(57)【要約】【課題】配置された位置より下流側の断線を検出することができる、配電線の断線検出装置を提供する。【解決手段】断線検出装置Ａ１において、三相の配電線ａ，ｂ，ｃにそれぞれ配置された計器用変流器ＣＴ１、ＣＴ２，ＣＴ３によってそれぞれ検出された電流信号ｉa，ｉb,ｉcと、計器用変圧器ＰＴ１、ＰＴ２，ＰＴ３によってそれぞれ検出された電圧信号ｖab，ｖbc,ｖcaとに基づいて、各配電線ａ，ｂ，ｃの検出位置より下流側のインピーダンス値をそれぞれ検出する演算部１の各インピーダンス演算部と、各インピーダンス演算部によって検出されたインピーダンスのリアクタンス成分Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃがいずれも変化した場合に、配電線が断線したと判断する判断部２とを備えた。断線検出装置Ａ１は、検出位置より下流側の断線を検出することができる。【選択図】図１
2014132242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配電線の断線を検出する断線検出装置であって、
前記配電線に配置された電気信号検出器が検出した電気信号に基づいて、前記配電線の前記電気信号検出器が配置された位置より下流側のインピーダンス値を検出するインピーダンス検出手段と、
前記インピーダンス検出手段によって検出されたインピーダンス値に基づいて、前記配電線が断線したか否かを判断する断線判断手段と、
を備えていることを特徴とする断線検出装置。
【請求項２】
前記インピーダンス検出手段は、三相の配電線のインピーダンス値をそれぞれ検出し、
前記断線判断手段は、
前記インピーダンス検出手段によって検出された３つのインピーダンス値がそれぞれ変化したか否かを判別する判別手段と、
前記判別手段によってすべてが変化したと判別された場合に、前記配電線のいずれかが断線したと判断する判断手段と、
を備えている、
請求項１に記載の断線検出装置。
【請求項３】
前記判別手段は、前記３つのインピーダンス値のリアクタンス成分がそれぞれ変化したか否かを判別する、
請求項２に記載の断線検出装置。
【請求項４】
前記判別手段は、前記リアクタンス成分の所定時間での変化量が所定値以上の場合に、変化したと判別する、
請求項３に記載の断線検出装置。
【請求項５】
各相の配電線の無効電力をそれぞれ検出する無効電力検出手段をさらに備え、
前記断線判断手段は、前記無効電力検出手段によって検出された３つの無効電力がそれぞれ変化したか否かを判別する第２の判別手段をさらに備え、
前記判断手段は、前記判別手段によってすべてが変化したと判別され、かつ、前記第２の判別手段によってすべてが変化したと判別された場合に、前記配電線のいずれかが断線したと判断する、
請求項２ないし４のいずれかに記載の断線検出装置。
【請求項６】
前記３つのインピーダンス値の抵抗成分のうち最も変化した抵抗成分が検出された相を、配電線が断線した相として検出する断線相検出手段をさらに備えている、
請求項２ないし５のいずれかに記載の断線検出装置。
【請求項７】
各相の配電線の有効電力をそれぞれ検出する有効電力検出手段と、
前記有効電力検出手段によって検出された３つの有効電力のうち最も変化した有効電力が検出された相を、配電線が断線した相として検出する断線相検出手段と、
をさらに備えている、
請求項２ないし５のいずれかに記載の断線検出装置。
【請求項８】
前記断線判断手段は、
前記インピーダンス検出手段によって検出されたインピーダンス値のリアクタンス成分の微分値を算出する微分値算出手段と、
前記算出された微分値が正の値である状態が所定時間以上継続した後に負の値になった場合に、前記配電線が断線したと判断する判断手段と、
を備えている、
請求項１に記載の断線検出装置。
【請求項９】
前記配電線の系統周波数を検出する周波数検出手段と、
前記電気信号検出器が検出した電流信号と電圧信号から、それぞれ前記系統周波数の成分を抽出するフィルタ手段と、
をさらに備えている、請求項１ないし８のいずれかに記載の断線検出装置。
【請求項１０】
配電線の断線を検出する断線検出方法であって、
前記配電線に配置された電気信号検出器が電気信号を検出する第１の工程と、
前記第１の工程において検出された電気信号に基づいて、前記配電線の前記電気信号検出器が配置された位置より下流側のインピーダンス値を検出する第２の工程と、
前記第２の工程において検出されたインピーダンス値に基づいて、前記配電線が断線したか否かを判断する第３の工程と、
を備えていることを特徴とする断線検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配電線の断線を検出する断線検出装置、および、断線検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
配電網における配電線の断線を検出する断線検出装置が開発されている。例えば、配電線の各相の電圧を検出して断線を検出する方法がある（特許文献１参照）。しかし、この場合、電圧の検出点より上流側（電源側）の断線しか検出することができない。下流側（負荷側）の断線を検出するのは困難である。
【０００３】
下流側（負荷側）の故障を検出する方法として、送電線の故障を検出する距離継電器が知られている（例えば、特許文献２参照）。距離継電器は、送電線の電圧と電流とを検出して、送電線の故障点までの距離に対応するインピーダンス値を演算し、インピーダンス値があらかじめ設定されたインピーダンス範囲内にある場合に、送電線上の監視区間内で事故が発生したと判断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７‐２８２４５２号公報
【特許文献２】特開２０１２‐２３９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
距離継電器は、公称されている送電線の距離当たりのインピーダンス値を利用して、演算されたインピーダンス値から故障点までの距離を推測し、故障点が監視区間内にある場合に作動する。負荷変動による送電線でのインピーダンス値の変化の影響は小さいので、負荷変動によって誤作動してしまうことはない。しかし、配電線での負荷変動によるインピーダンス値の変化の影響は大きいので、配電線に距離継電器を用いた場合には誤作動してしまう場合がある。つまり、負荷変動によるインピーダンス値の変化を、配電線の断線によるインピーダンス値の変化と判断して、作動してしまう場合がある。
【０００６】
本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、配置された位置より下流側の断線を検出することができる、配電線の断線検出装置を提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００８】
本発明の第１の側面によって提供される断線検出装置は、配電線の断線を検出する断線検出装置であって、前記配電線に配置された電気信号検出器が検出した電気信号に基づいて、前記配電線の前記電気信号検出器が配置された位置より下流側のインピーダンス値を検出するインピーダンス検出手段と、前記インピーダンス検出手段によって検出されたインピーダンス値に基づいて、前記配電線が断線したか否かを判断する断線判断手段とを備えていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記インピーダンス検出手段は、三相の配電線のインピーダンス値をそれぞれ検出し、前記断線判断手段は、前記インピーダンス検出手段によって検出された３つのインピーダンス値がそれぞれ変化したか否かを判別する判別手段と、前記判別手段によってすべてが変化したと判別された場合に、前記配電線のいずれかが断線したと判断する判断手段とを備えている。
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記判別手段は、前記３つのインピーダンス値のリアクタンス成分がそれぞれ変化したか否かを判別する。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記判別手段は、前記リアクタンス成分の所定時間での変化量が所定値以上の場合に、変化したと判別する。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態においては、各相の配電線の無効電力をそれぞれ検出する無効電力検出手段をさらに備え、前記断線判断手段は、前記無効電力検出手段によって検出された３つの無効電力がそれぞれ変化したか否かを判別する第２の判別手段をさらに備え、前記判断手段は、前記判別手段によってすべてが変化したと判別され、かつ、前記第２の判別手段によってすべてが変化したと判別された場合に、前記配電線のいずれかが断線したと判断する。
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記３つのインピーダンス値の抵抗成分のうち最も変化した抵抗成分が検出された相を、配電線が断線した相として検出する断線相検出手段をさらに備えている。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態においては、各相の配電線の有効電力をそれぞれ検出する有効電力検出手段と、前記有効電力検出手段によって検出された３つの有効電力のうち最も変化した有効電力が検出された相を、配電線が断線した相として検出する断線相検出手段と、をさらに備えている。
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記断線判断手段は、前記インピーダンス検出手段によって検出されたインピーダンス値のリアクタンス成分の微分値を算出する微分値算出手段と、前記算出された微分値が正の値である状態が所定時間以上継続した後に負の値になった場合に、前記配電線が断線したと判断する判断手段とを備えている。
【００１６】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記配電線の系統周波数を検出する周波数検出手段と、前記電気信号検出器が検出した電流信号と電圧信号から、それぞれ前記系統周波数の成分を抽出するフィルタ手段とをさらに備えている。
【００１７】
本発明の第２の側面によって提供される断線検出方法は、配電線の断線を検出する断線検出方法であって、前記配電線に配置された電気信号検出器が電気信号を検出する第１の工程と、前記第１の工程において検出された電気信号に基づいて、前記配電線の前記電気信号検出器が配置された位置より下流側のインピーダンス値を検出する第２の工程と、前記第２の工程において検出されたインピーダンス値に基づいて、前記配電線が断線したか否かを判断する第３の工程とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、インピーダンス検出手段が配電線の電気信号検出器の配置位置より下流側のインピーダンス値を検出し、断線判断手段が検出されたインピーダンス値に基づいて配電線が断線しているか否かを判断する。配電線が電気信号検出器の配置位置より下流側で断線した場合、検出されたインピーダンス値が特定の変化をするので、断線判断手段はこの特定の変化を検出することで断線したことを判断する。したがって、本発明に係る断線検出装置は、配置された位置より下流側の断線を検出することができる。
【００１９】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態に係る断線検出装置を説明するための図である。
【図２】ａ相演算部の構成を説明するための機能ブロック図である。
【図３】シミュレーションにおいて演算部で演算されたリアクタンス成分の時系列変化を示す波形図である。
【図４】シミュレーションにおいて演算部で演算された抵抗成分の時系列変化を示す波形図である。
【図５】判断部が行う断線判断処理を説明するためのフローチャートである。
【図６】シミュレーションにおいて演算部で演算された無効電力値の時系列変化を示す波形図である。
【図７】シミュレーションにおいて演算部で演算された有効電力値の時系列変化を示す波形図である。
【図８】第２実施形態に係る断線検出装置を説明するための図である。
【図９】第３実施形態に係る断線検出装置を説明するための図である。
【図１０】第４実施形態に係る断線検出装置を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
【００２２】
図１は、第１実施形態に係る断線検出装置を説明するための図であり、三相の配電線モデルに配置した状態を示している。
【００２３】
断線検出装置Ａ１は、配電線の下流側の断線を検出するものである。本実施形態では、断線検出装置Ａ１が、ａ相の配電線ａ、ｂ相の配電線ｂおよびc相の配電線cからなる三相の配電線の断線を検出する場合について説明する。
【００２４】
配電線ａと配電線ｂとの間には需要家Ｒ１１および需要家Ｒ２１が接続され、配電線ｂと配電線ｃとの間には需要家Ｒ１２および需要家Ｒ２２が接続され、配電線ｃと配電線aとの間には需要家Ｒ１３および需要家Ｒ２３が接続されている。配電線ａには計器用変流器ＣＴ１が配置されており、配電線ｂには計器用変流器ＣＴ２が配置されており、配電線ｃには計器用変流器ＣＴ３が配置されている。計器用変流器ＣＴ１、ＣＴ２，ＣＴ３は、それぞれ配置された配電線を流れる電流を検出するものである。計器用変流器ＣＴ１、ＣＴ２，ＣＴ３によってそれぞれ検出された電流信号ｉa，ｉb,ｉcは、断線検出装置Ａ１に入力される。なお、計器用変流器ＣＴ１、ＣＴ２，ＣＴ３に代えて、他の電流検出装置（例えば、光電流測定など）を用いてもよい。また、配電線ａと配電線ｂとの間には計器用変圧器ＰＴ１が配置されており、配電線ｂと配電線ｃとの間には計器用変圧器ＰＴ２が配置されており、配電線ｃと配電線ａとの間には計器用変圧器ＰＴ３が配置されている。計器用変圧器ＰＴ１、ＰＴ２，ＰＴ３は、それぞれ配電線間の線間電圧を検出するものである。計器用変圧器ＰＴ１、ＰＴ２，ＰＴ３によってそれぞれ検出された電圧信号ｖab，ｖbc,ｖcaは、断線検出装置Ａ１に入力される。なお、計器用変圧器ＰＴ１、ＰＴ２，ＰＴ３に代えて、他の電圧検出装置（例えば、コンデンサ分圧など）を用いてもよい。計器用変流器ＣＴ１、ＣＴ２，ＣＴ３および計器用変圧器ＰＴ１、ＰＴ２，ＰＴ３の下流側には、遮断器ＣＢ１，ＣＢ２，ＣＢ３が設けられている。遮断器ＣＢ１，ＣＢ２，ＣＢ３は、断線検出装置Ａ１から入力される遮断指令に応じて、それぞれ配電線ａ，ｂ，ｃを流れる電流を遮断する。
【００２５】
図１においては、配電線ａが需要家Ｒ１１と需要家Ｒ２１との間で断線することを、スイッチＳＷ１が開放することとして模式的に表している。また、配電線ａと配電線ｂとの間に接続された需要家Ｒ２１の負荷変動を、需要家Ｒ２１が電力を使用している状態（スイッチＳＷ２が閉路）から、電力を使用しない状態（スイッチＳＷ２が開放）に変化するとして、模式的に表している。
【００２６】
断線検出装置Ａ１は、計器用変流器ＣＴ１、ＣＴ２，ＣＴ３からそれぞれ入力される電流信号ｉa，ｉb,ｉc、および、計器用変圧器ＰＴ１、ＰＴ２，ＰＴ３からそれぞれ入力される電圧信号ｖab，ｖbc,ｖcaに基づいて断線を検出し、通常時は閉路されている遮断器ＣＢ１，ＣＢ２，ＣＢ３を開放させるための遮断指令を出力する。断線検出装置Ａ１は、演算部１、判断部２、遮断指令部３、および報知部４を備えている。
【００２７】
演算部１は、入力される電圧信号および電流信号に基づいて、インピーダンス値と有効電力値、無効電力値を演算するものである。演算部１は、相ごとにこれらの値を演算するために、ａ相の配電線ａの各値を演算するａ相演算部１１、ｂ相の配電線ｂの各値を演算するｂ相演算部１２、および、ｃ相の配電線ｃの各値を演算するｃ相演算部１３を備えている。
【００２８】
図２は、ａ相演算部１１の構成を説明するための機能ブロック図である。なお、ｂ相演算部１２およびｃ相演算部１３の構成もａ相演算部１１の構成と同様なので、説明を省略する。
【００２９】
ａ相演算部１１は、計器用変流器ＣＴ１が検出した電流信号ｉaおよび計器用変圧器ＰＴ１が検出した電圧信号ｖabを入力され、配電線ａの計器用変流器ＣＴ１および計器用変圧器ＰＴ１の配置位置（以下では、「検出位置」とする。）より下流側のインピーダンス値（抵抗成分Ｒａおよびリアクタンス成分Ｘａ）、配電線ａによって供給される有効電力値Ｐａおよび無効電力値Ｑａを演算して、判断部２に出力する。ａ相演算部１１は、Ａ／Ｄ変換部１１１，１１２、フィルタ部１１３，１１４、インピーダンス演算部１１５、および電力演算部１１６を備えている。
【００３０】
Ａ／Ｄ変換部１１１は、計器用変圧器ＰＴ１より入力されるアナログ信号である電圧信号ｖabをデジタル信号に変換する。すなわち、電圧信号ｖabを所定のタイミングでサンプリングして、デジタル電圧信号に変換する。Ａ／Ｄ変換部１１２は、計器用変流器ＣＴ１より入力されるアナログ信号である電流信号ｉaをデジタル信号に変換する。すなわち、電流信号ｉaを所定のタイミングでサンプリングして、デジタル電流信号に変換する。
【００３１】
フィルタ部１１３は、ローパスフィルタであり、Ａ／Ｄ変換部１１１より入力されるデジタル電圧信号から高調波成分を除去して、インピーダンス演算部１１５および電力演算部１１６に出力する。フィルタ部１１４は、ローパスフィルタであり、Ａ／Ｄ変換部１１２より入力されるデジタル電流信号から高調波成分を除去して、インピーダンス演算部１１５および電力演算部１１６に出力する。本実施形態では、フィルタ部１１３，１１４をデジタルフィルタとして、Ａ／Ｄ変換後のデジタル信号にフィルタリングを行っているが、これに限られない。フィルタ部１１３，１１４に代えて、または、これに加えて、Ａ／Ｄ変換部１１１，１１２の前段にアナログフィルタを設けるようにしてもよい。
【００３２】
インピーダンス演算部１１５は、フィルタ部１１３より入力されるデジタル電圧信号と、フィルタ部１１４より入力されるデジタル電流信号とから、インピーダンス値（抵抗成分Ｒａおよびリアクタンス成分Ｘａ）を算出して、判断部２に出力する。本実施形態では、デジタル電圧信号とデジタル電流信号とから、ａ相とｂ相の線間電圧の電圧実効値Ｖab、ａ相の相電流の電流実効値Ｉa、および、線間電圧と相電流の位相差φを演算し、これらの演算結果から抵抗成分Ｒａおよびリアクタンス成分Ｘａを演算している。なお、インピーダンス値の演算方法はこれに限られず、微分方程式や積分方程式を用いて演算するようにしてもよい。
【００３３】
電力演算部１１６は、フィルタ部１１３より入力されるデジタル電圧信号と、フィルタ部１１４より入力されるデジタル電流信号とから、有効電力値Ｐａおよび無効電力値Ｑａを演算して、判断部２に出力する。本実施形態では、インピーダンス演算部１１５と同様に、電圧実効値Ｖab、電流実効値Ｉa、および位相差φを演算して、これらの演算結果から有効電力値Ｐａおよび無効電力値Ｑａを演算している。なお、インピーダンス演算部１１５が算出した電圧実効値Ｖab、電流実効値Ｉa、および位相差φを用いて演算するようにしてもよいし、瞬時値であるデジタル電圧信号とデジタル電流信号とから演算するようにしてもよい。
【００３４】
図１に戻って、判断部２は、断線の発生を判断し、断線した配電線の特定を行うものであり、例えばマイクロコンピュータなどによって実現されている。判断部２は、ａ相演算部１１より入力される抵抗成分Ｒａ、リアクタンス成分Ｘａ、有効電力値Ｐａ、および無効電力値Ｑａと、ｂ相演算部１２より入力される抵抗成分Ｒｂ、リアクタンス成分Ｘｂ、有効電力値Ｐｂ、および無効電力値Ｑｂと、ｃ相演算部１３より入力される抵抗成分Ｒｃ、リアクタンス成分Ｘｃ、有効電力値Ｐｃ、および無効電力値Ｑｃとに基づいて判断を行う。判断部２は、断線発生時のインピーダンスの特徴的な変化を捉えて、断線の発生を判断する。判断部２は、断線が発生したと判断した場合、断線が発生したこと、および、断線が発生した配電線の情報を、遮断指令部３および報知部４に出力する。
【００３５】
三相の配電線ａ，ｂ，ｃにおいて断線が発生した場合、三相のインピーダンスのリアクタンス成分Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃがいずれも大きく変化することが、発明者らの実験により判っている。一方、配電線ａ，ｂ，ｃの線間に接続された需要家Ｒ１１〜Ｒ２３のいずれかの負荷が大きく変動した場合、負荷が変動した需要家が接続している二相の配電線に対応するリアクタンス成分は大きく変化するが、もう一相の配電線に対応するリアクタンス成分はあまり変化しないことが判っている。
【００３６】
図１に示す三相の配電線モデルにおいて、スイッチＳＷ１を開放することで配電線ａの断線を模擬し、スイッチＳＷ２を開放することで配電線ａと配電線ｂとの間に接続された需要家Ｒ２１の負荷変動を模擬して、シミュレーションを行った。図３に示す波形は、当該シミュレーションにおいて演算部１で演算されたリアクタンス成分Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃの時系列変化を示している。同図（ａ）は断線発生時の波形であり、同図（ｂ）は負荷変動時の波形である。各リアクタンス成分Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃがいずれも３０Ωで安定している状態で、０．０５ｓのときに、スイッチＳＷ１またはＳＷ２を開放している。
【００３７】
同図（ａ）に示すように、スイッチＳＷ１が開放される（すなわち、配電線ａで断線が発生する）と、リアクタンス成分Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃがすべて大きく変化している。一方、同図（ｂ）に示すように、スイッチＳＷ２が開放される（すなわち、配電線ａと配電線ｂとの間に接続された需要家Ｒ２１の負荷変動が発生する）と、リアクタンス成分Ｘａ，Ｘｂは大きく変化しているが、リアクタンス成分Ｘｃはあまり変化していない。
【００３８】
したがって、リアクタンス成分Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃの変化をみることで、負荷変動による変化を除外して、断線発生時のインピーダンスの特徴的な変化を捉えることができる。なお、本実施形態での断線判断は１０ミリ秒ごとに行っており、この短い時間で２つ以上の需要家で同時に負荷の変動が生じることはほぼありえないので、いずれか１つの需要家での負荷変動を想定している。
【００３９】
判断部２は、リアクタンス成分Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃがいずれも変化した場合にのみ、断線が発生したと判断する。本実施形態では、前回の断線判断のタイミングで取得したリアクタンス成分Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃとの差をそれぞれ算出し、当該差の絶対値が所定の閾値以上の場合に変化したと判別する。例えば、１０ミリ秒ごとに断線判断を行い、リアクタンス成分Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃが前回より２Ω以上増減した場合に当該リアクタンス成分は変化したと判別する。
【００４０】
図３（ａ）においては、０．０６ｓのタイミング時に、リアクタンス成分Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃがいずれも２Ω以上増減しているので、断線が発生したと判断される。一方、図３（ｂ）においては、０．０６ｓのタイミング時にリアクタンス成分Ｘａが２Ω以上増加しているが、リアクタンス成分Ｘｂ，Ｘｃの増減は２Ω未満であり、０．０７ｓのタイミング時にリアクタンス成分Ｘａ, Ｘｂが２Ω以上増減しているが、リアクタンス成分Ｘｃの増減は２Ω未満なので、断線が発生したと判断されない。
【００４１】
なお、本実施形態では、１０ミリ秒ごとに断線判断を行うようにしているが、断線判断のタイミングはこれに限られない。また、変化したか否かを判別するための増減の閾値も２Ωに限定されない。より繊細な変化を検出するのであれば、断線判断のタイミングの間隔を短くして、閾値をより小さい値にすればよいし、より大きな変化を検出するのであれば、断線判断のタイミングの間隔を長くして、閾値をより大きい値にすればよい。また、リアクタンス成分Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃがいずれも変化したとの判別が複数回継続した場合にのみ断線が発生したと判断するようにしてもよいし、リアクタンス成分Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃがいずれも変化したとの判別が所定時間の間継続した場合にのみ断線が発生したと判断するようにしてもよい。変化したか否かの判別方法は、上述したものに限られない。各リアクタンス成分Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃが、それぞれ設定された範囲を超えた場合に、変化したと判別するようにしてもよい。また、各リアクタンス成分Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃの微分値が、それぞれ設定された範囲を超えた場合に、変化したと判別するようにしてもよい。
【００４２】
また、断線が発生した配電線に対応する抵抗成分が他の配電線に対応する抵抗成分より変化することも、発明者らの実験により判っている。
【００４３】
図４に示す波形は、図３で説明したシミュレーションにおいて演算部１で演算された抵抗成分Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃの時系列変化を示している。同図（ａ）は断線発生時の波形であり、同図（ｂ）は負荷変動時の波形である。各抵抗成分Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃがいずれも５０Ωで安定している状態で、０．０５ｓのときに、スイッチＳＷ１またはＳＷ２を開放している。
【００４４】
同図（ａ）に示すように、スイッチＳＷ１が開放される（すなわち、配電線ａで断線が発生する）と、配電線ａに対応する抵抗成分Ｒａが、配電線ｂに対応する抵抗成分Ｒｂおよび配電線ｃに対応する抵抗成分Ｒｃより、大きく変化している。
【００４５】
したがって、抵抗成分Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃの変化をみることで、断線が発生した配電線を特定することができる。判断部２は、断線が発生したと判断した場合に、抵抗成分Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃのうち一番変化が大きかった相の配電線が断線したと判断する。本実施形態では、前回の断線判断のタイミングで取得した抵抗成分Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃとの差をそれぞれ算出し、当該差の絶対値が一番大きい場合に一番変化が大きかったと判断する。
【００４６】
図４（ａ）においては、抵抗成分Ｒａの０．０６ｓのタイミング時（断線が発生したと判断されたタイミング時）と０．０５Ｓのタイミング時との差の絶対値が、抵抗成分Ｒｂ，Ｒｃのものより大きいので、抵抗成分Ｒａの変化が一番大きかったと判断され、抵抗成分Ｒａに対応するａ相の配電線ａが断線したと判断される。
【００４７】
図５は、判断部２が行う断線判断処理を説明するためのフローチャートである。断線判断処理は、断線検出装置Ａ１が起動された時に実行を開始する。
【００４８】
まず、演算部１で演算された演算値が取得される（Ｓ１）。本実施形態では、１０ミリ秒ごとに断線判断を行うようにしているので、演算値の取得を１０ミリ秒ごととしている。
【００４９】
次に、リアクタンス成分Ｘａが変化したか否かが判別される（Ｓ２）。リアクタンス成分Ｘａが変化したと判別された場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、リアクタンス成分Ｘｂが変化したか否かが判別される（Ｓ３）。リアクタンス成分Ｘｂが変化したと判別された場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、リアクタンス成分Ｘｃが変化したか否かが判別される（Ｓ４）。リアクタンス成分Ｘｃが変化したと判別された場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、ステップＳ５に進む。ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ４において、変化しなかったと判別された場合（Ｓ２：ＮＯ、Ｓ３：ＮＯ、または、Ｓ４：ＮＯ）、断線が発生していないと判断されて、ステップＳ１に戻る。つまり、リアクタンス成分Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃのいずれもが変化したと判別された場合にのみ、断線が発生したと判断されて、ステップＳ５〜Ｓ９の断線が発生した配電線を特定するステップに進む。
【００５０】
次に、抵抗成分Ｒａの変化が抵抗成分Ｒｂ，Ｒｃの変化より大きかったか否かが判別される（Ｓ５）。抵抗成分Ｒａの変化が最大の場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、ａ相の配電線ａで断線が発生したと判断され、その旨の情報が出力されて（Ｓ６）、断線判断処理は終了する。抵抗成分Ｒａの変化が最大でない場合（Ｓ５：ＮＯ）、抵抗成分Ｒｂの変化が抵抗成分Ｒａ，Ｒｃの変化より大きかったか否かが判別される（Ｓ７）。抵抗成分Ｒｂの変化が最大の場合（Ｓ７：ＹＥＳ）、ｂ相の配電線ｂで断線が発生したと判断され、その旨の情報が出力されて（Ｓ８）、断線判断処理は終了する。抵抗成分Ｒｂの変化が最大でない場合（Ｓ７：ＮＯ）、抵抗成分Ｒｃの変化が最大になるので、ｃ相の配電線ｃで断線が発生したと判断され、その旨の情報が出力されて（Ｓ９）、断線判断処理は終了する。つまり、変化が最大である抵抗成分に対応する配電線で断線が発生したことを示す情報を出力して、断線判断処理は終了する。なお、断線判断処理のフローチャートは、図５に示したものに限定されない。
【００５１】
また、三相の配電線ａ，ｂ，ｃにおいて断線が発生した場合、三相の無効電力値Ｑａ，Ｑｂ，Ｑｃがいずれも大きく変化することも、発明者らの実験により判っている。一方、配電線ａ，ｂ，ｃの線間に接続された需要家Ｒ１１〜Ｒ２３のいずれかの負荷が大きく変動した場合、負荷が変動した需要家が接続している二相の配電線に対応する無効電力値は大きく変化するが、もう一相の配電線に対応する無効電力値はあまり変化しないことも判っている。
【００５２】
図６に示す波形は、図３で説明したシミュレーションにおいて演算部１で演算された無効電力値Ｑａ，Ｑｂ，Ｑｃの時系列変化を示している。同図（ａ）は断線発生時の波形であり、同図（ｂ）は負荷変動時の波形である。各無効電力値Ｑａ，Ｑｂ，Ｑｃがいずれも６５０ｖａｒで安定している状態で、０．０５ｓのときに、スイッチＳＷ１またはＳＷ２を開放している。
【００５３】
同図（ａ）に示すように、スイッチＳＷ１が開放される（すなわち、配電線ａで断線が発生する）と、無効電力値Ｑａ，Ｑｂ，Ｑｃがすべて大きく変化している。一方、同図（ｂ）に示すように、スイッチＳＷ２が開放される（すなわち、配電線ａと配電線ｂとの間に接続された需要家Ｒ２１の負荷変動が発生する）と、無効電力値Ｑａ，Ｑｂは大きく変化しているが、無効電力値Ｑｃはあまり変化していない。
【００５４】
したがって、リアクタンス成分Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃの変化による断線の判断に加えて、さらに、無効電力値Ｑａ，Ｑｂ，Ｑｃの変化による断線の判断を行うようにしてもよい。具体的には、図５に示すフローチャートのステップＳ４で「ＹＥＳ」の場合にステップＳ５に進む前に、無効電力値Ｑａ，Ｑｂ，Ｑｃのすべてが変化したか否かを判別するステップを追加することになる。無効電力値Ｑａ，Ｑｂ，Ｑｃのすべてが変化した場合はステップＳ５に進んで、いずれか一つでも変化しなかった場合は、ステップＳ１に戻るようにすればよい。
【００５５】
各無効電力値Ｑａ，Ｑｂ，Ｑｃが変化したか否かの判別は、リアクタンス成分Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃの場合の判別と同様の方法で行ってもよいし、他の方法で判別するようにしてもよい。例えば、１０ミリ秒ごとに断線判断を行い、無効電力値Ｑａ，Ｑｂ，Ｑｃが前回より１００ｖａｒ以上増減した場合に当該リアクタンス成分は変化したと判別してもよい。
【００５６】
図６（ａ）においては、０．０５ｓのタイミング時（リアクタンス成分Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃの変化によって断線が発生したと判断されたタイミング時）に、無効電力値Ｑａ，Ｑｂ，Ｑｃがいずれも１００ｖａｒ以上増減しているので、断線が発生したと判断される。
【００５７】
なお、図６（ｂ）においては、０．０６ｓのタイミング時および０．０７Ｓのタイミング時において、無効電力値Ｑｂが１００ｖａｒ以上減少しているが、無効電力値Ｑａ，Ｑｃの増減はそれぞれ１００ｖａｒ未満なので、断線が発生したと判断されない。したがって、リアクタンス成分Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃの変化による断線の判断を行うことなく、無効電力値Ｑａ，Ｑｂ，Ｑｃの変化による断線の判断のみを行うようにしてもよい。
【００５８】
また、断線が発生した配電線に対応する有効電力値が他の配電線に対応する有効電力値より変化することも、発明者らの実験により判っている。
【００５９】
図７に示す波形は、図３で説明したシミュレーションにおいて演算部１で演算された有効電力値Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃの時系列変化を示している。同図（ａ）は断線発生時の波形であり、同図（ｂ）は負荷変動時の波形である。各有効電力値Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃがいずれも１０００Ｗで安定している状態で、０．０５ｓのときに、スイッチＳＷ１またはＳＷ２を開放している。
【００６０】
同図（ａ）に示すように、スイッチＳＷ１が開放される（すなわち、配電線ａで断線が発生する）と、配電線ａに対応する有効電力値Ｐａが、配電線ｂに対応する有効電力値Ｐｂおよび配電線ｃに対応する有効電力値Ｐｃより、大きく変化している。
【００６１】
したがって、抵抗成分Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃの変化による断線配電線の特定に代えて、有効電力値Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃの変化による断線配電線の特定を行うようにしてもよい。具体的には、図５に示すフローチャートのステップＳ５で有効電力値Ｐａの変化が最大であるか否かを判別するようにし、ステップＳ７で有効電力値Ｐｂの変化が最大であるか否かを判別するように変更すればよい。
【００６２】
各有効電力値Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃのいずれの変化が最大であるかの判別は、抵抗成分Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃの場合の判別と同様の方法で行ってもよいし、他の方法で判別するようにしてもよい。例えば、前回の断線判断のタイミングで取得した有効電力値Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃとの差をそれぞれ算出し、当該差の絶対値が一番大きい場合に一番変化が大きかったと判別してもよい。
【００６３】
図７（ａ）においては、有効電力値Ｐａの０．０６ｓのタイミング時（断線が発生したと判断されたタイミング時）と０．０５Ｓのタイミング時との差の絶対値が、有効電力値Ｐｂ，Ｐｃのものより大きいので、有効電力値Ｐａの変化が一番大きかったと判断され、有効電力値Ｐａに対応するａ相の配電線ａが断線したと判断される。
【００６４】
なお、判断部２における断線発生の判断方法、および、断線が発生した配電線の特定方法は、上述したものに限定されない。判断部２は、断線発生時のインピーダンスの特徴的な変化を捉えて、断線の発生を判断できればよい。
【００６５】
図１に戻って、遮断指令部３は、判断部２より入力される情報に基づいて、遮断器ＣＢ１、ＣＢ２、ＣＢ３に遮断指令を出力するものである。遮断指令部３は、配電線ａで断線が発生したことを示す情報が入力された場合、遮断器ＣＢ１に遮断指令を出力し、遮断器ＣＢ１を開放させる。同様に、配電線ｂで断線が発生したことを示す情報が入力された場合、遮断器ＣＢ２に遮断指令を出力して遮断器ＣＢ２を開放させ、配電線ｃで断線が発生したことを示す情報が入力された場合、遮断器ＣＢ３に遮断指令を出力して遮断器ＣＢ３を開放させる。
【００６６】
報知部４は、判断部２より入力される情報に基づいて、断線が発生したこと、および、断線が発生した配電線の情報を報知するものである。本実施形態では、報知部４はモニタおよびブザーであり、断線が発生したことをブザーで警告し、断線が発生した配電線をモニタ画面に表示する。なお、音声で断線が発生した配電線を知らせるようにしてもよい。
【００６７】
なお、断線検出装置Ａ１の各部が行う処理をプログラムで設計し、当該プログラムを実行させることでコンピュータを断線検出装置Ａ１として機能させてもよい。また、当該プログラムを記録媒体に記録しておき、コンピュータに読み取らせるようにしてもよい。
【００６８】
本実施形態において、ａ相演算部１１のインピーダンス演算部１１５は配電線ａの検出位置より下流側のインピーダンス値（抵抗成分Ｒａおよびリアクタンス成分Ｘａ）を演算する。また、ｂ相演算部１２の図示しないインピーダンス演算部が配電線ｂの検出位置より下流側のインピーダンス値（抵抗成分Ｒｂおよびリアクタンス成分Ｘｂ）を演算し、ｃ相演算部１３の図示しないインピーダンス演算部が配電線ｃの検出位置より下流側のインピーダンス値（抵抗成分Ｒｃおよびリアクタンス成分Ｘｃ）を演算する。判断部２は、演算されたリアクタンス成分Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃがいずれも大きく変化した場合に、検出位置より下流側で断線が発生したと判断する。したがって、断線検出装置Ａ１は、検出位置より下流側の断線を検出することができる。
【００６９】
リアクタンス成分Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃは、断線が発生した場合にすべてが大きく変化するが、負荷変動の場合にはいずれか２つが大きく変化して、１つはあまり変化しないという特性がある。したがって、断線検出装置Ａ１は、負荷変動と区別して断線を検出することができ、負荷変動による誤検出を抑制することができる。
【００７０】
また、判断部２は、断線が発生したと判断した場合に、抵抗成分Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃのうち一番変化が大きかった相の配電線が断線したと判断する。断線が発生した配電線に対応する抵抗成分が一番大きく変化するという特性があるので、断線検出装置Ａ１は、断線が発生した配電線を適切に特定することができる。
【００７１】
なお、本実施形態では、判断部２が演算部１から抵抗成分Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ、リアクタンス成分Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃ、有効電力値Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ、および無効電力値Ｑａ，Ｑｂ，Ｑｃのすべてを入力される場合について説明したが、これに限られない。判断部２での判断に必要でないものは入力されなくてもよいし、演算部１で算出しなくてもよい。例えば、抵抗成分Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃの変化で断線配電線の特定を行う場合は、有効電力値Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃの算出をしなくてもよい。
【００７２】
また、本実施形態では、判断部２が断線判断に加えて、断線した配電線の特定まで行う場合について説明したが、これに限られない。例えば、断線が発生した場合に、すべての遮断器ＣＢ１、ＣＢ２、ＣＢ３を開放させて、配電線ａ，ｂ，ｃの電流をすべて遮断する場合には、断線した配電線を特定する必要がない。したがって、判断部２が断線判断だけを行うようにしてもよい。この場合、判断部２は断線が発生したことを示す情報を遮断指令部３および報知部４に出力し、遮断指令部３は遮断器ＣＢ１、ＣＢ２、ＣＢ３に遮断指令を出力して遮断器ＣＢ１、ＣＢ２、ＣＢ３を開放させ、報知部４は断線が発生したことを報知する。
【００７３】
本実施形態では、計器用変圧器ＰＴ１、ＰＴ２，ＰＴ３がそれぞれ配電線間の線間電圧を検出する場合について説明したが、計器用変圧器ＰＴ１、ＰＴ２，ＰＴ３がそれぞれ配電線の相電圧を検出するようにしてもよい。
【００７４】
実際の配電線においては系統周波数（電力系統の周波数）が変化するので、演算部１で算出される各値の精度が悪くなる場合がある。演算部１で算出される各値の精度を改善した場合を、第２実施形態として以下に説明する。
【００７５】
図８は、第２実施形態に係る断線検出装置を説明するための図である。同図において、第１実施形態に係る断線検出装置Ａ１(図１、２参照）と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。
【００７６】
図８に示す断線検出装置Ａ２は、周波数検出部５を備えている点と、ローパスフィルタであるフィルタ部１１３，１１４に代えて、バンドパスフィルタであるフィルタ部１１３’、１１４’を備えている点で、第１実施形態に係る断線検出装置Ａ１と異なる。
【００７７】
周波数検出部５は、系統周波数を検出するものである。周波数検出部５は、計器用変圧器ＰＴ１より入力される電圧信号ｖabに基づいて、系統周波数を検出する。周波数検出の方法は限定されず、ＰＬＬ方式であってもよいし、ゼロクロス点間カウント方式であってもよい。周波数検出部５は、検出した系統周波数をフィルタ部１１３’、１１４’に出力する。
【００７８】
フィルタ部１１３’，１１４’は、通過帯域を変更することができるバンドパスフィルタである。フィルタ部１１３’，１１４’は、周波数検出部５より入力される系統周波数を、通過帯域の中心周波数に設定する。フィルタ部１１３’は、Ａ／Ｄ変換部１１１より入力されるデジタル電圧信号から系統周波数成分以外の周波数成分を除去して、インピーダンス演算部１１５および電力演算部１１６に出力する。フィルタ部１１４’は、Ａ／Ｄ変換部１１２より入力されるデジタル電流信号から系統周波数成分以外の周波数成分を除去して、インピーダンス演算部１１５および電力演算部１１６に出力する。
【００７９】
第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。また、インピーダンス演算部１１５および電力演算部１１６が系統周波数成分以外の周波数成分を除去した各デジタル信号に基づいて各値を演算するので、演算部１で算出される各値の精度が良くなる。
【００８０】
なお、フィルタ部１１３’，１１４’を適応型デジタルフィルタとして、通過帯域の中心周波数を、入力される各デジタル信号の基本波周波数に追従させるようにしてもよい。
【００８１】
上記第１および第２実施形態では、断線発生時の三相のインピーダンス値の特徴的な変化を捉えて断線を検出する場合について説明したが、これに限られない。相ごとのインピーダンス値の特徴的な変化を捉えて、当該相の断線を検出するようにしてもよい。相ごとに断線を検出する場合を、第３実施形態として以下に説明する。
【００８２】
図９は、第３実施形態に係る断線検出装置を説明するための図である。同図において、第１実施形態に係る断線検出装置Ａ１(図１参照）と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。
【００８３】
図９に示す断線検出装置Ａ３は、判断部２’が相ごとに断線の発生の判断を行う点で、第１実施形態に係る断線検出装置Ａ１と異なる。
【００８４】
判断部２’は、ａ相の配電線ａの断線の発生を判断するａ相判断部２１、ｂ相の配電線ｂの断線の発生を判断するｂ相判断部２２、および、ｃ相の配電線ｃの断線の発生を判断するｃ相判断部２３を備えている。ａ相判断部２１は、ａ相演算部１１より入力される抵抗成分Ｒａ、リアクタンス成分Ｘａ、有効電力値Ｐａ、および無効電力値Ｑａに基づいて判断を行う。ａ相判断部２１は、断線発生時のインピーダンスの特徴的な変化を捉えて、断線の発生を判断する。ａ相判断部２１は、断線が発生したと判断した場合、配電線ａで断線が発生したことを示す情報を、遮断指令部３および報知部４に出力する。なお、ｂ相判断部２２およびｃ相判断部２３の構成もａ相判断部２１の構成と同様なので、説明を省略する。
【００８５】
図３（ａ）のリアクタンス成分Ｘａの波形が示すように、断線が発生した配電線に対応するリアクタンス成分の波形にはオーバーシュートが発生するが、その他の波形にはオーバーシュートが発生しない。また、図３（ｂ）の各波形が示すように、負荷変動の場合はオーバーシュートが発生しない。したがって、各リアクタンス成分Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃの波形にオーバーシュートが発生した場合、当該リアクタンス成分に対応する配電線で断線が発生したと判断することができる。ａ相判断部２１は、リアクタンス成分Ｘａの波形にオーバーシュートが発生した場合に、配電線ａで断線が発生したと判断する。本実施形態では、リアクタンス成分Ｘａの微分値が正の値である状態が所定時間以上継続した後に負の値になった場合（または、微分値が負の値である状態が所定時間以上継続した後に正の値になった場合）に、オーバーシュートが発生したと判断する。図３（ａ）においては、リアクタンス成分Ｘａが０．０５ｓのタイミング時から上昇し（すなわち、微分値が正の値となっており）、０．０５７ｓ頃に下降に転じている（すなわち、微分値が負の値になった）ので、オーバーシュートが発生したと判断され、配電線ａで断線が発生したと判断される。なお、オーバーシュートが２回発生した場合に断線が発生したと判断するようにしてもよい。
【００８６】
なお、判断部２’における断線発生の判断方法は、上述したものに限定されない。判断部２’は、断線発生時のインピーダンスの特徴的な変化を捉えて、断線の発生を判断できればよい。例えば、断線発生時のリアクタンス成分の時系列変化の波形（図３（ａ）参照）をあらかじめ記録しておいて、リアクタンス成分の時系列変化の波形を記録された断線発生時の波形とパターンマッチングなどの手法で比較して、同様の波形であれば断線が発生したと判断するようにしてもよい。
【００８７】
第３実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００８８】
上記第１〜第３実施形態においては、三相の配電線ａ，ｂ，ｃでの断線を検出する場合について説明したが、これに限られない。本発明は、単相の配電線での断線を検出する場合にも用いることができる。単相の配電線での断線を検出する場合を、第４実施形態として以下に説明する。
【００８９】
図１０は、第４実施形態に係る断線検出装置を説明するための図である。同図において、第１実施形態に係る断線検出装置Ａ１(図１参照）と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。
【００９０】
図１０に示す断線検出装置Ａ４は、単相の配電線ｄに配置されている点と、演算部１’および判断部２”が単相に対応している点で、第１実施形態に係る断線検出装置Ａ１と異なる。
【００９１】
演算部１’は、ａ相演算部１１（図２参照）と同様の構成であり、計器用変流器ＣＴが検出した電流信号ｉおよび計器用変圧器ＰＴが検出した電圧信号ｖを入力され、配電線ｄの検出位置より下流側のインピーダンス値（抵抗成分Ｒおよびリアクタンス成分Ｘ）、配電線ｄによって供給される有効電力値Ｐおよび無効電力値Ｑを演算して、判断部２”に出力する。判断部２”は、第３実施形態に係るａ相判断部２１（図９参照）と同様の構成であり、演算部１’より抵抗成分Ｒ、リアクタンス成分Ｘ、有効電力値Ｐ、および無効電力値Ｑを入力されて、断線発生時のインピーダンスの特徴的な変化に基づいて断線の発生を判断し、断線が発生したことを示す情報を遮断指令部３および報知部４に出力する。
【００９２】
第４実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００９３】
本発明に係る断線検出装置および断線検出方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る断線検出装置および断線検出方法の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【符号の説明】
【００９４】
Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４  断線検出装置
１，１’  演算部
１１  ａ相演算部
１１１，１１２  Ａ／Ｄ変換部
１１３，１１４，１１３’，１１４’  フィルタ部
１１５  インピーダンス演算部（インピーダンス検出手段）
１１６  電力演算部（無効電力検出手段、有効電力検出手段）
１２  ｂ相演算部
１３  ｃ相演算部
２，２’，２”  判断部（断線判断手段、判別手段、判断手段、第２の判別手段、断線相検出手段、微分値算出手段）
２１  ａ相判断部
２２  ｂ相判断部
２３  ｃ相判断部
３  遮断指令部
４  報知部
５  周波数検出部
ａ，ｂ，ｃ  配電線
ＣＴ１、ＣＴ２，ＣＴ３  計器用変流器（電気信号検出器）
ＰＴ１、ＰＴ２，ＰＴ３  計器用変圧器（電気信号検出器）
【図１】
2014132242.tif 000003
【図２】
2014132242.tif 000004
【図３】
2014132242.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2014132242.tif 000008
【図７】
2014132242.tif 000009
【図８】
2014132242.tif 000010
【図９】
2014132242.tif 000011
【図１０】
2014132242.tif 000012