(57)【要約】【課題】複数の給電ケーブルを並列敷設して給電する際に簡便、安価に給電ケーブルの断線を検出できる給電ケーブルの断線検出方法を提供する。【解決手段】複数の給電ケーブル２５、２６を用いて並列給電する際の給電ケーブル断線検出方法において、給電ケーブル２５、２６のうち任意の１本の給電ケーブル２５を選択し、選択した給電ケーブル２５自身による電圧降下量Ｖを測定し、全ての給電ケーブル２５、２６が健全なときの給電ケーブル２５自身による電圧降下量Ｖ０と電圧降下量Ｖとの差の絶対値が予め設定した閾値を超えたときに複数の給電ケーブル２５、２６からなる給電線１９に断線が生じたと判断する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の給電ケーブルを用いて並列給電する際の給電ケーブル断線検出方法において、
前記給電ケーブルのうち任意の１本の給電ケーブルを選択し、該選択された給電ケーブル自身による電圧降下量Ｖを測定し、全ての前記給電ケーブルが健全なときの該選択された給電ケーブル自身による電圧降下量Ｖ０と前記電圧降下量Ｖとの差の絶対値が予め設定した閾値を超えたときに前記複数の給電ケーブルからなる給電線に断線が生じたと判断することを特徴とする給電ケーブルの断線検出方法。
【請求項２】
請求項１記載の給電ケーブルの断線検出方法において、前記閾値は、前記給電ケーブルがＮ本並列敷設されている場合、０．３以上で０．８以下の係数αを用いて、αＶ０／（Ｎ−１）とすることを特徴とする給電ケーブルの断線検出方法。
【請求項３】
請求項１および２のいずれか１項に記載の給電ケーブルの断線検出方法において、前記給電線に加える電流値が、直流５００アンペア以上であることを特徴とする給電ケーブルの断線検出方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の給電ケーブルの断線検出方法において、前記各給電ケーブルは、固定配置される固定給電ケーブルと、該固定給電ケーブルに基側が接続し先側が移動する可動給電ケーブルとを有し、前記選択された給電ケーブルの電圧降下の測定は、前記固定給電ケーブルの両端部で行なうことを特徴とする給電ケーブルの断線検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の給電ケーブルを並列敷設して給電する際の給電ケーブル断線検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大電流を取り扱う設備においては、給電ケーブル敷設工事のやり易さや端子盤内のケーブル処置のやり易さの観点から、ひとつの給電系統において、複数の給電ケーブルにて敷設施工することが多い。一方、複数の給電ケーブルを使用した給電系統においては、内数の給電ケーブルが断線した場合でも、すなわち、全ての給電ケーブルが断線しない限り、電流が流れているため、給電ケーブルの断線においては初期発見が困難となる。そして、給電ケーブルの断線に気付かず、そのまま使用していると残りの給電ケーブルへの負担が増し最後には、残りの給電ケーブルも断線して設備停止となったり、給電ケーブルが発熱してケーブル火災といった大事故となる可能性がある。
ここで、給電ケーブルの断線を検出する装置として、給電ケーブルに抵抗を直列に接続し、この抵抗の前後の電位差を測定し、電位差が消失したことで給電ケーブルの断線を検出する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、撚り線を束ねた芯線を有する給電ケーブルにおいて、給電ケーブルの負荷側電圧と電源側電圧との電圧差を検出し、その電圧差が設定値以上になった場合に撚り線に断線が生じたと判断して警報を出力する断線予知装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−５７３６３号公報
【特許文献２】特開２００１−２０８７８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された発明は、単一の給電ケーブルを敷設した給電線における給電ケーブルの断線検知の装置であり、しかも、給電ケーブルが完全断線した場合にそれを検出して警報等を発するものであって、複数の給電ケーブルを使用した給電系統の給電ケーブルの断線を検出する装置ではない。更に、この装置では、給電ケーブルが断線して設備が停止してしまうまで断線を知ることができないという問題がある。また、特許文献２に記載された発明も、単一の給電ケーブルを敷設した給電線における給電ケーブルの断線検知の装置であり、複数の給電ケーブルを有する給電線の給電ケーブルの断線検出にも適用が可能と思われるが、装置構成が非常に複雑なため製作費が高価になるという問題がある。更に、精度良い検出を行なう場合は、給電ケーブルの長さによる電圧降下の影響を防止するために負荷側電圧の検出値を調整する必要があり、操作が煩雑になるという問題も生じる。
そこで、複数の給電ケーブルを有する給電系統では、各給電ケーブル毎に電流検出装置を設けて給電ケーブルを監視する方法が取られているが、取り扱う電流が大きいため電流検出装置も大掛かりなものとなり、そのため非常に高価なものとなる。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、複数の給電ケーブルを並列敷設して給電する際に簡便、安価に給電ケーブルの断線を検出できる給電ケーブルの断線検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的に沿う本発明に係る給電ケーブル断線検出方法は、複数の給電ケーブルを用いて並列給電する際の給電ケーブル断線検出方法において、
前記給電ケーブルのうち任意の１本の給電ケーブルを選択し、該選択された給電ケーブル自身による電圧降下量Ｖを測定し、全ての前記給電ケーブルが健全なときの該選択された給電ケーブル自身による電圧降下量Ｖ０と前記電圧降下量Ｖとの差の絶対値が予め設定した閾値を超えたときに前記複数の給電ケーブルからなる給電線のいずれかの給電ケーブルに断線が生じたと判断する。
【０００７】
本発明に係る給電ケーブルの断線検出方法において、前記閾値は、前記給電ケーブルがＮ本並列敷設されている場合、０．３以上で０．８以下の係数αを用いて、αＶ０／（Ｎ−１）とすることができる。
【０００８】
ここで、測定した電圧降下量Ｖが、｜Ｖ−Ｖ０｜＞αＶ０／（Ｎ−１）の条件を満たすときに給電ケーブルに断線が生じたと判断できる理由について説明する。
Ｎ本の給電ケーブルが並列に敷設された給電線に電流Ｉを流すと、各給電ケーブルが健全な場合には各給電ケーブルにＩ／Ｎの電流が流れる（各給電ケーブルの電気抵抗Ｒは同一とする）。従って、任意に選択した１本の給電ケーブルの両端間の電圧降下量Ｖ０はＩＲ／Ｎとなる。
【０００９】
給電中にｘ本の給電ケーブルが断線した場合、残りのＮ−ｘ本の給電ケーブルで電流Ｉを流すことになり、各給電ケーブルには電流Ｉ／（Ｎ−ｘ）が流れる。このため、任意に選択した１本の給電ケーブルの両端間の電圧降下量Ｖは、断線していない各給電ケーブルの両端間の電圧降下量ＩＲ／（Ｎ−ｘ）と等価となり、各給電ケーブルが健全な場合の電圧降下量Ｖ０との間の電圧降下量の差Ｖ−Ｖ０は、ＩＲ｛１／（Ｎ−ｘ）−１／Ｎ｝＝ＩＲｘ／｛Ｎ（Ｎ−ｘ）｝となるので、電圧降下量の差Ｖ−Ｖ０と電圧降下量Ｖ０との比Ｄは、（１）式で示され、これを整理すると（２）式となる。
Ｄ＝（Ｖ−Ｖ０）／Ｖ０          ・・・（１）
Ｄ＝ｘ／（Ｎ−ｘ）            ・・・（２）
【００１０】
ここで、２本の給電ケーブルを並行に敷設している（Ｎ＝２）場合、１本の給電ケーブルが断線すると（２）式からＤは１となり、２本の給電ケーブルが同時に断線すると電流が流れないため電圧降下量Ｖは０となって（１）式からＤは−１と求まる。また、３本の給電ケーブルを並行に敷設している（Ｎ＝３）場合、１本の給電ケーブルが断線すると（２）式からＤは１／２、２本の給電ケーブルが同時に断線すると（２）式からＤは２となり、３本の給電ケーブルが同時に断線すると電流が流れないため電圧降下量Ｖは０となって（１）式からＤは−１と求まる。更に、４本の給電ケーブルを並行に敷設している（Ｎ＝４）場合、１本の給電ケーブルが断線すると（２）式からＤは１／３、２本の給電ケーブルが同時に断線すると（２）式からＤは１、３本の給電ケーブルが同時に断線すると（２）式からＤは３となり、４本の給電ケーブルが同時に断線すると電流が流れないため電圧降下量Ｖは０となって（１）式からＤは−１と求まる。
【００１１】
以上の結果から、Ｎ本の給電ケーブルを使用した給電線で、給電ケーブルの断線が生じた際のＤ値と給電ケーブル本数Ｎの関係を求めると図３のようになる。図３から、給電ケーブルに断線が生じた場合、断線する給電ケーブル本数が多くなるとＤ値も大きくなり、全ての給電ケーブルが断線した場合はＤ値は−１となることが判る。
このため、断線ケーブル本数がＮ未満の場合、１本の給電ケーブルに断線が生じたときのＤ値、すなわち１／（Ｎ−１）を判定値として、測定した電圧降下量Ｖから求まるＤ値がこの判定値以上であれば給電ケーブルに断線が生じていると判定できることが判る。ここで、電圧降下量Ｖの測定には誤差が一般に生じるので、例えば、０．３以上０．８以下の範囲の係数αを用いて、α／（Ｎ−１）を判定下限値、すなわち下限側閾値と設定して、
Ｄ＞α／（Ｎ−１）          ・・・（３）
の場合に断線が発生していると判断すれば給電ケーブルの断線を確実に判断することができる。
【００１２】
また、全ての給電ケーブルが断線した場合は、電圧降下量Ｖの測定が０となることからＤ＝−１で判定できるが、電圧降下量Ｖの測定誤差を考えると、Ｖ−Ｖ０は−Ｖ０を超える負値となる。従って、Ｄ値は、−１を超えて０未満の値になることが想定され、例えば、α／（Ｎ−１）を判定上限値、すなわち上限側閾値と設定して、
−Ｄ＜α／（Ｎ−１）          ・・・（４）
の場合に断線が発生していると判断すれば給電ケーブルの断線を確実に判断することができる。
以上のことから、（３）式、（４）式をまとめると、｜Ｄ｜＞α／（Ｎ−１）となり、これに（１）式を代入すると、｜Ｖ−Ｖ０｜＞αＶ０／（Ｎ−１）となる。
【００１３】
本発明に係る給電ケーブルの断線検出方法において、前記給電線に加える電流値を、直流５００アンペア以上とすることができる。
電流値を５００アンペア以上とすることで、給電ケーブル自身の電圧降下量を大きくでき、測定が容易となる。ここで、電流値は、好ましくは７００アンペア以上、より好ましくは１０００アンペア以上である。
【００１４】
本発明に係る給電ケーブルの断線検出方法において、前記各給電ケーブルは、固定配置される固定給電ケーブルと、該固定給電ケーブルに基側が接続し先側が移動する可動給電ケーブルとを有し、前記選択された給電ケーブルの電圧降下の測定は、前記固定給電ケーブルの両端部で行なうことが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１〜４記載の給電ケーブルの断線検出方法においては、給電線を構成する複数の給電ケーブルの中で断線が生じたことが検出できるので、設備停止やケーブル火災の発生を未然に防ぐことができる。また、断線の検出が、複数の給電ケーブルの中の１本の給電ケーブルについての電圧降下を測定することにより行なわれるので、省スペースとなる。このため、既設の給電線に容易に適用できる。
【００１６】
特に、請求項２記載の給電ケーブルの断線検出方法においては、閾値を給電ケーブルの本数に基づいて設定するので、対象とする給電線に対して給電ケーブルに断線が生じたことを正確に検出できる。
【００１７】
請求項３記載の給電ケーブルの断線検出方法においては、大型で高価な大電流用のシャント抵抗を各給電ケーブルに配置する必要がなくなり、簡素化、低コスト化できる。また、給電ケーブル自身の電圧降下量が大きくなり、電圧降下量を正確に測定することができる。
【００１８】
請求項４記載の給電ケーブルの断線検出方法においては、断線が生じる可能性の高い可動給電ケーブルの断線検出を固定給電ケーブル側の測定で行なうので、断線検出を容易に行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る給電ケーブルの断線検出方法が適用されるプラズマ加熱設備の給電線の説明図、図２は同プラズマ加熱設備に設けられた２本構成の場合の給電ケーブルにおける電圧降下を測定する際の説明図である。
【００２０】
図１、図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る給電ケーブルの断線検出方法が適用されるプラズマ加熱設備１０はタンディッシュ１１内の溶鋼を加熱するもので、プラズマ加熱設備１０の給電系統１２は、直流電源装置１３（例えば、直流５００アンペア以上の電流を加える）に電源ケーブル１４を介して接続された中継端子盤１５と、タンディッシュ１１の支持架台（図示せず）に固定された設置架台１６に設けられた昇降装置１７に取付けられたプラズマトーチ１８とを接続する給電線１９、および中継端子盤１５とタンディッシュ１１内の電極２０とを接続するアース線２１を有している。
【００２１】
ここで、電源ケーブル１４は、例えば、断面積が５００ｍｍ２の線材を１０本並行に敷設して構成され、各線材の一端側は直流電源装置１３の出力端子に接続され、他端側は中継端子盤１５の端子台２２に接続されている。また、アース線２１は、直流電源装置１３に接続されている。昇降装置１７は、設置架台１６から斜め上方に向かって突出して設けられた昇降ガイド部２３と、プラズマトーチ１８を取付けて昇降ガイド部２３に沿って移動する移動台２４とを有している。
【００２２】
給電線１９は、並行に敷設された、例えば、第１、第２の給電ケーブル２５、２６を有している（すなわち、Ｎ＝２）。そして、第１の給電ケーブル２５は、中継端子盤１５の端子台２２に電源側（基側）が接続される第１の固定給電ケーブル２７（固定部）と、第１の固定給電ケーブル２７のプラズマトーチ側（先側）に固定配置された第１の接続用フランジ対２８を介して電源側が接続しプラズマトーチ側がプラズマトーチ１８の端子台２９に接続する第１の可動給電ケーブル３０（可動部）とを有している。また、第２の給電ケーブル２６は、中継端子盤１５の端子台２２に電源側が接続される第２の固定給電ケーブル３１（固定部）と、第２の固定給電ケーブル３１のプラズマトーチ側に固定配置された第２の接続用フランジ対３２を介して電源側が接続しプラズマトーチ側がプラズマトーチ１８の端子台２９に接続する第２の可動給電ケーブル３３（可動部）とを有している。
【００２３】
ここで、第１、第２の固定給電ケーブル２７、３１、第１、第２の可動給電ケーブル３０、３３は、それぞれ断面積が２００ｍｍ２の線材を有し、線材は絶縁チューブ内に収められ絶縁チューブ内には冷却水が流れている。これによって、通電時の発熱を吸収し各ケーブル２７、３０、３１、３３の温度上昇を防止している。
【００２４】
続いて、本発明の一実施の形態に係る給電ケーブルの断線検出方法について説明する。
図１に示すように、昇降ガイド部２３に沿って移動台２４を昇降させてプラズマトーチ１８の位置を調整する際に、第１、第２の可動給電ケーブル３０、３３の先側に形成される屈曲部の形状も変化する。このため、第１、第２の可動給電ケーブル３０、３３は、断線が生じ易い状況になっている。そこで、例えば、第１の給電ケーブル２５（選択された給電ケーブル）の第１の固定給電ケーブル２７の両端に直流電圧計を接続し、第１の固定給電ケーブル２７の両端の電圧降下量Ｖを測定することで、第１、第２の可動給電ケーブル３０、３３に生じた断線を検出する。
【００２５】
ここで、第１、第２の給電ケーブル２５、２６（第１、第２の固定給電ケーブル２７、３１と第１、第２の可動給電ケーブル３０、３３）が健全なときにプラズマ加熱設備１０を稼動させて第１の固定給電ケーブル２７の両端間の電圧降下量Ｖ０を予め測定して、閾値αＶ０／（Ｎ−１）（Ｎ＝２）を設定して、｜Ｖ−Ｖ０｜＞αＶ０の関係が成立すると、すなわち、測定された電圧降下量Ｖが、（１＋α）Ｖ０を超える場合、または（１−α）Ｖ０未満の場合に、給電線１９の第１、第２の給電ケーブル２５、２６のいずれかに断線が生じたと判断する。なお、αは０．３〜０．８の値を有する係数である。α値を調整することで、断線検出の感度を調整することができる。
【００２６】
第１、第２の固定給電ケーブル２７、３１の長さをＬ、第１、第２の可動給電ケーブル３０、３３の長さをＭとし、第１、第２の固定給電ケーブル２７、３１と第１、第２の可動給電ケーブル３０、３３が同一材質の線材を用いているとすると、第１、第２の給電ケーブル２５、２６の電気抵抗は同一値Ｒになる。従って、給電線１９でＩアンペアの電流を流す場合、第１、第２の給電ケーブル２５、２６にはＩ／２の電流が流れ、第１の固定給電ケーブル２７の両端間の電気抵抗はＬＲ／（Ｌ＋Ｍ）なので、第１、第２の給電ケーブル２５、２６が健全な場合の電圧降下量Ｖ０はＬＲＩ／（２（Ｌ＋Ｍ））となる。
【００２７】
ここで、第１の給電ケーブル２５の第１の可動給電ケーブル３０に断線が生じた場合、第１の給電ケーブル２５に電流が流れないため、第１の固定給電ケーブル２７の両端間の電圧降下量Ｖは０となる。そして、第１の固定給電ケーブル２７の両端間の電圧降下量が０であることは、電圧降下量Ｖが（１−α）Ｖ０未満であることを示しており、断線の判定条件を満たしている。
【００２８】
また、第１の給電ケーブル２５の第１の固定給電ケーブル２７に断線が生じた場合、電流は第２の給電ケーブル２６のみを流れるため、第１の固定給電ケーブル２７の両端間の電圧降下量Ｖは第２の給電ケーブル２６の両端間の電圧降下量と等価となり、電圧降下量ＶはＲＩとなる。そこで、（１＋α）Ｖ０と電圧降下量Ｖと比の値を求めると（２／（１＋α））・（Ｌ＋Ｍ）／Ｌとなり、２／（１＋α）および（Ｌ＋Ｍ）／Ｌはいずれも１以上の値となるので、ＲＩ／｛（１＋α）Ｖ０｝＞１、すなわちＲＩ＞（１＋α）Ｖ０となり、断線の判定条件を満たしている。
【００２９】
第２の給電ケーブル２６の第２の可動給電ケーブル３３または固定給電ケーブル３１のいずれかに断線が生じた場合の第１の固定給電ケーブル２７の両端間の電圧降下量Ｖは、いずれもＬＲＩ／（Ｌ＋Ｍ）となる。従って、電圧降下量Ｖと閾値（１＋α）Ｖ０の比の値を求めると２／（１＋α）となり、１＋α＜２であるので、２／（１＋α）は１を超える値となり、ＬＲＩ／（Ｌ＋Ｍ）／｛（１＋α）Ｖ０｝＞１、すなわちＬＲＩ／（Ｌ＋Ｍ）＞（１＋α）Ｖ０となり、断線の判定条件を満たしている。
なお、同時に第１、第２の給電ケーブル２５、２６に断線が生じた場合は、プラズマ加熱装置１０が停止するため、断線が検知できる。
【実施例】
【００３０】
第１、第２の固定給電ケーブルの長さＬが１６ｍ、第１、第２の可動給電ケーブルの長さが１０．２ｍである第１、第２の給電ケーブルの断線検出を、第１の固定給電ケーブルの両端間の電圧降下量Ｖを測定することにより行なった。
第１、第２の給電ケーブルが健全なときに、給電線で１０００〜７０００アンペアの電流を流したときの第１の固定給電ケーブルによる電圧降下量Ｖ０の測定結果を表１に示す。また、第１、第２の固定給電ケーブル、第１、第２の可動給電ケーブルをそれぞれ模擬的に断線させた場合に測定される電圧降下量Ｖを表１に示す。
【００３１】
【表１】
2008202974.tif 000003
【００３２】
ここで、αを０．５として上限側閾値（１＋α）Ｖ０、下限側閾値（１−α）Ｖ０をそれぞれ求めると表１に示すようになる。表１から、第１、第２の固定給電ケーブル、第２の可動給電ケーブルに断線が生じた際の電圧降下量Ｖは、いずれも上限側閾値を超えている。従って、電圧降下量Ｖを測定し、この値が上限側閾値を超えているか否かで、第１、第２の固定給電ケーブル、第２の可動給電ケーブルに断線が生じているか否かを判断できる。一方、第１の可動給電ケーブルに断線が生じた場合は、電圧降下量Ｖは０となり、この電圧降下量は下限側閾値未満である。従って、電圧降下量Ｖを測定し、この値が下限側閾値未満であるか否かで、第１の可動給電ケーブルに断線が生じているか否かを判断できる。
【００３３】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
例えば、実施例では、αを０．５としたが、健全時の電圧降下量と給電ケーブルが１本断線した際の電圧降下量との差の絶対値が大きくなることが予想される場合は、α値を大きく、差の絶対値が小さくなることが予想される場合はα値を小さく設定するのがよい。これによって、精度の高い断線検出を行なうことができる。また、前記実施の形態では２本の給電ケーブルを用いたが、３本以上（Ｎ≧３）の給電ケーブルを用いて並列給電する際にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施の形態に係る給電ケーブルの断線検出方法が適用されるプラズマ加熱設備の給電線の説明図である。
【図２】同プラズマ加熱設備に設けられた給電ケーブルにおける電圧降下を測定する際の説明図である。
【図３】Ｎ本の給電ケーブルを使用した給電線で、給電ケーブルの断線が生じた際のＤ値と給電ケーブル本数Ｎの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３５】
１０：プラズマ加熱設備、１１：タンディッシュ、１２：給電系統、１３：直流電源装置、１４：電源ケーブル、１５：中継端子盤、１６：設置架台、１７：昇降装置、１８：プラズマトーチ、１９：給電線、２０：電極、２１：アース線、２２：端子台、２３：昇降ガイド部、２４：移動台、２５：第１の給電ケーブル、２６：第２の給電ケーブル、２７：第１の固定給電ケーブル、２８：第１の接続用フランジ対、２９：端子台、３０：第１の可動給電ケーブル、３１：第２の固定給電ケーブル、３２：第２の接続用フランジ対、３３：第２の可動給電ケーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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