JP2008292181A - 電線・ケーブルの断線検出方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電線・ケーブルの敷設環境等が変化して電線・ケーブルの高周波パルス伝播特性が変化した場合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】応答信号波形から複数の断線特徴量の値を抽出する断線特徴量抽出手段６と、あらかじめ上記複数の断線特徴量を変数とする関数として定義された断線指標に上記抽出した複数の断線特徴量の値を用いて上記断線指標の値を計算する断線指標計算手段７と、該断線指標の値から断線率を推定する断線率推定手段８とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、電線・ケーブルの断線検出方法及びその装置に関する。

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。

例えば、運転中の電線・ケーブルを対象にした方法として、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。

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。

図１１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るため、ほとんどの時間で差分はゼロとなり、差分波形２０１は僅かな時間だけ現れている。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。

特開２００６−２３１０５号公報 特開２００６−２２０４６０号公報

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、対象の電線・ケーブルの敷設環境等が変化して電線・ケーブルの高周波パルス伝播特性が変化した場合、その初期波形と時間経過後の変化波形とを単純に差分すると、敷設環境等の変化による誤った信号が出てしまい、電線・ケーブルに断線が生じていないにもかかわらず断線と判定してしまう恐れがある。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、電線・ケーブルの敷設環境等が変化して電線・ケーブルの高周波パルス伝播特性が変化した場合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。

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複数の断線特徴量の値を抽出し、あらかじめ上記複数の断線特徴量を変数とする関数である断線指標を定義しておき、上記抽出した複数の断線特徴量の値を用いて上記断線指標の値を計算し、該断線指標の値から断線率を推定するものである。

上記複数の断線特徴量は、上記高周波パルス信号が上記電線・ケーブルの断線発生領域を通過する前に生じた応答信号波形、および上記高周波パルス信号が上記電線・ケーブルの断線発生領域を通過した後に生じた応答信号波形、から抽出してもよい。

上記複数の断線特徴量は、上記電線・ケーブル始端側にあるケーブル接続部で生じた応答信号波形、および上記電線・ケーブル終端側にあるケーブル接続部で生じた応答信号波形、から抽出してもよい。

上記複数の断線特徴量は、上記電線・ケーブル始端側にあるケーブル接続部で生じた応答信号波形のピーク時間、ピーク値、該応答信号波形と所定の基準軸とに囲まれる面積、および、上記電線・ケーブル終端側にあるケーブル接続部で生じた応答信号波形のピーク時間、ピーク値、該応答信号波形と所定の基準軸とに囲まれる面積、の６個であってもよい。

上記断線指標は、上記複数の断線特徴量の一次結合の関数であってもよい。

上記断線指標は、あらかじめケーブル健全時とケーブル断線時に高周波パルス信号を注入して応答信号波形を収集し、該応答信号波形から抽出した複数の断線特徴量に基づき、該断線指標の値がケーブル健全時に所定値となり、ケーブル断線時に別の所定値となるよう各変数の係数を与えてもよい。

上記電線・ケーブルを長手方向に複数に分割し、これら分割された電線・ケーブルをインピーダンス不整合な接続点で接続しておき、上記応答信号波形中の上記接続点に対応する箇所から上記断線特徴量を抽出してもよい。

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信号注入手段と、上記電線・ケーブルに生じる応答信号を検出する応答信号検出手段と、該応答信号波形を記録する応答信号波形記録手段と、該応答信号波形から複数の断線特徴量の値を抽出する断線特徴量抽出手段と、あらかじめ上記複数の断線特徴量を変数とする関数として定義された断線指標に上記抽出した複数の断線特徴量の値を用いて上記断線指標の値を計算する断線指標計算手段と、該断線指標の値から断線率を推定する断線率推定手段とを備えたものである。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
（１）電線・ケーブルの敷設環境等が変化して電線・ケーブルの高周波パルス伝播特性が変化した場合でも断線が検出できる。

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。

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信号注入手段３と、上記電線・ケーブル２に生じる応答信号を検出する応答信号検出手段４と、該応答信号波形を記録する応答信号波形記録手段５と、該応答信号波形から複数の断線特徴量の値を抽出する断線特徴量抽出手段６と、あらかじめ上記複数の断線特徴量を変数とする関数として定義された断線指標に上記抽出した複数の断線特徴量の値を用いて上記断線指標の値を計算する断線指標計算手段７と、該断線指標の値から断線率を推定する断線率推定手段８とを備えたものである。

高周波パルス信号注入手段３は、高周波パルスを発生する高周波パルス発生器９と、高周波パルスを選択的に通過させるコンデンサ１０と、コンデンサ１０を通過した高周波パルスを電線・ケーブル２内の導体１１に注入する注入子１２とを備える。

応答信号検出手段４は、高周波ＣＴからなり、ここでは高周波パルス発生器９からコンデンサ１０までの間の信号線に設けられる。

応答信号波形記録手段５は、応答信号検出手段４が出力する応答信号波形を、例えば、デジタル信号時系列として記録する公知の高周波波形記録測定器である。

断線特徴量抽出手段６、断線指標計算手段７、断線率推定手段８は、応答信号波形から断線特徴量を抽出し、その断線特徴量を多変量解析して断線率を推定するためのものであり、デジタル信号時系列を演算処理するコンピュータ１３で構成される。

コンピュータ１３は、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（図示せず）を備える。

なお、コンピュータ１３は、図９に示す断線率と断線指標の関係を表した検量線マップを格納した検量線マップ記憶部（図示せず）を備え、断線指標計算手段７から提供された断線特徴量を該検量線マップに適用することにより、断線率を推定するようにしてもよい。

電線・ケーブル２は、例えば、商用周波数電源１４と機器１５とを繋いで、商用周波数で電力を供給するものである。電線・ケーブル２に断線検出装置１を適用するとき、高周波パルス信号が商用周波数電源１４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１６が取り付けられる。機器１５のノイズカツト機能が弱い場合は、電線・ケーブル２の機器１５側にも高周波阻止用インダクタ１７を取り付けるとよい。

また、本実施の形態では、検出対象の電線・ケーブル２は移動ケーブル２ｂであり、この移動ケーブル２ｂの商用周波数電源１４側に接続点２１を介して固定ケーブル２ａを接続する。高周波パルス信号注入手段３は、この固定ケーブル２ａを介して検出対象の電線・ケーブル２である移動ケーブル２ｂに高周波パルスを注入するようにしてある。

次に、断線検出装置１の動作を説明する。

検出対象の電線・ケーブル２においては、移動を行う機器１５が電線・ケーブル２により商用周波数電源１４からの電源供給を受けている。機器１５が移動して電線・ケーブル２が頻繁に屈曲される。このような長期間連続して同じ動作を繰り返す機器１５の動きによって電線・ケーブル２が屈曲を受けると導体１１に断線（素線の断線、部分断線）が発生する。

本発明の断線検出装置１は、このような断線を検出するため、高周波パルス信号注入手段３の高周波パルス信号発生器９で発生された高周波パルス信号をコンデンサ１０、注入子１２を介して電線・ケーブル２の導体１１に高周波パルス信号を注入する。

高周波パルス信号は、応答信号検出手段４を通過し、固定ケーブル２ａ、接続点２１を経て、電線・ケーブル２（移動ケーブル２ｂ）の導体１１を伝搬する。このとき、高周波パルス信号は、接続点２１、電線・ケーブル２の遠端にある機器１５の接続部又は高周波阻止用インダクタ１７、断線箇所などインピーダンスが変化している部分でそれぞれ反射し、電線・ケーブル２の導体１１を逆に伝搬して応答信号検出手段４を通過する。

注入される高周波パルス信号とその応答信号は、応答信号検出手段４によって検出され、応答信号波形として応答信号波形記録手段５に記録される。コンピュータ１３は、応答信号波形から抽出した断線特徴量を多変量解析して断線率を推定する。

ここで、断線率とは、電線・ケーブル２の撚り線導体１１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であり、例えば、ケーブル健全時には０％、完全断線時には１００％とする。断線特徴量とは、応答信号波形の特徴を表す種々の量であり、具体例は後述する。断線指標とは、断線特徴量を変数とし、各変数に係数がかけられた関数であり、具体例は後述する。本発明では、断線指標から断線率を推定する。

以下、断線率を推定する方法を断線検出の原理から順を追って説明する。

図２に示すように、検出対象の電線・ケーブル２である移動ケーブル２ｂが固定ケーブル２ａと接続点２１で接続して構成されたモデルを考える。移動ケーブル２ｂ中に部分断線点２２が生じるものとする。説明を簡易にするため、固定ケーブル２ａの長さは１０ｍ、移動ケーブル２ｂの長さは１０ｍ、部分断線点２２は移動ケーブル２ｂの中間点（端から５ｍの点）とする。図示のように、高周波パルス信号の注入箇所（図１の注入子１２が接続される箇所）は、固定ケーブル２ａにある。

接続部２１が設けられた箇所を電線・ケーブル２の始端側にあるケーブル接続部２４と呼び、機器１５の接続部又は高周波阻止用インダクタ１７が設けられた箇所を電線・ケーブル２の終端側にあるケーブル接続部２５と呼ぶ。

図３に示すように、健全なときの応答信号波形（破線）３１と、電線・ケーブル２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少し縦軸方向にずらして描いてある。図２では電線・ケーブル２の終端側にあるケーブル接続部２５は移動ケーブル２ｂに機器１５が高周波阻止用インダクタ１７を介して接続されている形態であるが、ここでは、移動ケーブル２ｂの遠端２３は開放端である（他の導体に短絡していない）とした。これは、高周波阻止用インダクタ１７におけるインピーダンスが大きく高周波に対しては開放とみなせるからである。パルス伝播速度を２×１０⁸ｍ／ｓとした。

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が高周波パルス信号の入射に相当する（つまり、高周波パルス信号が応答信号検出手段４の設置箇所を通過した時点を０ｎｓとする）。時間軸１００ｎｓに位置する上下変動するピーク３４が固定ケーブル２ａと移動ケーブル２ｂとの接続点２１におけるインピーダンス不整合による反射に相当し、時間軸１５０ｎｓの断線時応答信号波形３２のみに位置する小さなビーク３５が部分断線点２２からの反射に相当し、時間軸２００ｎｓに位置するピーク３６がケーブル遠端２３からの反射に相当する。

つまり、ピーク３４は、電線・ケーブル２の始端側にあるケーブル接続部２４からの反射に相当し、ピーク３６は電線・ケーブル２の終端側にあるケーブル接続部２５からの反射に相当する。

部分断線点２２からの反射に相当するピーク３５は微小であるが、表示の見やすさのため実際よりも大きく図示してある。また、部分断線点２２からの反射（ピーク３５）が増加すると、それに伴いケーブル遠端２３からの反射に相当するピーク３６の絶対値は減少する（ピーク値がゼロに近づく）が、この減少分も実際よりも大きく図示してある。

図示のように、健全時応答信号波形３１に対し断線時応答信号波形３２は、ケーブル遠端２３からの反射に相当するピーク３６の絶対値が減少する。その理由は、高周波パルス信号注入手段３から注入された高周波パルス信号のパワーの一部が部分断線点２２からの反射に配分されて、ケーブル遠端２３から反射してくるパワーが減少するためである。

ここで、対象の電線・ケーブル２の敷設環境等が変化して電線・ケーブル２の高周波パルス伝播特性が変化した場合を考える。敷設環境等の変化とは、例えば、当該電線・ケーブル２の敷設ルートの変更、金属保護カバーの増設や撤去、周囲の他の電線・ケーブルの増設や撤去、などが考えられる。

図４に、敷設環境＃１での健全時応答信号波形（波形３７）を実線で、敷設環境＃２での健全時応答信号波形（波形３８）を破線で示す（時間軸５０ｎｓ以降を表示）。敷設環境＃１での波形３７が初期波形であり、敷設環境＃２での波形３８が時間経過後波形である。

ケーブル敷設環境の変化によりパルスの伝播環境が変化し、敷設環境＃２では敷設環境＃１に比べてパルス伝播速度が低下して時間遅延が増加しているため、波形３８は波形３７よりピーク３４，３６の出現時間が遅れている。また、誘電率の周波数特性が変化するため、波形３８は波形３７に比べて移動ケーブル２ｂを伝播した後の反射（ピーク３６）におけるパルス幅（ピーク波形の幅）が広がっている。また、波形３８は波形３７に比べてピーク３６におけるピーク値の絶対値が小さくなっている。

従来技術のように、初期波形から時間経過後波形への変化を単に波形３７と波形３８の差分で求めると図５の差分波形が得られる。この場合、敷設環境＃２において電線・ケーブル２が健全であるにもかかわらず、敷設環境＃１での健全時応答信号波形との差分波形（図５）に偽の差分信号３９ａ，３９ｂが現れてしまい、電線・ケーブル２に断線が生じていないにもかかわらず断線と判定してしまうおそれがある。

図２のモデルでは、部分断線点２２は移動ケーブル２ｂの中間点（端から５ｍの点）としたが、一般には移動ケーブル２ｂのどの地点が断線するかは、前もって分からない。このため、部分断線点２２からの反射に相当するピーク３５が出現する時間軸値も分からず、ケーブル長に相当する時間範囲全体を監視しなくてはならない。

ここで、部分断線が移動ケーブル２ｂのどの地点で発生したとしてもケーブル遠端２３からの反射に相当するピーク３６のパワーは減少するという特性がある。この特性を利用し、ケーブル遠端２３からの反射に相当するピーク３６を監視して、移動ケーブル２ｂのどこかで発生した部分断線を検出することができるとよい。しかし、ケーブル遠端２３からの反射に相当するピーク３６は、部分断線の影響を受けると共に、対象の電線・ケーブル２の敷設環境等によっても変化する。

一方、接続点２１におけるインピーダンス不整合による反射に相当するピーク３４は、移動ケーブル２ｂのどの地点からの反射よりも時間的に前に検出されるため、電線・ケーブル２の敷設環境等の影響は受けるが、部分断線の影響は受けないという特性がある。

本発明者らは、これらの特性を組み合わせて、電線・ケーブル２の敷設環境等の影響を相殺し、部分断線点２２に起因する情報のみを取り出すことができないかと考えた。

図６に、断線特徴量抽出手段６が応答信号波形から複数の断線特徴量の値を抽出する例を示す。

断線特徴量４１は、接続点２１におけるインピーダンス不整合による反射に相当するピーク３４のピーク時間ｔ１である。断線特徴量４２は、ピーク３４のピーク値ｙ１である。断線特徴量４３は、ピーク時間ｔ１以前であって、応答信号波形と基準値(本例では、横軸(電流値＝０))に囲まれる領域の面積（ピーク前半領域面積）Ｓ１である。

また、断線特徴量４４は、ケーブル遠端２３におけるインピーダンス不整合による反射に相当するピーク３６のピーク時間ｔ２である。断線特徴量４５は、ピーク３６のピーク値ｙ２である。断線特徴量４６は、ピーク時間ｔ２以前であって、応答信号波形と基準値（本例では、横軸（電流値＝０））に囲まれる領域の面積（ピーク前半領域面積）Ｓ２である。

ピーク時間は、前述したパルス伝播速度低下によるピークの遅れに関係する。ピーク値は、前述した反射のパワーに関係する。ピーク前半領域面積は、前述した誘電率の周波数特性変化によるパルス幅変化に関係する。そして、ピーク３４は、敷設環境等の影響を受けるが、部分断線の影響を受けず、ピーク３６は、敷設環境等の影響を受け、部分断線の影響も受ける。よって、上記６個の断線特徴量４１〜４６は、敷設環境等の影響を相殺し、部分断線に起因する情報のみを取り出すのに有効である。

次に、断線指標計算手段７が上記６個の断線特徴量から断線率を示す断線指標ＤＩを求めることを考える。断線指標ＤＩは、例えば、ケーブル健全時には値が０となり、完全断線時には値が１となるような指標である。断線指標ＤＩは、断線特徴量を変数とした関数、
ＤＩ＝ｆ（ｔ１，ｙ１，Ｓ１，ｔ２，ｙ２，Ｓ２）
で表現できる。本例では、この断線指標ＤＩを変数の一次結合で近似し、
ＤＩ＝Ｃ（ｔ１）×ｔ１＋Ｃ（ｙ１）×ｙ１＋
Ｃ（Ｓ１）×Ｓ１＋Ｃ（ｔ２）×ｔ２＋
Ｃ（ｙ２）×ｙ２＋Ｃ（Ｓ２）×Ｓ２
＝ＶｅｃｔｏｒＸ・ＶｅｃｔｏｒＣ
とする。Ｃは各変数の係数である。ＶｅｃｔｏｒＸは６個の断線特徴量を成分とする断線特徴量ベクトル、ＶｅｃｔｏｒＣは６個の係数を成分とする係数ベクトルであり、
ＶｅｃｔｏｒＸ＝［ｔ１，ｙ１，Ｓ１，ｔ２，ｙ２，Ｓ２］
ＶｅｃｔｏｒＣ＝［Ｃ（ｔ１），Ｃ（ｙ１），Ｃ（Ｓ１），
Ｃ（ｔ２），Ｃ（ｙ２），Ｃ（Ｓ２）］
である。

次に係数Ｃの決定方法について述べる。

まず、ケーブル健全時の応答信号波形とケーブル完全断線時の応答信号波形を実測して、学習用の応答信号波形を収集する。

ケーブル健全時の学習用の応答信号波形の集合(Ｎ個とする)から抽出した各断線特徴量を成分とする断線特徴量ベクトルを、
ＶｅｃｔｏｒＸ（ｎ） （ｎ＝１〜Ｎ）
とし、これに対する断線指標ＤＩの値を０とすると、
ＤＩ（ｎ）＝ＶｅｃｔｏｒＸ（ｎ）・ＶｅｃｔｏｒＣ
＝０
となる。

また、ケーブル完全断線時の学習用の応答信号波形の集合(Ｍ個とする)から抽出した断線特徴量を成分とする断線特徴量ベクトルを
ＶｅｃｔｏｒＸ（ｍ） （ｍ＝１〜Ｍ）
とし、これに対する断線指標ＤＩの値を１とすると、
ＤＩ（ｍ）＝ＶｅｃｔｏｒＸ（ｍ）・ＶｅｃｔｏｒＣ
＝１
となる。

これらの式を連立一次方程式として行列形式で表記すると、

のように表せる。数１中、ｔ１（ｎ），ｙ１（ｎ），Ｓ１（ｎ），ｔ２（ｎ），ｙ２（ｎ），Ｓ２（ｎ）は、ケーブル健全時の集合から抽出した各断線特徴量、ｔ１ｄ（ｎ），ｙ１ｄ（ｎ），Ｓ１ｄ（ｎ），ｔ２ｄ（ｎ），ｙ２ｄ（ｎ），Ｓ２ｄ（ｎ）は、ケーブル完全断線時の集合から抽出した各断線特徴量である。

行数が列数以上となるようにし、ピポットを使ったＱＲ分解などにより最小二乗解となるような係数Ｃを求める。

このようにして断線指標ＤＩの係数Ｃが決まると、その後、断線率推定手段８は、応答信号波形から抽出した複数の断線特徴量の値を用いて断線指標ＤＩの値を計算し、その値から断線率を推定することができる。

以下、実際の数値を適用した計算結果例について述べる。

固定ケーブル２ａとしてキャブタイヤケーブル９ｍ（導体太さ規格２２ｓｑ、３心）、移動ケーブル２ｂとしてロボット用耐屈曲ケーブル９．５ｍ（導体太さ規格２２ｓｑ、３心）、部分断線点２２は移動ケーブル２ｂの機器１５側の端から３．５ｍ手前の点とした。電線・ケーブル２の機器１５側の高周波阻止用インダクタ１７は使用せずに短絡とし、機器１５において電線・ケーブル２の機器１５側の端を短絡とした。

ケーブル健全時の応答信号波形の集合はＮ＝３８個とし、ケーブル完全断線時の応答信号波形の集合はＭ＝２３個とした。この条件でケーブル健全時の応答信号波形とケーブル完全断線時の応答信号波形を実測して学習用の応答信号波形を収集した。すなわち、上記移動ケーブル２ｂとして健全なものと完全断線したものを３８本と２３本用意し、これらを順次交換して、高周波パルス信号を注入し、応答信号を検出して波形を記録した。

これらの記録波形から断線特徴量を抽出し、前述の連立一次方程式を解いて係数Ｃを求めた断線指標ＤＩの例を示す。

ＤＩ＝−０．１３×ｔ１−６４５×ｙ１−５８×Ｓ１
＋０．４６×ｔ２−０．８０×ｙ２−２３×Ｓ２
なお、ピーク時間ｔ１，ｔ２の単位はｎｓ、ピーク値ｙ１，ｙ２の単位はＡ、ピーク前半領域面積Ｓ１，Ｓ２の単位はＡ・ｎｓである。

この断線指標ＤＩをその後の実測した応答信号波形に適用して断線指標の値を計算した結果を図７に示す。図７の横軸は左右屈曲によるケーブル断線試験における屈曲回数、縦軸は断線指標である。図７から、屈曲回数が増加するに従って、断線指標も増加することが分かる。

また、このケーブル屈曲試験中に別途実施した非破壊検査による断線率の推定結果を図８に示す。図８から、屈曲回数が増加するに従って、ケーブルの部分断線が進行することが分かる。

これらの関係から断線率に対する断線指標を求めてプロットしたものを図９に示す。図９から、断線指標が断線率にほぼリニアに対応していることが分かる。これより、断線指標から断線率を推定することが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、あらかじめケーブル健全時の応答信号波形の集合とケーブル断線時の応答信号波形の集合から抽出した各々６個の断線特徴量の集合から、例えば、その一次結合である、
ＤＩ＝Ｃ（ｔ１）×ｔ１＋Ｃ（ｙ１）×ｙ１＋
Ｃ（Ｓ１）×Ｓ１＋Ｃ（ｔ２）×ｔ２＋
Ｃ（ｙ２）×ｙ２＋Ｃ（Ｓ２）×Ｓ２
の係数Ｃを求め、断線率（ケーブル健全時＝０％、ケーブル完全断線時＝１００％）を示す断線指標ＤＩ（ケーブル健全時＝０、ケーブル完全断線時＝１）を求めておくことにより、その後、応答信号波形から抽出した断線特徴量を断線指標ＤＩに代入し、断線指標ＤＩの値から断線率を推定することが可能となる。

ここで、前述したＮ＝３８個のケーブル健全時の応答信号波形とＭ＝２３個のケーブル完全断線時の応答信号波形を実測して学習用の応答信号波形を収集する際に、電線・ケーブル２の敷設環境をさまざまに想定して与える。これにより、学習用の応答信号波形は、想定したさまざまな敷設環境において実測した応答信号波形の集合となる。

このとき、［数１］の式にＮ＝３８個のケーブル健全時の応答信号波形から抽出した６個の断線特徴量を代入して各々ＤＩ＝０となるように係数Ｃを与えるため、想定した全ての敷設環境に対してＤＩ＝ほぼ０となる。つまり、敷設環境によらずケーブル健全時には断線率がほぼ０と計算されるので、誤検出（ケーブルが健全であるのに部分断線があると判定すること）が少ない。

同様に、Ｍ＝２３個のケーブル完全断線時の応答信号波形から抽出した６個の断線特徴量を代入して各々ＤＩ＝１となるように係数Ｃを与えるため、想定した全ての敷設環境に対してＤＩ＝ほぼ１となる。つまり、敷設環境によらずケーブル完全断線時には断線率がほぼ１と計算されるので、検出漏れ（ケーブルに部分断線が生じているのに健全であると判定すること）が少ない。

なお、図９の例では、断線率と断線指標の関係がほぼリニアに対応していたが、左上に凸あるいは右下に凸などの曲線的な対応となる場合も有り得る。このような場合でも、検量線マップ記憶部に検量線マップを格納しておき、断線指標計算手段７が計算した断線指標を該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。

学習用の応答信号波形は、ケーブル健全時とケーブル完全断線時に限らない。断線率は、０から１００％までの中間的な値であっても、既知であれば、前記連立方程式（行列式）に代入して断線指標ＤＩの係数Ｃを与えることに使用できる。

上記実施形態にかかわらず、断線指標を求める連立一次方程式においては、行数が列数以上となるような、ケーブル健全時の応答信号波形の集合（Ｎ個）、ケーブル断線時の応答信号波形の集合（Ｍ個）とすれば、Ｎ、Ｍは任意に設定してよい。

また、面積はピーク時間以前の部分（ピーク前半領域面積Ｓ１，Ｓ２）だけではなく、ピーク時間以前と以降の両方を含めた全体とするなど、断線特徴量は波形から抽出できる特徴量をいろいろ派生的に定義してよい。

また、ピーク前半領域面積Ｓ１，Ｓ２の計算方法において、ピーク時間以前で応答信号波形と横軸（電流値＝０）に囲まれる面積、と定義したが、応答信号波形が横軸に漸近して面積の境界を定義しづらいことがある。その場合は、図１０のように、ピーク時間以前で応答信号波形と近似的な横軸としてのスライス線（図示例は、電流値＝ピーク値×１／１０）に囲まれる面積Ｓを断線特徴量と定義してもよい。

本発明の一実施形態を示す断線検出装置の構成図である。 電線・ケーブルのモデルの図である。 電線・ケーブル健全時と断線時の応答信号波形の時間波形図である。 ２つの敷設環境における健全時応答信号波形の時間波形図である。 図４の初期波形と時間経過後波形との差分波形の時間波形図である。 本発明の一実施形態による断線特徴量を定義するための応答信号波形の時間波形図である。 屈曲回数と断線指標の関係図である。 屈曲回数と断線率の関係図である。 断線率と断線指標の関係図である。 本発明の他の実施形態による断線特徴量を定義するための応答信号波形の時間波形図である。 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

１ 断線検出装置
２ 電線・ケーブル
３ 高周波パルス信号注入手段
４ 応答信号検出手段
５ 応答信号波形記録手段
６ 断線特徴量抽出手段
７ 断線指標計算手段
８ 断線率推定手段
９ 高周波パルス信号発生器
１０ コンデンサ
１１ 導体
１２ 注入子
１３ コンピュータ
１４ 商用周波数電源
１５ 機器

Claims (9)

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複数の断線特徴量の値を抽出し、
   あらかじめ上記複数の断線特徴量を変数とする関数である断線指標を定義しておき、
   上記抽出した複数の断線特徴量の値を用いて上記断線指標の値を計算し、該断線指標の値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。
2. 上記複数の断線特徴量は、
   上記高周波パルス信号が上記電線・ケーブルの断線発生領域を通過する前に生じた応答信号波形、
   および上記高周波パルス信号が上記電線・ケーブルの断線発生領域を通過した後に生じた応答信号波形、
   から抽出する請求項１の電線・ケーブルの断線検出方法。
3. 上記複数の断線特徴量は、
   上記電線・ケーブル始端側にあるケーブル接続部で生じた応答信号波形、
   および上記電線・ケーブル終端側にあるケーブル接続部で生じた応答信号波形、
   から抽出する請求項１の電線・ケーブルの断線検出方法。
4. 上記複数の断線特徴量は、
   上記電線・ケーブル始端側にあるケーブル接続部で生じた応答信号波形のピーク時間、ピーク値、該応答信号波形と所定の基準軸とに囲まれる面積、
   および、上記電線・ケーブル終端側にあるケーブル接続部で生じた応答信号波形のピーク時間、ピーク値、該応答信号波形と所定の基準軸とに囲まれる面積、
   の６個であ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。
5. 上記断線指標は、上記複数の断線特徴量の一次結合の関数である請求項１の電線・ケーブルの断線検出法方法。
6. 上記断線指標は、あらかじめケーブル健全時とケーブル断線時に高周波パルス信号を注入して応答信号波形を収集し、
   該応答信号波形から抽出した複数の断線特徴量に基づき、該断線指標の値がケーブル健全時に所定値となり、ケーブル断線時に別の所定値となるよう各変数の係数を与える請求項１の電線・ケーブルの断線検出方法。
7. あらかじめ電線・ケーブルの断線試験により上記断線指標と屈曲回数の関係および断線率と屈曲回数の関係を求め、
   これらから上記断線指標と上記断線率の関係を求めて記憶しておき、
   この関係に上記計算した断線指標の値を当てはめて断線率を推定する請求項１の電線・ケーブルの断線検出方法。
8. 上記電線・ケーブルを長手方向に複数に分割し、
   これら分割された電線・ケーブルをインピーダンス不整合な接続点で接続しておき、
   上記応答信号波形中の上記接続点に対応する箇所から上記断線特徴量を抽出する請求項１の電線・ケーブルの断線検出方法。
9. 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信号注入手段と、
   上記電線・ケーブルに生じる応答信号を検出する応答信号検出手段と、
   該応答信号波形を記録する応答信号波形記録手段と、
   該応答信号波形から複数の断線特徴量の値を抽出する断線特徴量抽出手段と、
   あらかじめ上記複数の断線特徴量を変数とする関数として定義された断線指標に上記抽出した複数の断線特徴量の値を用いて上記断線指標の値を計算する断線指標計算手段と、 該断線指標の値から断線率を推定する断線率推定手段とを備えたことを特徴とする電線・ケーブルの断線検出装置。

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