(또는 일부 실시 형태에서는, 심지어 0.5 마이크로미터 미만)인 알파 알루미나를 포함한다. 다른 태양에서, 일부 실시 형태에서는, 다결정질 알파 알루미나 섬유는 미국 특허 제6,460,597호 (맥컬로우(McCullough) 등)에 기술된 인장 강도 테스트에 따라 측정된 적어도 1.6 ㎬(일부 실시 형태에서, 적어도 2.1 ㎬, 또는 심지어 적어도 2.8 ㎬)의 평균 인장 강도를 갖는다. 예시적인 알파 알루미나 섬유는 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)에 의해 "넥스텔(NEXTEL) 610"이라는 상표명으로 시판된다.
알루미노실리케이트 섬유는, 예를 들어 미국 특허 제4,047,965호(칼스트(Karst) 등)에 설명되어 있다. 예시적인 알루미노실리케이트 섬유는 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니에 의해 "넥스텔 440", "넥스텔 550" 및 "넥스텔 720"이라는 상표명으로 시판된다. 알루미늄보레이트 및 알루미노보로실리케이트 섬유는, 예를 들어 미국 특허 제3,795,524호(소우맨(Sowman))에 설명되어 있다. 예시적인 알루미노보로실리케이트 섬유는 쓰리엠 컴퍼니에 의해 "넥스텔 312"라는 상표명으로 시판된다. 지르코니아-실리카 섬유는, 예를 들어 미국 특허 제3,709,706호(소우맨)에 기술되어 있다.
전형적으로, 연속 세라믹 섬유는 적어도 약 5 마이크로미터, 보다 전형적으로는 약 5 마이크로미터 내지 약 20 마이크로미터 범위, 일부 실시 형태에서는 약 5 마이크로미터 내지 약 15 마이크로미터 범위의 평균 섬유 직경을 갖는다.
더욱이, 세라믹 섬유는 전형적으로 단선 형태로 생산된다. 단선은 섬유 분야에서 알려져 있으며, 전형적으로 일반적으로 꼬이지 않은(untwisted) 복수의 (개별) 섬유(전형적으로 100개 이상의 섬유, 더욱 전형적으로는 400개 이상의 섬유)를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 단선들은 단선 당 780개 이상의 개별 섬유를, 그리고 몇몇 경우에는 단선 당 2600개 이상의 개별 섬유, 또는 단선 당 5200개 이상의 개별 섬유를 포함한다. 다양한 세라믹 섬유의 단선은 300 미터, 500 미터, 750 미터, 1000 미터, 1500 미터 및 그 이상의 길이를 비롯한 다양한 길이로 입수가능하다. 섬유는 원형, 타원형 또는 도그본형(dogbone)인 단면 형상을 가질 수도 있다.
대안적으로, 예시적인 붕소 섬유는, 예를 들어 미국 매사추세츠주 로웰 소재의 텍스트론 스페셜티 파이버즈, 인크.(Textron Specialty Fibers, Inc.)로부터 구매가능하다. 전형적으로, 그러한 섬유는 길이가 50 미터 이상 정도이며, 심지어 길이가 수 킬로미터 또는 그 이상 정도일 수도 있다. 전형적으로, 연속 붕소 섬유는 평균 섬유 직경이 약 80 마이크로미터 내지 약 200 마이크로미터 범위이다. 더욱 전형적으로, 평균 섬유 직경은 150 마이크로미터 이하, 가장 전형적으로 95 마이크로미터 내지 145 마이크로미터 범위이다. 일부 실시 형태에서, 붕소 섬유는 평균 인장 강도가 3 ㎬ 이상 및/또는 심지어 3.5 ㎬ 이상이다. 일부 실시 형태에서, 붕소 섬유는 계수가 약 350 ㎬ 내지 약 450 ㎬ 범위, 또는 심지어 약 350 ㎬ 내지 약 400 ㎬ 범위이다.
또한, 예시적인 탄화규소 섬유는, 예를 들어 미국 캘리포니아주 샌 디에고 소재의 씨오아이 세라믹스(COI Ceramics)에 의해 500개 섬유의 단선으로 "니칼론(NICALON)"이라는 상표명으로, 일본 소재의 우베 인더스트리즈(Ube Industries)로부터 "타이라노(TYRANNO)"라는 상표명으로, 그리고 미국 미시건주 미들랜드 소재의 다우 코닝(Dow Corning)으로부터 "실라믹(SYLRAMIC)"이라는 상표명으로 시판된다.
예시적인 탄화규소 모노필라멘트 섬유는, 예를 들어 미국 매사추세츠주 로웰 소재의 스페셜티 머티리얼즈, 인크.(Specialty Materials, Inc.)에 의해 "SCS-9", "SCS-6" 및 "Ultra-SCS"라는 상표명으로 시판된다.
매트릭스를 위한 예시적인 알루미늄 금속은 순도가 높은(예를 들어, 99.95% 초과) 원소 알루미늄 또는 순수 알루미늄과 구리와 같은 다른 원소들의 합금이다. 전형적으로, 알루미늄 매트릭스 재료는, 매트릭스 재료가 예를 들어 섬유 외부 상에 보호 코팅을 제공할 필요성을 제거하기 위해 섬유와 유의하게 화학적으로 반응하지 않도록(즉, 섬유 재료에 대해 비교적 화학적으로 불활성이도록) 선택된다.
일부 실시 형태에서, 알루미늄 매트릭스는 98 중량% 이상의 알루미늄, 99 중량% 이상의 알루미늄, 99.9 중량% 초과의 알루미늄, 또는 심지어 99.95 중량% 초과의 알루미늄을 포함한다. 알루미늄과 구리의 예시적인 알루미늄 합금은 98 중량% 이상의 알루미늄 및 최대 2 중량%의 구리를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 유용한 알루미늄 합금은 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000 및/또는 8000 시리즈 알루미늄 합금(알루미늄 협회(Aluminum Association) 명칭)이다. 더 높은 순도의 알루미늄이 더 높은 인장 강도의 와이어를 제조하기에 바람직한 경향이 있지만, 금속의 덜 순수한 형태도 또한 유용하다.
적합한 알루미늄은, 예를 들어 미국 펜실베니아주 피츠버그 소재의 알코아(Alcoa)로부터 "슈퍼 퓨어 알루미늄(SUPER PURE ALUMINUM); 99.99% Al"라는 상표명으로 입수가능하다. 알루미늄 합금(예를 들어, Al-2 중량% Cu(0.03 중량% 불순물))이, 예를 들어 미국 뉴욕주 뉴욕 소재의 벨몬트 메탈즈(Belmont Metals)로부터 입수될 수 있다.
복합재 코어는 전형적으로 섬유와 알루미늄 매트릭스 재료의 총 조합 부피 기준으로, 15 부피% 이상(일부 실시 형태에서는 20, 25, 30, 35, 40, 45 또는 심지어 50 부피% 이상)의 섬유를 포함한다. 더욱 전형적으로, 복합재 코어 및 와이어는 섬유와 알루미늄 매트릭스 재료의 총 조합 부피 기준으로, 40 내지 75 부피%(일부 실시 형태에서는 45 내지 70 부피%) 범위의 섬유를 포함한다.
전형적으로, 코어의 평균 직경은 약 1 ㎜ 내지 약 15 ㎜ 범위이다. 일부 실시 형태에서, 바람직한 코어의 평균 직경은 1 ㎜, 적어도 2 ㎜, 또는 심지어 최대 약 3 ㎜미만이다. 전형적으로, 복합재 와이어의 평균 직경은 약 1 ㎜ 내지 12 ㎜, 1 ㎜ 내지 10 ㎜, 1 내지 8 ㎜, 또는 심지어 1 ㎜ 내지 4 ㎜ 범위이다. 일부 실시 형태에서, 바람직한 복합 와이어의 평균 직경은 적어도 1 ㎜, 적어도 1.5 ㎜, 2 ㎜, 3 ㎜, 4 ㎜, 5 ㎜, 6 ㎜, 7 ㎜, 8㎜, 9 ㎜, 10 ㎜, 11 ㎜, 또는 심지어 적어도 12 ㎜이다.
알루미늄 복합재 와이어를 제조하는 기술이 당업계에 공지되어 있다. 예를 들어, 연속 금속 매트릭스 복합재 와이어는 연속 금속 매트릭스 침윤 공정에 의해 제조될 수 있다. 하나의 적합한 공정이, 예를 들어 미국 특허 제6,485,796호(카펜터(Carpenter) 등)에 설명되어 있다. 연속 섬유 보강 금속 매트릭스 복합재에 대한 다른 가공 절차가, 예를 들어 2001년에 발행된, 문헌[ASM Handbook Vol. 21, Composites, pp. 584-588 (ASM International, Metals Park, OH)]에 논의되어 있다.
강철 와이어(들)를 포함하는 코어를 갖는 가공 송전 도체 섹션은, 예를 들어 미국 조지아주 캐럴턴 소재의 사우스와이어(Southwire)로부터 구매가능하다. 전형적으로, 코어의 강철 와이어는 1172 ㎫(170 ksi) 내지 1931 ㎫(280 ksi)의 공칭 인장 강도 범위를 갖는 중간 내지 고강도 강철이며, 보통 우수한 내부식성을 제공하도록 코팅되어 있다. 통상의 코팅 재료는 (아연도금된 것으로도 알려진) 아연 또는 5% 알루미늄-미시메탈(mischmetal)을 갖는 아연 합금을 포함한다. 그러나, 다른 코팅 재료가 또한 제조 중에 채용될 수 있다.
본 발명에서 이용되는 케이블, 또는 도체는 전형적으로 꼬여있다. 연선 케이블은 전형적으로 중심 와이어 및 중심 와이어 둘레에서 나선형으로 꼬인 와이어의 제1 층을 포함한다. 케이블 꼬임(conductor stranding)은 와이어의 개별 가닥들이 나선형 배열로 조합되어 최종 도체를 생산하는 공정이다(미국 특허 제5,171,942호(파워스(Powers)) 및 제5,554,826호(젠트리(Gentry)) 참조). 생성된 나선형으로 꼬인 와이어 로프는 동등한 단면적의 중실 로드로부터 이용될 수 있는 것보다 훨씬 큰 가요성을 제공한다. 나선형 배열은 또한 꼬인 케이블이 취급, 설치 및 사용 시에 굽힘을 받을 때 그의 전체적인 둥근 단면 형상을 유지하기 때문에 유리하다. 나선형으로 권취된 케이블은 7개만큼 적은 개별 가닥으로부터 50개 이상의 가닥을 포함하는 더욱 일반적인 구성까지를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 형태들이 설명되었다. 그렇지만, 당업자라면 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 설명된 실시 형태들에 여러 가지 변형이 행해질 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 본 발명은 프로세서가 본 명세서에 기술된 방법들 중 임의의 것을 수행하도록 하는 명령어들을 포함하는 컴퓨터-판독가능 매체로서 구현될 수 있다. 이들 및 다른 실시 형태들은 이하의 청구의 범위의 범주 내에 속한다.

Claims (23)

  1. 적어도 2개의 타워에 의해 지지되는 가공 송전 선로 장력 섹션의 적어도 하나의 원하는 파라미터를 식별하는 단계와,
    가공 송전 선로 장력 섹션이 설치되는 지리적 영역을 설명하는 지리적 프로파일 정보를 수신하는 단계와,
    지리적 프로파일 정보 및 적어도 하나의 식별된 원하는 파라미터에 따라 가공 송전 선로 장력 섹션을 모델링하는 단계와,
    적어도 하나의 선택 규칙 및 가공 송전 선로 장력 섹션 모델에 적어도 부분적으로 기초하여 가공 송전 선로 장력 섹션에 대한 도체 구성을 선택하는 단계와 - 도체 구성은 적어도 제2 도체와 직렬인 적어도 제1 도체를 포함하며 제2 도체는 제1 도체의 적어도 하나의 파라미터와 상이한 적어도 하나의 파라미터를 가짐 -,
    선택된 도체 구성의 적어도 제1 도체 케이블 및 적어도 제2 도체 케이블을 설치 장소에 적어도 2개의 타워에 의해 지지되는 가공 송전 선로 장력 섹션으로서 직렬로 설치하는 단계를 포함하는, 가공 송전 선로용 도체를 선택하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 가공 송전 선로 장력 섹션의 적어도 하나의 원하는 파라미터를 식별하는 단계는 도체 선택 시스템의 사용자 인터페이스를 통해 가공 송전 선로 입력을 수신하는 단계를 포함하며, 도체 구성을 선택하는 단계는 도체 선택 시스템에 의해 자동적으로 수행되는, 가공 송전 선로용 도체를 선택하는 방법.
  3. 적어도 2개의 타워에 의해 지지되는 가공 송전 선로 장력 섹션의 적어도 하나의 원하는 파라미터를 식별하고 가공 송전 선로 장력 섹션이 설치되는 지리적 영역을 설명하는 지리적 프로파일 정보를 수신하는 프로세서를 포함하며,
    상기 프로세서는 지리적 프로파일 정보 및 적어도 하나의 식별된 원하는 파라미터에 따라 가공 송전 선로 장력 섹션을 모델링하고 적어도 하나의 선택 규칙 및 가공 송전 선로 장력 섹션 모델에 적어도 부분적으로 기초하여 가공 송전 선로 장력 섹션의 도체 구성을 선택하고,
    도체 구성은 적어도 제1 도체 및 제2 도체를 포함하며, 제2 도체는 제1 도체의 적어도 하나의 파라미터와 상이한 적어도 하나의 파라미터를 갖는, 가공 송전 선로용 도체를 선택하는 컴퓨터-구현 시스템.
  4. 프로세서로 하여금,
    적어도 2개의 타워에 의해 지지되는 가공 송전 선로 장력 섹션의 적어도 하나의 원하는 파라미터를 식별하고,
    가공 송전 선로 장력 섹션이 설치되는 지리적 영역을 설명하는 지리적 프로파일 정보를 수신하고,
    지리적 프로파일 정보 및 적어도 하나의 식별된 원하는 파라미터에 따라 가공 송전 선로 장력 섹션을 모델링하고,
    적어도 하나의 선택 규칙 및 가공 송전 선로 장력 섹션 모델에 적어도 부분적으로 기초하여 가공 송전 선로 장력 섹션의 도체 구성을 선택하도록 하는 명령어를 포함하며, 도체 구성은 적어도 제1 도체 및 적어도 제2 도체를 포함하며, 제2 도체는 제1 도체의 적어도 하나의 파라미터와 상이한 적어도 하나의 파라미터를 갖는, 컴퓨터-판독가능 매체.
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