(57)【要約】【課題】使用開始後の電線・ケーブルでも断線が検出できる電線・ケーブルの断線検出方法及びその装置を提供する。【解決手段】検出対象の電線・ケーブル２に高周波パルス信号を注入し、上記電線・ケーブル２に生じる応答信号を検出し、該応答信号の波形を記録し、該高周波パルス信号の注入と応答信号波形の検出・記録とを繰り返し、応答信号波形から断線に特徴的な断線特徴量を抽出し、該断線特徴量のばらつきの大きさから断線率を推定する。【選択図】図１
2008122322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象の電線・ケーブルに高周波パルス信号を注入し、
上記電線・ケーブルに生じる応答信号を検出し、
該応答信号波形を記録し、
該応答信号波形から断線に特徴的な断線特徴量を抽出し、
該断線特徴量のばらつきの大きさから断線率を推定することを特徴とする電線・ケーブルの断線検出方法。
【請求項２】
上記断線特徴量は、過去に記録した応答信号波形を記録した応答信号波形から差し引いた差分波形より抽出することを特徴とする請求項１記載の電線・ケーブルの断線検出方法。
【請求項３】
上記断線特徴量は、上記差分波形のピーク値であることを特徴とする請求項２記載の電線・ケーブルの断線検出方法。
【請求項４】
上記断線特徴量は、上記差分波形の面積であることを特徴とする請求項２記載の電線・ケーブルの断線検出方法。
【請求項５】
上記断線特徴量のばらつきの大きさは、連続する所定回数分の応答信号波形の断線特徴量から求めることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の電線・ケーブルの断線検出方法。
【請求項６】
上記断線特徴量のばらつきの大きさは、上記断線特徴量の分散値又は標準偏差で表すことを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の電線・ケーブルの断線検出方法。
【請求項７】
あらかじめ基準用の電線・ケーブルにおける断線率と上記断線特徴量のばらつきの大きさとの関係を求めておき、該関係に検出対象の電線・ケーブルから得た断線特徴量のばらつきの大きさを当てはめることにより、検出対象の電線・ケーブルの断線率を推定することを特徴とする請求項１〜６いずれか記載の電線・ケーブルの断線検出方法。
【請求項８】
検出対象の電線・ケーブルに高周波パルス信号を注入する高周波パルス発生器と、
上記電線・ケーブルに生じる応答信号を検出する検出器と、
該応答信号波形を記録する波形記録器と、
該応答信号波形から断線に特徴的な断線特徴量を抽出する断線特徴量抽出手段と、
該断線特徴量のばらつきの大きさから断線率を推定する断線率推定手段とを設けたことを特徴とする電線・ケーブルの断線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用開始後の電線・ケーブルでも断線が検出できる電線・ケーブルの断線検出方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電線・ケーブルの断線（素線の断線、部分断線）を検出する方法として、電線・ケーブルに高周波パルス信号を注入し、電線・ケーブルに現れる反射信号波形を利用する方法がある。
【０００３】
例えば、運転中の電線・ケーブルを対象にした方法として、商用周波数よりも周波数が高い高周波パルス信号を電線・ケーブルにコンデンサを介して注入し、ＣＴ（非接触式の電流検出器）により電線・ケーブルに生じる応答信号を検出する。応答信号を記録し、応答信号の経時変化を調べることで断線を検出する。
【０００４】
従来、測定（高周波パルス信号の注入と応答信号波形の検出・記録）を一定時間ごとに行い、最初に記録した初期波形と時間経過後の変化波形を比較することにより、差分波形を求め、この差分波形をもとに断線の判定を行う。さらに、高周波パルス信号と応答信号波形中の差分波形（断線箇所からの反射）との時間差から断線箇所を推定する。
【０００５】
図９に示されるように、健全な電線・ケーブルからの応答信号波形（初期波形；太線）と断線が生じている電線・ケーブルからの応答信号波形（変化波形；細線）との差分波形２０１が電線・ケーブル往復伝搬時間Ｔａ（高周波パルス信号が検出器を通過してから機器の接続部又は機器側高周波阻止用インダクタで反射した信号が検出器に伝搬するまでの時間）の間に現れている。なお、初期波形と変化波形はほぼ同形状であり、差分波形２０１は僅かに現れている。この差分波形２０１は、断線箇所におけるインピーダンス変化により生じている。つまり、変化波形では、注入した高周波パルス信号が断線箇所で一部反射したことにより、初期波形にはなかった部分を有するため、図示のような差分波形２０１が得られる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２３１０５号公報
【特許文献２】特開２００６−２２０４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の断線検出方法においては、電線・ケーブルを敷設した直後（使用開始前）に取得した初期波形と時間経過後の変化波形を比較する。ところが、既設の電線・ケーブルについて断線検出を開始したい場合、電線・ケーブルの使用が開始されており、使用開始前の初期波形が取得できない。使用が開始された電線・ケーブルは断線が生じている可能性があり、健全とは限らないので、好ましい初期波形が得られない。使用開始後に取得した波形を初期波形として用いる場合、その初期波形と時間経過後の変化波形との差分が小さいため、断線検出が難しい。また、得られる変化波形が健全な状態からの変化波形ではないため、断線率を推定することが難しい。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、使用開始後の電線・ケーブルでも断線が検出できる電線・ケーブルの断線検出方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明の方法は、検出対象の電線・ケーブルに高周波パルス信号を注入し、上記電線・ケーブルに生じる応答信号を検出し、該応答信号波形を記録し、該応答信号波形から断線に特徴的な断線特徴量を抽出し、該断線特徴量のばらつきの大きさから断線率を推定するものである。
【００１０】
上記断線特徴量は、過去に記録した応答信号波形を記録した応答信号波形から差し引いた差分波形より抽出してもよい。
【００１１】
上記断線特徴量は、上記差分波形のピーク値であってもよい。
【００１２】
上記断線特徴量は、上記差分波形の面積であってもよい。
【００１３】
上記断線特徴量のばらつきの大きさは、連続する所定回数分の応答信号波形の断線特徴量から求めてもよい。
【００１４】
上記断線特徴量のばらつきの大きさは、上記断線特徴量の分散値又は標準偏差で表してもよい。
【００１５】
あらかじめ基準用の電線・ケーブルにおける断線率と上記断線特徴量のばらつきの大きさとの関係を求めておき、該関係に検出対象の電線・ケーブルから得た断線特徴量のばらつきの大きさを当てはめることにより、検出対象の電線・ケーブルの断線率を推定してもよい。
【００１６】
また、本発明の装置は、検出対象の電線・ケーブルに高周波パルス信号を注入する高周波パルス発生器と、上記電線・ケーブルに生じる応答信号を検出する検出器と、該応答信号波形を記録する波形記録器と、該応答信号波形から断線に特徴的な断線特徴量を抽出する断線特徴量抽出手段と、該断線特徴量のばらつきの大きさから断線率を推定する断線率推定手段とを設けたものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００１８】
（１）使用開始後の電線・ケーブルでも断線が検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
図１に示されるように、本発明に係る断線検出装置１は、検出対象の電線・ケーブル２に高周波パルス信号を注入する高周波パルス発生器３と、上記電線・ケーブル２に生じる応答信号を検出する検出器４と、該応答信号の波形を記録する波形記録器５と、該高周波パルス信号の注入と応答信号波形の検出・記録とを繰り返し、得られた複数の応答信号波形から断線に特徴的な断線特徴量を抽出する断線特徴量抽出手段６と、該断線特徴量のばらつきの大きさから断線率を推定する断線率推定手段７とを設けたものである。
【００２１】
断線検出装置１は、高周波パルス信号発生器が発生した高周波パルス信号を電線・ケーブル２の導体８に注入するためのコンデンサ９を有する。検出器４は、高周波パルス信号発生器３からコンデンサ９までの間の信号注入線に設けられた高周波ＣＴである。
【００２２】
また、断線検出装置１では、高周波パルス信号が商用周波数電源１０に流入しないよう、電線・ケーブル２の商用周波数電源側に高周波阻止用インダクタ１１が取り付けられる。機器１２のノイズカット機能が弱い場合は、電線・ケーブル２の機器側にも高周波阻止用インダクタ１１を取り付けるとよい。
【００２３】
検出対象の電線・ケーブル２においては、移動を行う機器１２が電線・ケーブル２により商用周波数電源１０からの電源供給を受けている。機器１２が移動して電線・ケーブル２が頻繁に屈曲されるため断線が発生する。これを検出するため、高周波パルス信号発生器３からコンデンサ９を介して電線・ケーブル２に高周波パルス信号を注入する。高周波パルス信号は、検出器４を通過し、電線・ケーブル２の導体８を伝搬し、機器１２の接続部又は高周波阻止用インダクタ１１で反射して検出器４まで伝搬してくる。注入される高周波パルス電流とその応答信号は、信号注入線に設置された検出器４によって検出され、応答信号波形として高周波波形記録測定器５に記録される。また、高周波波形記録測定器５は、記録開始時点での応答信号波形を初期波形として記憶する。
【００２４】
断線特徴量抽出手段６は、応答信号波形と初期波形との差分波形を演算する差分波形演算部、その差分波形のピーク値を断線特徴量として求める断線特徴量演算部、抽出した過去から現在までの断線特徴量を記憶する断線特徴量記憶部を備える。
【００２５】
断線率推定手段７は、断線特徴量抽出手段６から提供された複数の断線特徴量についてばらつきの大きさを求める統計演算部、図９に示すような検量線マップを格納した検量線マップ記憶部を備え、ばらつきの大きさ（例えば、標準偏差）を検量線マップに適用することにより、断線率を推定することができる。
【００２６】
次に、断線検出装置１の動作を説明する。
【００２７】
機器１２において商用周波数電源１０より電線・ケーブル２を介して電力が供給されている場合、長期間連続して同じ動作を繰り返す機器１２の動きによって電線・ケーブル２が屈曲を受けると導体８に断線（素線の断線、部分断線）が発生する。
【００２８】
高周波パルス信号発生器３で発生された高周波パルス信号は、検出器４を通過し、コンデンサ９を介して電線・ケーブル２の導体８に注入される。導体８を伝搬する高周波パルス信号は、電線・ケーブル２の遠端にある高周波阻止用インダクタ１１や断線箇所などインピーダンスが変化している部分で反射し、コンデンサ９を介して検出器４の設置箇所に戻ってくる。
【００２９】
高周波波形記録測定器５は、検出器４に戻ってきた応答信号波形を記憶する。
【００３０】
高周波パルス信号の発生から応答信号波形の検出・記録までの動作をサンプリングと称する。そのサンプリングの動作を一定時間ごと、あるいは機器１２が待機位置に復帰するたびに行う。この繰り返しにより、応答信号波形が蓄積される。
【００３１】
断線特徴量抽出手段６は、各応答信号波形から初期波形を差分してその差分波形から断線特徴量を抽出し、蓄積する。断線率推定手段７は、複数個の断線特徴量から統計量を求め、この統計量を検量線マップに適用することにより、断線率を推定する。
【００３２】
以下、本発明の原理を詳しく説明する。
【００３３】
図２に示されるように、断線特徴量のばらつきを標準偏差で表すと、検出対象の電線・ケーブルが使用開始されてからの経過時間が経過すると、これに伴って標準偏差が上下に変動しつつも漸増する。詳しくは後述するが、この標準偏差の変化は断線率との相関があるため、標準偏差から断線率を推定することができる。
【００３４】
ここで、断線率とは、電線・ケーブルの撚り線導体を構成する複数本の素線の総本数に対する破断した素線の本数の割合のことである。
【００３５】
以下、断線率を検出する方法を断線検出の原理から順を追って説明する。
【００３６】
図３に示されるように、電線・ケーブルが健全なときの応答信号波形（破線）３１と、電線・ケーブルが断線しているときの応答信号波形（実線）３２とは、大部分で一致し、部分的に異なる。なお、破線は実線に重ならないようずらして描いてある。この波形は、電線・ケーブルの長さは１５ｍ、パルス伝播速度は２×１０8ｍ／ｓとし、ケーブル遠端はオープン（他の導体に短絡していない）として得た。
【００３７】
健全時応答信号波形３１及び断線時応答信号波形３２において時間軸０ｎｓに位置するピーク３３が入射パルスに相当し、時間軸１５０ｎｓに位置するピーク３４がケーブル遠端反射に相当する。断線時応答信号波形３２において時間軸１００ｎｓに位置する小さなピーク３５が断線箇所からの反射に相当する。ピーク３５は実際よりも大きく描いてある。
【００３８】
図４に示されるように、図３の健全時応答信号波形３１と断線時応答信号波形３２との差分波形４１には、時間軸１００ｎｓに位置する小さなピーク４２のみがある。このピーク４２は図３のピーク３５に由来する。
【００３９】
ここで、図５により差分波形４１が経過時間により変動することを説明する。高周波パルス信号を注入し応答信号波形を記録することを繰り返し、経過時間を横軸に取ったグラフに図４の差分波形４１のピーク値をプロットしていくと図５が得られる。なお、高周波パルス信号注入と応答信号波形記録は、適宜なタイミングを定めて行うが、例えば、機器１２が移動を行い待機位置に復帰するたびに行うとよい。
【００４０】
図５に示されるように、経過時間が長くなるのに伴いピーク値は大きくなるという特性がある。また、ピーク値は単調に増加するのではなく、０や０近くまで落ち込むことを繰り返すという特性がある。
【００４１】
第１の特性（ピーク値が漸増する）の理由は、経過時間が長くなると、断線した素線の本数が増加し、あるいは断線の程度（ひび割れや亀裂から完全に分断まで）が大きくなるため、インピーダンスの差も拡大し、信号の反射が顕著になるため、ピーク値が大きくなる。つまり、差分波形４１のピーク値の変動は断線率と相関がある。よって、以下、この差分波形４１のピーク値を断線特徴量と呼ぶことにする。
【００４２】
第２の特性（ピーク値がときどき落ち込む）の理由は、電線・ケーブル２の導体８を構成している素線が機器１２の移動に伴う屈曲を繰り返し受けることで疲労して断線するものの、機器１２が同じ待機位置に復帰したとき断線した素線同士が不安定な接触をするため、インピーダンスが健全時と差がない場合も生じ、インピーダンスが健全時と差を有する場合も生じるためである。
【００４３】
最近数点（例えば、１１点）の断線特徴量のばらつきを表す標準偏差（分散値でも可）を調べた。経過時間を横軸に取ったグラフに上記１１点を移動しながら得た標準偏差をプロットしていくと、図６に示されるように、経過時間が長くなるのに伴い断線特徴量のばらつき（標準偏差）が大きくなっていくことがよく分かる。よって、あらかじめ基準用の電線・ケーブルにおける断線率と断線特徴量のばらつきの大きさとの関係を求めておき、この関係に検出対象の電線・ケーブルから得た断線特徴量のばらつきの大きさを当てはめることにより、検出対象の電線・ケーブルの断線率を推定できる。
【００４４】
次に、電線・ケーブル２が使用開始されており、使用開始前の初期波形を得られない場合について考察する。図７は、記録開始時点（電線・ケーブルの使用開始より約１００時間後）での応答信号波形を初期波形とした場合に、記録した応答信号波形との差分波形のピーク値（断線特徴量）を、経過時間を横軸に取ったグラフにプロットしたものである。この特性でも図５と同様に経過時間が長くなるのに伴い断線特徴量とそのばらつきが大きくなる。
【００４５】
図７の縦軸に現れる断線特徴量は、大きさが図５の断線特徴量と異なり、同じ経過時間で比較すると、図５の断線特徴量より小さい。これは、記録開始時点で既に断線によるインピーダンス増加があり、それによる反射信号が記録開始時点の初期波形に含まれてしまい、差分波形が正又は負の小さい波形になり、ピーク値が小さくなるためである。図７の断線特徴量を用いては、電線・ケーブル２の断線率を推定することはできない。
【００４６】
本発明者は、図７のように電線・ケーブル２が使用開始後に記録開始した場合でも、断線特徴量のばらつきの大きさから断線率を推定できることを見出した。記録開始時点（電線・ケーブル使用開始より約１００時間後）以降に、最近数点（例えば、１１点）の断線特徴量のばらつきを調べ、標準偏差（分散値でも可）で表す。経過時間を横軸に取ったグラフに上記１１点を移動しながら得た標準偏差をプロットしていくと、図２に示されるように、経過時間が長くなるのに伴い標準偏差が大きくなっていく。図２と図６を比較すれば分かるように、電線・ケーブル使用開始後に記録開始した場合も電線・ケーブル使用開始より記録開始した場合も同じ経過時間における標準偏差の値は等しくなる。
【００４７】
このように、断線特徴量の標準偏差は、記録開始時点がいつであるかに関係なく、使用開始時点からの変化量に一致することが解った。従って、図６を利用して電線・ケーブルの断線率を推定するのと同様に、図２を利用して電線・ケーブルの断線率を推定することができる。
【００４８】
標準偏差から断線率を推定するための手段として図８に示す検量線を用いる。すなわち、標準偏差の値が０．８であったとしたとき、これを図８に当てはめると、標準偏差の値が０．８となる断線率は６０％である。このようにして、断線率が推定できる。
【００４９】
【表１】
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【００５０】
具体的には、標準偏差と断線率の対応関係を予備実験により求め、断線率推定手段４に標準偏差対断線率の検量線マップとして格納しておく。表１に示した検量線マップは、図８に基づき、標準偏差の離散値０，０．２，０．４，０．６，０．８，１に対して断線率の数値を各々与えたものであり、さらに、ここでは断線率ごとの＋誤差と−誤差が与えられる。例えば、標準偏差の値が０．８であったとしたとき、表１の検量線マップより断線率は６０％と推定され、誤差を考慮すると、断線率は４０％から８０％であると推定される。
【００５１】
以上説明したように、本発明によれば、複数の応答信号波形から断線により現れる断線特徴量を抽出し、該断線特徴量のばらつきの大きさから断線率を推定するようにしたので、既設の電線・ケーブルを対象として使用開始以後に記録開始する場合でも、断線率を推定することが可能となる。
【００５２】
上記実施形態では、断線特徴量は応答信号波形同士の差分波形のピーク値としたが、断線特徴量は応答信号波形同士の差分波形の面積としてもよい。差分波形の面積は、ピーク値と差分波形の幅の積に比例する値であり、差分波形の幅は、断線率（経過時間）に対してほぼ一定と考えられる。よって、経過時間に対する差分波形の面積の標準偏差は、図２に示したピーク値の標準偏差と同様の変化をすると考えられる。従って、差分波形の面積を断線特徴量としても断線率を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の断線検出装置の構成図である。
【図２】本発明における差分波形のピーク値（断線特徴量）の標準偏差の時間波形図である。
【図３】本発明における応答信号波形の時間波形図である。
【図４】本発明における差分波形の時間波形図である。
【図５】本発明における差分波形のピーク値（断線特徴量）の時間波形図である。
【図６】本発明における差分波形のピーク値（断線特徴量）の標準偏差の時間波形図である。
【図７】本発明における差分波形のピーク値（断線特徴量）の時間波形図である。
【図８】本発明における標準偏差対断線率検量線の図である。
【図９】従来の断線検出方法を説明するための応答信号波形の時間波形図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  断線検出装置
２  電線・ケーブル
３  高周波パルス信号発生器
４  検出器
５  高周波波形記録測定器（波形記録器）
６  断線特徴量抽出手段
７  断線率推定手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008122322.tif 000010
【図８】
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【図９】
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