技術 電力供給システム

0001

この発明は、架空線を支える鉄塔に設けられた各種設備などに対して、当該各種設備において使用する電力を供給する電力供給システムに関する。

0002

通常、架空線を支える鉄塔には、各種の設備が設けられている。具体的には、航空障害灯、監視カメラ、照明や各種センサーなどがあり、いずれも、電力の供給を受けて稼働する。したがって、それらの各種設備に対して、当該各種設備が使用する電力を供給するための電源を確保する必要がある。従来、鉄塔に電力の供給が必要な各種設備を設置する場合に、以下の方法により電源を確保し、電力を供給する。

0003

一つの方法（第１の方法）としては、配電線により電源を鉄塔まで配線して、その電源によって各種設備へ電力を供給することで、各種設備を稼働させる方法である。設備がバッテリー内蔵の制御装置の場合は、短時間の停電などであっても当該バッテリーでの電力供給をおこなうことができる。

0004

この方法にあっては、常時、安定した電源を確保することが困難な箇所での各種設備の稼働に適している。この方法は、供給専用線（電柱・配電線よる電源）架設するので、発電方式ではないため、発電状況に影響されることなく、安定した電源を供給することができる。

0005

もう一つの方法（第２の方法）としては、鉄塔に太陽光パネルを設置して、太陽光パネルで発電した電気を蓄電池に蓄電して、蓄電池から各種設備へ電力を供給することで、各種設備を稼働させる方法である。

0006

この方法にあっては、山間部などで、供給専用線（電柱・配電線よる電源）架設による供給が困難な箇所での各種設備の稼働に適している。

0007

関連する技術として、たとえば、送電線設備を利用した新しい発電システムおよび発電方法であって、送電鉄塔に配設された送電線を支持する支持部と、発電部とを有し、支持部は、一端が送電線に接続される支持線と、支持線と協動して回転する回転体と、を含み、発電部は、支持線が送電線の張力によって初期位置から回転体に対して相対移動することにより発電する、発電システムに関する技術がある（たとえば、下記特許文献１を参照。）。

0008

特許第４６６８３４９号公報

0009

しかしながら、第１の方法である、配電線による電源供給をする場合には、山のふもとから鉄塔まで電柱を建てる必要があるため、地権者の承諾が得られないと建てることができないという問題点がある。また、台風による強風や倒木で配電線が断線し、電源供給が絶たれる虞れがあるという問題点がある。また、山間部における工事のため、資材運搬や設置工事などの建設コストがかかるという問題点がある。

0010

また、第２の方法である、太陽光発電による電源供給を供給する場合には、太陽光が遮蔽される場所では、発電できないという問題点がある。また、天気が曇りや雨の場合、十分に発電することができないという問題点がある。また、太陽光パネル周辺の樹木が成長し、パネルを隠してしまう場合があり、その場合に、発電効率が下がるという問題点がある。また、発電は日中のみであって、夜間は発電されず、発電効率が悪いという問題点がある。

0011

また、第２の方法は、太陽光パネルなど重量または受風面積が大きな装置が必要になるため、設置にあたり鉄塔の補強などが必要になり、鉄塔の補強のためのコストがかかるという問題点がある。

0012

したがって、架空線を支える鉄塔に設けられた各種設備などにおいて使用する電力を供給するために、配電線による電源供給方法や、太陽光発電による電源供給方法に代わる新たな電力供給システムが要望されている。

0013

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、架空線を支える鉄塔に設けられた各種設備などにおいて使用する電力を供給する、従来の方法に代わる新たなシステムを提供することを目的とする。

0014

上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明にかかる電力供給システムは、架空線の振動により発電する振動発電装置と、前記振動発電装置によって発電した電力を蓄電する蓄電部と、前記蓄積部を制御して、蓄積した電力を構成部に供給する制御部と、を備えたことを特徴とする。

0015

また、この発明にかかる電力供給システムは、上記の発明において、外部との間の情報の送受信をおこなう通信装置を備え、前記制御部が、前記通信装置が受信した情報に基づいて、前記蓄電部を含む構成部を制御することを特徴とする。

0016

また、この発明にかかる電力供給システムは、上記の発明において、前記構成部が、供給された電力を使用して、鉄塔の周辺を撮影し、撮影した画像または映像を外部へ送信する撮像装置であることを特徴とする。

0017

また、この発明にかかる電力供給システムは、上記の発明において、前記構成部が、供給された電力を使用して、架空線と樹木の離間距離を測定し、測定した結果を外部へ送信する測定装置であることを特徴とする。

0018

また、この発明にかかる電力供給システムは、上記の発明において、前記構成部が、鉄塔に備えられ、前記制御部によって供給された電力を使用して点灯する航空障害灯または故障点を標定する故障点標定装置であることを特徴とする。

0019

また、この発明にかかる電力供給システムは、上記の発明において、前記構成部が、供給された電力を使用して、鉄塔の周辺を照射する照明装置であることを特徴とする。

0020

また、この発明にかかる電力供給システムは、上記の発明において、前記振動発電装置が、逆磁歪効果を用いて磁化の変化を生じさせて発電することを特徴とする。

0021

この発明にかかる電力供給システムによれば、架空線を支える鉄塔に設けられた各種設備などにおいて使用する電力を供給する、従来の方法に代わる新たなシステムを提供することができるという効果を奏する。

0022

この発明にかかる実施の形態の電力供給システムの概要を説明する説明図である。
この発明にかかる実施の形態の電力供給システムの機能的構成の一例を示すブロック図である。
架空線の振動の原理を説明する説明図（その１）である。
架空線の振動の原理を説明する説明図（その２）である。
振動発電装置の原理を説明する説明図（その１）である。
振動発電装置の原理を説明する説明図（その２）である。
振動発電装置の原理を説明する説明図（その３）である。

0023

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる電力供給システムの好適な実施の形態を詳細に説明する。

0024

（電力供給システムの概要）
まず、本実施の形態の電源供給システムの概要について説明する。図１は、この発明にかかる実施の形態の電力供給システムの概要を説明する説明図である。図１において、鉄塔１０１および１０２の間には、複数本の架空線（電線）１０３が設けられている。また、符号１０４は、架空地線である。

0025

鉄塔１０１と１０２は、の高さは、電圧や設置場所などによって、鉄塔規模が大きくなる。電圧が６６ｋＶであれば、高さが２５ｍ程度で、重さが５〜１０トン程度であり、電圧が５００ｋＶであれば、高さが８０ｍ程度で、重さが７０〜１００トン程度であり、その高さは各種存在する。特に、建設場所などによっては、高さが１００ｍを超えるものもある。

0026

鉄塔１０１と１０２との間の距離は、鉄塔１０１、１０２を建設する環境などによっても異なるが、その間が数百メートルになる場合もある。

0027

本実施の形態の電源供給システムにおける振動発電装置は、微風振動によって発生する架空線の上下運動に着目し、当該上下運動を利用して発電し、その電力を鉄塔の各種設備に供給するものである。

0028

（電力供給システムの機能的構成）
図２は、この発明にかかる実施の形態の電力供給システムの機能的構成の一例を示すブロック図である。図２においては、電力の流れを実線で示し、データの流れを破線で示している。

0029

図２において、電力供給システムは、制御部２００と、振動発電装置２０１と、蓄電部２０２と、カメラ２０３と、航空障害灯２０４と、各種センサー２０５と、故障点標定装置２０６と、ＬＥＤ照明２０７と、通信装置２０８と、を含む構成となっている。

0030

制御部２００は、電力供給システムの全体の制御をつかさどる。制御部２００は、図示を省略するＣＰＵと、ブートプログラムなどのプログラムや各種データなどを記憶するとともに、ＣＰＵのワークエリアとして使用される、図示を省略するメモリと、によってその機能を実現することができる。

0031

制御部２００は、振動発電装置２０１における発電量を監視し、それにより、振動発電装置２０１の運転状況を把握することができる。具体的には、振動発電装置２０１において故障などが発生した場合に、発電量などからその状況を把握し、必要な対応策をおこなうことができる。たとえば、鉄塔の管理センターへ通報したり、補助バッテリーに切り替えたり、不要な構成部への電源供給を停止したりする制御をおこなう。

0032

制御部２００は、蓄電部２０２における蓄電量を監視し、それにより、蓄電部２０２の蓄電状況を把握することができる。具体的には、蓄電状況において、蓄電量は想定外の数値となった場合における、電力供給の制御をおこなうことができる。たとえば、振動発電装置２０１の故障のときと同様に、鉄塔の管理センターへ通報したり、補助バッテリーに切り替えたり、不要な構成部への電源供給を停止したりする制御をおこなう。

0033

また、制御部２００は、各構成部２０３〜２０７に対するデータの入出力を含め、各構成部２０３〜２０７の動作制御をおこなうようにしてもよい。

0034

振動発電装置２０１は、架空線１０３の振動（たとえば微風振動など）により発電する。ここで、架空線１０３の代わりに、架空地線１０４を用いてもよい。振動発電装置２０１は、逆磁歪効果を用いて磁化の変化を生じさせて発電する。振動発電装置２０１の詳細な内容については、後述ずる図５〜図７において説明する。

0035

蓄電部２０２は、振動発電装置２０１によって発電した電力を蓄電する。蓄電部２０２は、具体的には、たとえば、リチウム電池や鉛蓄電池などの蓄電池によって、その機能を実現することができる。そして、制御部２００は、蓄積部２０２を制御して、蓄積した電力を、各構成部（カメラ２０３、航空障害灯２０４、各種センサー２０５、故障点標定装置２０６、ＬＥＤ照明２０７）に供給する。

0036

また、蓄電部２０２からの電力の供給は、通信装置２０８に対してもおこなわれる。また、蓄電部２０２からの電力の供給は、制御部２００自身に対してもおこなわれる。また、必要に応じて、各構成部以外の他装置（図示を省略）に対しても、蓄電部２０２からの電力の供給をおこなうことができる。具体的には、他装置は、鉄塔周辺の電力設備や、周辺の鉄塔の設備などの各種装置であってもよい。また、点検や工事などにおける器具の電源として提供するようにしてもよい。

0037

撮像装置の一例であるカメラ２０３は、制御部２００によって蓄電部２０２から供給された電力を使用して、鉄塔１０１、１０２の周辺を撮影し、撮影した画像または映像を外部（たとえば、鉄塔１０１、１０２や鉄塔１０１、１０２の各種設備を管理する管理センターなど）へ送信する。画像または映像の送信は、たとえば、通信装置２０８を介しておこなうことができる。

0038

航空障害灯２０４は、鉄塔１０１、１０２に備えられ、制御部２００によって蓄電部２０２から供給された電力を使用して点灯する。航空障害灯２０４は、具体的には、たとえばＬＥＤなどによって、その機能を実現することができる。

0039

航空障害灯２０４は、夜間に飛行する航空機に対して超高層建築物や管制塔、鉄塔などの構築物の存在を示すために使用される赤色または白色の電灯である。点灯または明るくなったり暗くなったりする明滅をおこなう。日本国内において、航空法により地表または水面から６０メートル以上の高さの鉄塔を含む建造物には航空障害灯の設置が義務付けられている。

0040

各種センサー２０５には、たとえば、架空線と樹木の離間距離を測定する測定装置などが含まれる。測定装置は、制御部２００によって蓄電部２０２から供給された電力を使用して、架空線と樹木の離間距離を測定し、測定した結果を外部（管理センターなど）へ送信する。管理センターでは、受信した測定結果に基づいて、樹木の伐採計画などを立案することができる。

0041

各種センサー２０５は、そのほかに、鉄塔１０１、１０２や架空線１０３などの状況、鉄塔１０１、１０２の環境の変化などを検知するセンサーなどであってもよい。より具体的には、気温計、湿度計、気圧計、風速計などのセンサーであってもよい。

0042

故障点標定装置２０６は、鉄塔に備えられ、制御部２００によって蓄電部２０２から供給された電力を使用して、雷撃や断線等の送電線上の故障点を標定する。故障点の標定方式は、一般的には、監視送電線の一端に装置を設置し、故障送電線に高周波パルスを送出し、故障点からの反射波を受信するまでの時間から距離を標定する「パルスレーダー方式」や、監視送電線の両端にサージ受信センサーを設置し、故障サージの到達時間差から距離を標定する「サージ受信方式」や、送電線故障時の電圧、電流から故障点の位置を標定する「インピーダンス方式」などがある。

0043

ＬＥＤ照明２０７は、制御部２００によって蓄電部２０２から供給された電力を使用して、鉄塔の周辺を照射する。ＬＥＤ照明２０７は、特に、夜間における鉄塔１０１、１０２付近における不審物監視や、鉄塔１０１、１０２や各種設備の点検や工事の際などに使用することができる。

0044

通信装置２０８は、外部との間の情報の送受信をおこなう。通信装置は、図示を省略する通信インタフェースを備えている。通信インタフェースは、インターネットなどのネットワークに接続され、コンピュータの内部と外部装置との無線の情報通信をつかさどる。より具体的には、無線ＬＡＮ、Ｗｉ−Ｆｉ、移動通信規格（３Ｇ、４Ｇ、５Ｇ）、ＰＨＳ回線などによる通信であってもよい。各種データやプログラムの取得を通信Ｉ／Ｆを介しておこなう。

0045

そして、制御部２００は、通信装置２０８が受信した情報に基づいて、蓄電部２０２を含む構成部２０３〜２０７を制御する。具体的には、たとえば、各構成部への電力の供給の許可／停止、提供する電力量の上限を含む条件などに関する指示情報を、通信装置２０８が外部から受信し、受信した指示情報に基づいて、制御部２００が、各構成部への電力の供給を制御するようにしてもよい。

0046

また、たとえば、カメラ２０３に対する撮影画像または映像の送信指示や、撮影アングルの変更などの指示情報を、通信装置２０８が外部から受信し、受信した指示情報に基づいて、制御部２００が、カメラ２０３の動作を制御するようにしてもよい。

0047

（架空線の振動の原理）
つぎに、架空線の振動の原理について説明する。図３および図４は、架空線の振動の原理を説明する説明図である。図３は、カルマン渦を示す説明図であり、図４は、微風振動を示す説明図である。

0048

鉄塔に設けられた架空線１０３は、自然の風を受けて様々な振動をする。比較的緩やかな風（風速５〔ｍ／ｓ〕以下）が架空線１０３に対して直角方向に吹くと、図３に示すように、架空線１０３の風下側にカルマン渦３０１が生じる。カルマン渦３０１は、円柱形の物体が空気の中を動くとき、あるいは空気が円柱形の物体の周りを流れると、風下側に渦が交互に発生する。

0049

カルマン渦３０１によって、架空線１０３が鉛直方向に定常的に振動を起こす。この振動を微風振動という。このように、架空線１０３の背に渦が生じて、架空線１０３が鉛直方向に起きる振動は、当該振動の周波数と架空線１０３の固有振動数とが等しくなると、図４に示すように、架空線１０３が共振して、上下に振動する。この微風振動は、架空線１０３が軽いほど、径間が長いほど発生しやすく、また、周囲に山や林のない平たん地や早朝、日没時なども発生しやすい。

0050

微風振動によって架空線１０３が振動し続けると、通常は、架空線１０３が傷んで漏電や断線の虞れが生じるので、この微風振動を防ぐ必要がある。その対策としては、たとえば、ダンパやアーマロッドなどの防振装置をつけることが効果的であるといわれている。ダンパは振動の吸収材となり、アーマロッドは架空線の補強の役割を果たすものである。振動発電装置２０１は、架空線の振動を吸収し、また、各線の補強という機能を有するため、防振装置としての役割も果たすことができる。

0051

（振動発電装置２０１の構成）
つぎに、振動発電装置２０１の構成について説明する。図５〜図７は、振動発電装置の原理を説明する説明図である。図５および図７は、振動発電装置２０１の正面図を示しており、図６は、図５における矢印Ａ方向から見た、振動発電装置２０１の側面図を示している。

0052

図５に示すように、振動発電装置２０１は、平行に並べた２枚の板状の磁歪素子（Ｇａｌｆｅｎｏｌ）を備えている。これらの磁歪素子５０１ａ、５０１ｂは、力を加えると磁化（磁力線）が大きく変化する逆磁歪効果を持っている。これらの２枚の板状の磁歪素子５０１ａ、５０１ｂには、コイル５０２が巻かれている。

0053

そして、図６に示すように、その両端に、鉄などのヨークを接合した梁６０１を形成する。また、この梁６０１の側面に永久磁石６０２を吸着させる。そうすることで、永久磁石６０２が発生する適度な磁力線が、２枚の磁歪素子５０１ａ、５０１ｂを通ることになる。

0054

ここで、２枚の磁歪素子５０１ａ、５０１ｂの両端の一方を固定部５０３とし、他方を可動部５０４とする。図７に示すように、固定部５０３を固定した状態で、可動部５０４に上方向の力を作用させると、磁歪素子５０１ａ、５０１ｂは湾曲する。このとき、上の磁歪素子５０１ａには圧縮力が加わり、逆磁歪効果で磁力線が減少する。反対に、下の磁歪素子５０１ｂでは引張り力が加わり、磁力線が増加する。

0055

一方、図示は省略するが、固定部５０３を固定した状態で、可動部５０４に下方向の力を作用させても、磁歪素子５０１ａ、５０１ｂは湾曲する。このとき、上の磁歪素子５０１ａには引張り力が加わり、逆磁歪効果で磁力線が増加する。反対に、下の磁歪素子５０１ｂでは圧縮力が加わり、磁力線が減少する。

0056

このように、梁６０１が形成されている磁歪素子５０１ａ、５０１ｂに振動が加わると、上方向の力と下方向の力とが交互に発生し、それによって、磁歪素子５０１ａ、５０１ｂに作用する磁力線は交番状に変化する。この時に、電磁誘導の法則によって、コイル５０２に電圧（起電力）が発生する。すなわち、磁気的なエネルギーの変化が梁６０１の隙間に巻いたコイル５０２によって、効率よく電気エネルギーとして取り出すことができる。

0057

以上説明したように、この発明にかかる実施の形態の電力供給システムは、架空線の振動により発電する振動発電装置２０１と、振動発電装置２０１によって発電した電力を蓄電する蓄電部２０２と、蓄積部２０２を制御して、蓄積した電力を構成部２０３〜２０７に供給する制御部２００と、を備えているので、架空線の微風振動を利用して発電し、効率よく、架空線を支える鉄塔に設けられた各種設備などにおいて使用する電力を供給することができる。

0058

また、この発明にかかる実施の形態の電力供給システムは、外部との間の情報の送受信をおこなう通信装置２０８を備え、制御部２００が、通信装置２０８が受信した情報に基づいて、蓄電部２０２を含む構成部２０３〜２０７を制御するので、各構成部２０３〜２０７に対する電力の供給の制御を、遠隔操作によっておこなうことができる。

0059

また、この発明にかかる実施の形態の電力供給システムは、撮像装置の一例であるカメラ２０３が、供給された電力を使用して、鉄塔の周辺を撮影し、撮影した画像または映像を外部へ送信するので、鉄塔周辺の監視などをおこなう際の電源を、より確実に確保することができる。

0060

また、この発明にかかる実施の形態の電力供給システムは、各種センサー２０５（測定装置）が、供給された電力を使用して、架空線と樹木の離間距離を測定し、測定した結果を外部へ送信するので、各種測定や各種検知などをおこなう際の電源を、より確実に確保することができる。

0061

また、この発明にかかる実施の形態の電力供給システムは、航空障害灯２０４が、鉄塔１０１、１０２に備えられ、制御部２００によって供給された電力を使用して点灯するので、航空障害灯２０４を継続的に点灯する際の電源を、より確実に確保することができる。

0062

また、この発明にかかる実施の形態の電力供給システムは、故障点標定装置２０６が、故障点を標定するので、突然に、故障点標定をおこなう状況になった場合にでも、故障点標定をおこなう際の電源を、より確実に確保することができる。

0063

また、この発明にかかる実施の形態の電力供給システムは、ＬＥＤ照明２０７が、供給された電力を使用して、鉄塔１０１、１０２の周辺を照射するので、照明用の電源をより確実に確保することができる。

0064

また、この発明にかかる実施の形態の電力供給システムは、振動発電装置２０１が、逆磁歪効果を用いて磁化の変化を生じさせて発電するので、架空線１０３に生じる微風振動を効率よく電力に変換することができる。

0065

以上のように、この発明にかかる電力供給システムは、架空線を支える鉄塔に設けられた各種設備などにおいて使用する電力を供給する電力供給システムに有用であり、特に、従来の方法に代わる新たなシステムに適している。

0066

１０１、１０２鉄塔
１０３架空線（電線）
１０４架空地線
２００ 制御部
２０１振動発電装置
２０２蓄電部
２０３カメラ
２０４航空障害灯
２０５ 各種センサー
２０６故障点標定装置
２０７ＬＥＤ照明
２０８通信装置
５０１ａ、５０１ｂ磁歪素子
５０２コイル
５０３ 固定部
５０４可動部
６０１ 梁
６０２ 永久磁石