報告書番号

GD24026

タイトル（和文）

光学振動計測技術を用いた送電線の微小振動の可視化

タイトル（英文）

Visualizing Minute Vibration Modes of Transmission Lines by Optical Vibration Sensing

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背　　景
架空送電線は微風振動注1）により疲労損傷が進行し、断線などの被害に及ぶ場合がある。これに対し微風振動時の送電線の微小な変位振幅からその疲労強度を推定する手法が提案されているが、実線路にセンサを設置しての変位計測は負担が大きく、また微風振動の数値解析や屋内設備での再現も難しいため、本手法が実線路へ広く適用されるには至っていない。一方当所では、カメラで撮影した動画を使い、構造物の変位や振動を簡便に計測・可視化できる光学振動計測技術を開発してきた[1]。本技術を用いれば送電線の任意箇所の振動を計測・可視化し、疲労強度推定に活用できる可能性がある。これを実現するためには本技術を送電線設備に適用し、振動可視化の実現可能性を検証する必要がある。

目　　的
光学振動計測技術を用いて送電線の振動を可視化できるかを調査し、疲労強度推定に資する振動可視化の実現可能性を明らかにする。

主な成果
1. 送電線振動の周波数スペクトルの計測
当所の実規模送電線雪害試験設備[2]注2）において、制振ダンパを取り外した注3）送電線上に加速度センサを設置するとともに、風速10 m/s 以下の自然風条件下で、約25 mの撮影距離から高解像度カメラを用いて12288×5112画素, 75 fpsでの動画撮影を行った。加速度センサにより得られた送電線の周波数スペクトルと、撮影動画に光学振動計測技術を適用して得た送電線の周波数スペクトルとを比較し、概ね同じ周波数成分が卓越することを確認した注4）（図1）。
2. 送電線振動の可視化
光学振動計測技術を用いて送電線の卓越振動数の振幅を5000-50000倍に強調した映像を生成した。この結果、送電線が正弦波状に変形する様子が観察され、振動可視化の可能性が確認できた。また撮影距離約120 mの条件においても各送電線の振動が可視化でき、送電線の劣化診断に活用可能であることを示した（図2）。

今後の展開
今後、試行対象や条件を拡大し、実用的な計測精度が得られる条件や適用可能範囲を明らかにする。

注1）風速 7 m/s 以下で発生するカルマン渦との共振。振動は比較的小さく、全振幅が電線直径の2倍を超えることはないとされる。
注2）当所が保有する実規模送電試験設備。強風・着雪時の送電線の動態分析を主目的として2013年に設置された。
注3）通常、送電線には振動による設備疲労を抑制するため、制振ダンパが設置されている。今回は微風速条件下でも振動計測結果の検証が容易に行えるよう、一時的にこれを取り外した。
注4）光学振動計測では計測原理に由来する3 Hz未満の低周波成分の隆起が見られるが、送電線の微風振動の周波数は3～150 Hzとされているため、疲労強度推定に支障を及ぼすことはないと考えられる。

関連報告書：
[1] GD21008「光学振動計測技術を用いた電柱の振動姿態の可視化」（2022.06）
[2] N16003「釧路試験線における送電設備の雪害現地観測 －実規模試験線の建設と2冬季の代表的な着雪事例分析－」（2017.03）

概要 （英文）

In this study we examined the applicability of optical vibration sensing technology to visualization of the minute vibration modes of transmission lines. Since minute vibration of transmission lines which is mainly excited by wind loads may cause fatigue damage and wire breakage, a method to estimate the fatigue strength of transmission lines from the displacement amplitude of aeolian vibration has been proposed. However, the method has not yet been widely applied to actual lines, since the method generally requires costly and laborious sensor installment and no substituting solution with sensors such as numerical analysis or indoor testing environment have been established due to parameter complexities of aeolian vibration. Optical vibration sensing technology, which enables remote and non-contact vibration measurement and visualization only by video cam, is expected to greatly facilitate the analysis of vibration modes on transmission lines in operation. In order to evaluate this technology, we conducted a test measurement of experimental transmission lines under natural wind conditions using an accelerometer and a transmission line footage captured at 25 m shooting distance. The results showed that the dominant frequencies of accelerations and displacements measured by two methods roughly match, and their vibration modes could be visualized by the technology. Moreover, we confirmed the technology could successfully visualize vibration modes of the transmission lines in further shooting distance such as 120 m. In future we will further expand the verification to clarify the range of applicability of this technology which covers sufficient accuracy.

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