JP2015139274A - ケーブル健全性評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱電対回路のケーブルの健全性をより詳細に評価できるケーブル健全性評価方法を提供することである。
【解決手段】
熱電対１１を形成する異なる二種の金属から引き出され、熱電対１１で検出した検出信号を測定装置１３に伝送する二種の金属と同じ金属で形成されたケーブル１２ａ、１２ｂに測定装置１３側から電圧又は電流を印加し、測定装置１３側から見たインピーダンスを測定し、測定したインピーダンスの特性が予め定めた基準値の範囲内にあるか否かを判定し、ケーブル１２ａ、１２ｂの絶縁体の劣化の有無に起因するケーブル１２ａ、１２ｂの健全性を評価する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、熱電対で検出された検出信号をケーブルを介して測定装置に伝送する熱電対回路のケーブルの健全性を評価するケーブル健全性評価方法に関する。

熱電対は異なる二種の金属で形成され、異種金属の接点間の温度差によって熱起電力が生じるゼーベック効果を利用した温度センサである。熱電対は劣悪な環境下であっても安定して温度を測定できることが要求される。

そこで、熱電対が劣化したかどうかや、劣化した程度を判断するために、診断電流を流して熱電対の抵抗値を検知するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。また、熱電対の設置状態が異常になったことを検出できるようにしたものもある（例えば、特許文献２参照）。

特表２００３−５１０７３１号公報 特開２００８−２５４０１７号公報

しかし、熱電対の抵抗値に有意な変化がない場合であっても、熱電対で検出した温度挙動が大きく変動する場合があり、また、温度挙動が大きく変動した場合であっても、正常な状態に戻ることもある。このように、熱電対回路の異常状態は抵抗値の変化や温度挙動だけでは捉えられない。従って、熱電対の抵抗値の変化や温度挙動だけで、熱電対回路の故障と判断する目安を定めることは難しい。

熱電対の抵抗値の変化や温度挙動の変動は、熱電対自体の異常ではなく熱電対回路のケーブルの影響であるとも考えられる。例えば、熱電対回路のケーブルが設置されている環境が湿潤状態や乾燥状態を繰り返す環境下である場合にケーブルの特性が変化して起こり得るとも考えられる。特に、熱電対が取り替えの難しい箇所に設置されており、熱電対回路のケーブルが長い場合には、熱電対で検出した温度挙動はケーブルの影響を受け易いと考えられる。そこで、熱電対回路のケーブルの健全性を適正に評価できることが望まれている。

本発明の目的は、熱電対回路のケーブルの健全性をより詳細に評価できるケーブル健全性評価方法を提供することである。

本発明のケーブル健全性評価方法は、熱電対を形成する異なる二種の金属から引き出され、前記熱電対で検出した検出信号を測定装置に伝送する前記二種の金属と同じ金属で形成されたケーブルの健全性を評価するケーブル健全性評価方法において、前記測定装置側から前記ケーブルに電圧又は電流を印加し、前記測定装置側から見たインピーダンスを測定し、前記測定したインピーダンスの特性が予め定めた基準値の範囲内にあるか否かを判定し、前記ケーブルの絶縁体の劣化の有無に起因する前記ケーブルの健全性を評価することを特徴とする。

本発明によれば、熱電対回路が置かれている環境下で変化する可能性のあるケーブルのインピーダンスを測定し、インピーダンスの特性が予め定めた基準値の範囲内にあるか否かを判定するので、熱電対回路のケーブルの健全性をより詳細に評価できる。

本発明の実施形態に係るケーブル健全性評価方法の一例を示すフローチャート。 本発明の実施形態に係るケーブル健全性評価方法が適用される熱電対回路の一例の回路構成図。 本発明の実施形態における熱電対回路のケーブルの断線傾向（線抵抗の増加）についてのインピーダンス特性の一例の説明図。 本発明の実施形態における熱電対回路のケーブル間に発生したガルバニ電池の影響についての説明図。 本発明の実施形態における熱電対回路のインピーダンス特性を周波数を変数として表した特性図。 本発明の実施形態において熱電対回路のインピーダンス特性を周波数を変数として表した場合のインピーダンス特性により熱電対回路のケーブルが正常であるか否かを判定する一例の説明図。 本発明の実施形態における熱電対回路のインピーダンス特性を周波数を変数として表した場合のケーブルの絶縁劣化の位置を判定する一例の説明図。 本発明の実施形態におけるケーブルの絶縁劣化の位置を判定する他の一例の説明図。 図３（ａ）に示した回路構成図の熱電対回路のケーブルの断線傾向（線抵抗の増加）をナイキスト線図を用いて表した場合のインピーダンス特性の特性図。 図３（ａ）に示した回路構成図のガルバニ電池が発生した場合のインピーダンス特性をナイキスト線図を用いて表した場合の特性図。 本発明の実施形態における熱電対回路のケーブルの劣化として、断線傾向（線抵抗の増加）、短絡傾向（線間抵抗の減少）、ケーブル間のガルバニ電池が発生した場合の影響についての説明図。 本発明の実施形態における熱電対回路のケーブルのインピーダンス特性をナイキスト線図を用いて表した場合のインピーダンス特性に基づいてケーブルの絶縁劣化の程度を判定する一例の説明図。 本発明の実施形態における熱電対回路のケーブルのインピーダンス特性をナイキスト線図を用いて表した場合のインピーダンス特性に基づいてケーブルの絶縁劣化の位置を判定する一例の説明図。

以下、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の実施形態に係るケーブル健全性評価方法の一例を示すフローチャート、図２は本発明の実施形態に係るケーブル健全性評価方法が適用される熱電対回路の一例の回路構成図である。

図２において、本発明の実施形態の熱電対回路は、原子力発電所の原子炉格納容器ＰＣＶ（Primary Containment Vessel）に熱電対１１が設置され、熱電対１１で検出された検出信号（温度）はケーブル１２ａ、１２ｂにより測定装置１３に伝送される。ケーブル１２ａ、１２ｂは、中継端子台１４を介して原子炉格納容器ＰＣＶの貫通部の内側に設置されたペネ内側端子台１５に接続され、原子炉格納容器ＰＣＶの貫通部（ＰＣＶペネ）１６を通り原子炉格納容器ＰＣＶの外側の原子炉建屋Ｒ／Ｂ（Reactor Building）のペネ外側端子台１７に接続され、さらに、中央操作室の測定装置１３に接続される。

熱電対１１は原子炉格納容器ＰＣＶの内部温度を検出するものであり、例えば、異なる二種の金属が銅とコンスタンタンであるＴ型熱電対を採用している。ケーブル１２ａ、１２ｂは熱電対１１の二種の金属と同じ金属で形成されており、例えばケーブル１２ａが銅であり、ケーブル１２ｂがコンスタンタンである。

このように、本発明の実施形態の熱電対回路は、原子炉格納容器ＰＣＶ、つまり取り替えの難しい箇所に設置され、しかも、熱電対回路のケーブル１２ａ、１２ｂが長い。また、ケーブル１２ａ、１２ｂは異種の金属（銅、コンスタンタン）であり、湿潤環境下に設置されることから、ケーブル１２ａ、１２ｂの電気的特性が湿潤環境下の影響を受けて変化する可能性がある。

そこで、本発明の実施形態では熱電対回路のインピーダンスを測定し、測定したインピーダンスの特性が予め定めた基準値の範囲内にあるか否かを判定し、ケーブルの絶縁体の劣化の有無に起因するケーブルの健全性を評価するようにした。

図１において、本発明の実施形態に係るケーブル健全性評価方法では、まず、熱電対回路のケーブル１２ａ、１２ｂに電圧又は電流を印加する（Ｓ１）。すなわち、測定装置１３側から試験用の電圧又は試験用の電流を熱電対回路のケーブル１２ａ、１２ｂに印加する。そして、電圧を印加したときはケーブル１２ａ、１２ｂに流れる電流を測定し、電流を印加したときはケーブル１２ａ、１２ｂ間の電圧を測定する。

次に、熱電対回路のインピーダンスを測定する（Ｓ２）。熱電対回路のインピーダンスＺは、試験用の電圧Ｖｒを印加したときは計測されたケーブル１２ａ、１２ｂに流れる電流Ｉを用いて、Ｚ＝Ｖｒ／Ｉとして求める。一方、試験用の電流Ｉｒを印加したときは計測されたケーブル１２ａ、１２ｂ間の電圧Ｖを用いて、Ｚ＝Ｖ／Ｉｒとして求める。

そして、インピーダンス特性が基準値の範囲内にあるかどうかを判定する（Ｓ３）。ステップＳ２で求めたインピーダンスは、周波数（角周波数ω）の関数で示されるので、周波数を変化させたときのインピーダンス特性が予め定めた基準値の範囲内にあるかどうかを判定する。予め定めた基準値の範囲については後述する。

ステップＳ３の判定で、インピーダンス特性が予め定めた基準値の範囲内にあるときは、ケーブルは正常であると評価する（Ｓ４）。一方、インピーダンス特性が予め定めた基準値の範囲内にないときは、ケーブルは劣化していると評価する（Ｓ４）。ケーブルが劣化していると評価したときは、その熱電対回路の熱電対から検出される検出信号（温度）は監視制御に使用しないとか、熱電対回路の取り替えを検討することになる。

次に、インピーダンス特性の予め定めた基準値の範囲について説明する。熱電対回路のケーブル１２ａ、１２ｂの劣化として、ケーブル１２ａ、１２ｂの断線傾向（線抵抗の増加）、異種金属であるケーブル１２ａ、１２ｂ間に発生したガルバニ電池の影響が考えられる。

まず、熱電対回路のケーブルの断線傾向（線抵抗の増加）について検討する。図３は、熱電対回路のケーブルの断線傾向（線抵抗の増加）についてインピーダンス特性の一例の説明図であり、図３（ａ）は熱電対回路のケーブル１２ａの一部が断線傾向となった場合を示す回路構成図、図３（ｂ）は断線傾向のインピーダンス特性の特性図である。図３（ｂ）ではインピーダンス特性を周波数を変数とした場合を示している。

例えば、図３（ａ）に示すように、ケーブル１２ａ、１２ｂの長さが３００ｍであり、測定装置１３側から２９５ｍで熱電対側から５ｍの位置の抵抗をＲａとし、抵抗Ｒａの値を変化させて、測定装置側から見たインピーダンスＺを測定し、ケーブル１２ａが断線傾向にある場合のインピーダンスＺの特性を検討する。抵抗Ｒａが０のときは断線傾向は無しであり、抵抗Ｒａが∞のときは断線である。抵抗Ｒａを０Ω〜１０ｋΩに変化させたときの測定装置側から見たインピーダンス特性を図３（ｂ）に示す。

いま、測定装置側から見たインピーダンスＺをＺ＝Ｒｅ−ｊＩｍとする。そして、以下の説明では、縦軸にインピーダンスＺの絶対値｜Ｚ｜、横軸に周波数をとり、周波数ωをある値から小さくなる方向に変化させてインピーダンス特性を表すこととする。抵抗Ｒａが０Ωのときは、図３（ｂ）の曲線Ｓ１に示すように、測定装置側から見たインピーダンスＺの特性は、ケーブルの導体抵抗Ｒ₁ にほぼ等しくなる。断線傾向となって抵抗Ｒａが発生すると、図３（ｂ）の曲線Ｓ２に示すように、インピーダンスＺの特性は、その絶対値｜Ｚ｜が大きくなる。さらに、断線傾向が進行すると、図３（ｂ）の曲線Ｓ３に示すように、インピーダンスＺの特性は、その絶対値｜Ｚ｜がさらに大きくなる。このように、ケーブル１２ａ、１２ｂの断線傾向を示す抵抗Ｒａが大きくなるにつれて、測定装置側から見たインピーダンスＺの特性は、その絶対値｜Ｚ｜が大きくなる。

次に、熱電対回路の異種金属であるケーブル１２ａ、１２ｂ間に発生したガルバニ電池の影響について検討する。図４は、熱電対回路のケーブル間に発生したガルバニ電池の影響についての説明図であり、図４（ａ）は熱電対回路のケーブル１２ａ、１２ｂ間にガルバニ電池が発生した場合を示す回路構成図、図４（ｂ）はガルバニ電池の内部インピーダンスの等価回路の一例を示す回路図、図４（ｃ）はガルバニ電池が発生したケーブルのインピーダンスの計算式の説明図、図４（ｄ）はガルバニ電池が発生した場合のインピーダンス特性の特性図である。図４（ｄ）ではインピーダンス特性を周波数を変数とした場合を示している。

いま、図４（ａ）に示すように、ケーブル１２ａ、１２ｂの長さが３００ｍであり、その間の３ｍに渡り水道水により浸漬させた。これによりガルバニ電池１８を発生させることにした。ガルバニ電池とは各電極表面で生じる電気化学反応の平衡電位（標準酸化還元電位）の差異に起因する電池のことであり、電極が水溶液や水膜等の電解質を介して導通している場合に形成される。熱電対における熱起電力とは別物である。すなわち、ガルバニ電池は異種の電気伝導体の相が直列につながっていて、そのうち少なくとも１つがイオン伝導体の相であり、かつ両端の相が同じ化学的組成の電子伝導体である電気化学的な系であり、銅とコンスタンタンの導体間で発生すると考えられる。カルバニ電池には必ず内部インピーダンスがある。

図４（ｂ）に示すように、ガルバニ電池の内部インピーダンスは、ケーブル１２ａ、１２ｂの線間抵抗Ｒxとガルバニ電池容量成分Ｃとの並列回路に導体抵抗Ｒ₁を直列接続したものとして示される。そうすると、測定装置側から見たインピーダンスＺは、図４（ｃ）に示すように、以下の（１）式で示される。

Ｚ＝Ｚ’−ｊＺ”
＝Ｒ₁＋Ｒx／（１＋ω^２Ｒx^２Ｃ^２）｛ωＲx^２Ｃ／（１＋ω^２Ｒx^２Ｃ^２）｝ …（１）
そして、周波数ωをある値から小さくなる方向に変化させると、測定装置側から見たインピーダンスＺの特性は、図４（ｄ）に示すように、周波数が小さくなるにつれてインピーダンスＺの絶対値｜Ｚ｜は大きくなる特性となる。

図５は熱電対回路のインピーダンス特性を周波数を変数として表した特性図である。図５では縦軸をインピーダンスの実部Ｒｅとし、横軸を周波数として示している。図５において、曲線Ｇ１、Ｇ２は、ケーブルが絶縁劣化している場合のインピーダンス特性の一例を示し、曲線Ｇ３はケーブルが正常である場合のインピーダンス特性の一例を示している。

熱電対回路のインピーダンス特性を周波数を変数として表した場合には、熱電対回路のケーブルが正常であるか否かは、周波数を変化させたときのインピーダンスの実部Ｒｅの軌跡に注目して判断する。これは、ケーブル１２ａ、１２ｂにカルバニ電池が発生しているときは、図４（ｃ）に示すように、インピーダンスの実部Ｒｅ（Ｚ’）は周波数が小さくなるにつれて大きくなる特性を示すので、その特性に注目する。

図６は、熱電対回路のインピーダンス特性を周波数を変数として表した場合のインピーダンス特性により熱電対回路のケーブルが正常であるか否かを判定する一例の説明図である。図６に示すインピーダンス特性は、図５の曲線Ｇ２の低周波領域（０．１〜４０Ｈｚ）におけるインピーダンス特性である。所定の低周波数領域（０．１〜４０Ｈｚ）内で周波数変動に伴うインピーダンスの実部Ｒｅの変動分ΔＲｅが予め定めた基準値ΔＲrefの範囲内にあるか否かで、熱電対回路のケーブルが正常であるか否かを判定する。これは、インピーダンスの実部Ｒｅ（Ｚ’）は周波数が小さくなるにつれて大きくなる特性を示すからである。

図６に示すように、例えば、低周波領域（０．１〜４０Ｈｚ）におけるインピーダンスの実部Ｒｅの変動分ΔＲｅが基準値ΔＲrefの範囲内にあるか否かで判定するようにしている。この場合、図５の曲線Ｇ２のインピーダンスの実部Ｒｅの変動分ΔＲｅは低周波領域（０．１〜４０Ｈｚ）で基準値ΔＲrefを逸脱しているので、ケーブルは絶縁劣化していると判定する。図５の曲線Ｇ１、Ｇ３のインピーダンス特性についても同様に判定する。なお、ケーブルが正常である曲線Ｇ３の場合は、インピーダンスの実部Ｒｅ（Ｚ’）は周波数が小さくなっても一定であるので、曲線Ｇ２のインピーダンスの実部Ｒｅの変動分ΔＲｅは低周波領域（０．１〜４０Ｈｚ）で基準値ΔＲrefの範囲内である。

以上の説明では、所定の低周波数領域として、０．１〜４０Ｈｚとしたが、０Ｈｚを除いた１００Ｈｚ以下の周波数であってもよい。周波数を低くすると、基準値ΔＲrefを大きく設定できるので判定の精度が向上するが、判定に時間がかかることになる。実用的には商用周波数（５０Ｈｚ、６０Ｈｚ）を除いた０．１〜１００Ｈｚの範囲が望ましい。

また、周波数変動に伴うインピーダンスの実部Ｒｅの変動分ΔＲｅとしたが、インピーダンスの絶対値｜Ｚ｜としてもよい。これは、低周波領域では、インピーダンスの実部Ｒｅとインピーダンスの絶対値｜Ｚ｜とはほぼ等しくなるからである。

次に、熱電対回路のインピーダンス特性を周波数を変数として表した場合のケーブルの絶縁劣化の位置を判定する場合について説明する。図７は、本発明の実施形態における熱電対回路のインピーダンス特性を周波数を変数として表した場合のケーブルの絶縁劣化の位置を判定する一例の説明図であり、図７では、ガルバニ電池が発生した位置を変化させたときのインピーダンス特性の特性図を示している。

図４に示した場合と同様に、ケーブル１２ａ、１２ｂの長さが３００ｍであり、ケーブル１２ａ、１２ｂ間の熱電対１１からＸの位置に３ｍに渡り、水道水により浸漬させてガルバニ電池１８を発生させ、熱電対１１の先端からガルバニ電池１８の位置までの距離Ｘが２００ｍのとき、１００ｍのとき、１５ｍのときのインピーダンスを測定した。

図７において、曲線Ｈ１は熱電対の先端からガルバニ電池の位置までの距離Ｘが１５ｍのときのインピーダンス特性の軌跡であり、曲線Ｈ２は熱電対の先端からガルバニ電池の位置までの距離Ｘが１００ｍのときのインピーダンス特性の軌跡、曲線Ｈ３は熱電対の先端からガルバニ電池の位置までの距離Ｘが２００ｍのときのインピーダンス特性の軌跡である。

熱電対１１の先端からガルバニ電池１８までの距離が長くなると、測定装置１３からの距離が短くなるのでインピーダンスの実部Ｒｅが小さくなる。つまり、ガルバニ電池の位置までの距離Ｘが１５ｍのときのインピーダンスの実部Ｒｅは大きく、距離Ｘが１００ｍ、２００ｍと長くなるにつれて、インピーダンスの実部Ｒｅは小さくなる。このように、熱電対回路のケーブル温度誤差Ｔ−Ｔ0と温度指示値Ｔとの関係を示すグラフ１２ａ、１２ｂのインピーダンスＺの実部Ｒｅの大きさや軌跡を判断することにより、ケーブルの絶縁劣化の位置を判定できる。

また、測定装置１３が計測した温度指示値Ｔと熱電対１１の周囲の雰囲気温度Ｔ0との温度誤差Ｔ−Ｔ0によっても熱電対１１の先端からガルバニ電池１８までの距離Ｘを推定できる。図８は、本発明の実施形態におけるケーブルの絶縁劣化の位置を判定する他の一例の説明図である。

図８において、曲線Ｉ１は熱電対の先端からガルバニ電池の位置までの距離Ｘが１５ｍのときの温度誤差Ｔ−Ｔ0の軌跡であり、曲線Ｉ２は熱電対の先端からガルバニ電池の位置までの距離Ｘが１００ｍのときの温度誤差Ｔ−Ｔ0の軌跡、曲線Ｉ３は熱電対の先端からガルバニ電池の位置までの距離Ｘが２００ｍのときの温度誤差Ｔ−Ｔ0の軌跡である。

図８に示すように、熱電対１１の先端からガルバニ電池１８までの距離が長くなると、熱電対１１の周囲の雰囲気温度Ｔ0に関係なく温度誤差Ｔ−Ｔ0が大きくなる。熱電対の先端からガルバニ電池の位置までの距離Ｘが１５ｍのときは、熱電対１１の周囲の雰囲気温度Ｔ0が５０℃〜２００℃で変化しても、温度誤差Ｔ−Ｔ0は約５℃である。同様に、熱電対の先端からガルバニ電池の位置までの距離Ｘが１００ｍのときは、熱電対１１の周囲の雰囲気温度Ｔ0が５０℃〜２００℃で変化しても、温度誤差Ｔ−Ｔ0は約２５℃であり、熱電対の先端からガルバニ電池の位置までの距離Ｘが２００ｍのときは、熱電対１１の周囲の雰囲気温度Ｔ0が５０℃〜２００℃で変化しても、温度誤差Ｔ−Ｔ0は約８０℃である。

このように、測定装置１３が計測した温度指示値Ｔと熱電対１１の周囲の雰囲気温度Ｔ0との温度誤差Ｔ−Ｔ0を判断することにより、ケーブルの絶縁劣化の位置を判定できる。

以上の説明では、熱電対回路のインピーダンス特性を周波数を変数として表した場合について説明したが、インピーダンス特性をナイキスト線図で表現してもよい。

図９は、図３（ａ）に示した回路構成図の熱電対回路のケーブルの断線傾向（線抵抗の増加）をナイキスト線図を用いて表した場合のインピーダンス特性の特性図である。

いま、測定装置側から見たインピーダンスＺをＺ＝Ｒｅ−ｊＩｍとする。そして、以下の説明では、縦軸に虚軸Ｉｍ、横軸に実軸Ｒｅをとり、周波数ωを０〜∞の範囲で変化させてナイキスト線図でインピーダンス特性を表すこととする。抵抗Ｒａが０Ωのときは、図９の曲線Ｃ１に示すように、測定装置側から見たインピーダンスＺの特性はほぼ０である。抵抗Ｒａが１００Ωのときは、図９の曲線Ｃ２に示すように、インピーダンスＺの特性は第１象限で非常に小さい半円の円弧を描く。抵抗Ｒａが１ｋΩのときは、図９の曲線Ｃ３に示すように、インピーダンスＺは第１象限で小さい半円の円弧を描く。抵抗Ｒａが１０ｋΩのときは、図９の曲線Ｃ４に示すように、インピーダンスＺは第１象限で大きな半円の円弧を描く。このように、ケーブル１２ａ、１２ｂの断線傾向を示す抵抗Ｒａが大きくなるにつれて、測定装置側から見たインピーダンスＺの特性は、第１象限で大きな半円の円弧を描く。

次に、熱電対回路の異種金属であるケーブル１２ａ、１２ｂ間に発生したガルバニ電池の影響について検討する。図１０は、図３（ａ）に示した回路構成図のガルバニ電池が発生した場合のインピーダンス特性をナイキスト線図を用いて表した場合の特性図である。ガルバニ電池が発生した場合には、測定装置側から見たインピーダンスＺは、前述の（１）式で示されるので、周波数ωを０〜∞の範囲で変化させると、測定装置側から見たインピーダンスＺの特性は、図１０に示すように第１象限で半円の円弧を描く。

図１１は、熱電対回路のケーブルの劣化として、断線傾向（線抵抗の増加）、短絡傾向（線間抵抗の減少）、ケーブル間のガルバニ電池が発生した場合の影響についての説明図である。図１１では、ガルバニ電池の発生、かつ、ケーブル１２ａ、１２ｂの断線傾向（線抵抗の増加）に加え、ケーブル１２ａ、１２ｂ間の短絡傾向による影響も考慮している。

すなわち、図１１（ａ）は熱電対回路のケーブル１２ａの一部が断線傾向でケーブル１２ａ、１２ｂ間が短絡傾向であり熱電対回路のケーブル１２ａ、１２ｂ間にガルバニ電池が発生した場合を示す回路構成図、図１１（ｂ）は断線傾向または短絡傾向でありガルバニ電池が発生した場合のインピーダンス特性をナイキスト線図を用いて表した場合の特性図である。

図１１（ａ）に示すように、ケーブル１２ａ、１２ｂの断線傾向を示す抵抗Ｒａや熱電対回路のケーブル１２ａ、１２ｂ間に発生したガルバニ電池１８に加え、ケーブル１２ａ、１２ｂの短絡傾向を示す抵抗Ｒｂも考慮している。その場合のインピーダンス特性は、図１１（ｂ）に示すようになる。

例えば、低負荷（電流が流れにくい高抵抗負荷）ではガルバニ電池の高い電圧が維持される状態となるのでガルバニ電池容量成分Ｃは大きくなる。一方、高負荷（電流が多く流れる低負荷回路）ではガルバニ電池の電圧が低下するので、ガルバニ電池容量成分Ｃは小さくなる。

このように、ケーブル１２ａ、１２ｂの断線傾向を示す抵抗Ｒａやケーブル１２ａ、１２ｂの短絡傾向を示す抵抗Ｒｂが小さい高負荷回路では、インピーダンス特性は曲線Ｅ１に示すように、半円の円弧状は小さくなり（容量成分Ｃ小）、抵抗Ｒａや抵抗Ｒｂが大きい低抵抗負荷では、インピーダンス特性は曲線Ｅ２に示すように、半円の円弧状は大きくなる（容量成分Ｃが大）。

以上述べた断線傾向（線抵抗の増加）、ケーブル間の短絡傾向（線間抵抗の減少）、ケーブル間のガルバニ電池が発生した場合のインピーダンス特性から、ケーブルの絶縁体の劣化の有無に起因するケーブルの健全性を評価する。

図１２は本発明の実施形態における熱電対回路のケーブルのインピーダンス特性をナイキスト線図を用いて表した場合のインピーダンス特性に基づいてケーブルの絶縁劣化の程度を判定する一例の説明図であり、図１２（ａ）はケーブルが正常である場合のインピーダンス特性の一例を示す特性図、図１２（ｂ）はケーブルが絶縁劣化している場合のインピーダンス特性の一例を示す特性図、図１２（ｃ）はインピーダンス特性が予め定めた基準値ΔＲrefの範囲内にあるか否かを判定する一例の説明図である。

熱電対回路のケーブルが正常であるか否かは、インピーダンス特性の第１象限のインピーダンスの軌跡に注目して判断する。これは、前述したように、ケーブル１２ａ、１２ｂの断線傾向を示す抵抗Ｒａについては、図９に示すように、ケーブル１２ａ、１２ｂの断線傾向を示す抵抗Ｒａが大きくなるにつれて、測定装置側から見たインピーダンスＺの特性は、第１象限で大きな半円の円弧を描くからである。また、ガルバニ電池が発生しているときも、図１０に示すように第１象限で半円の円弧を描くからである。

図１２（ａ）に示す熱電対回路のインピーダンス特性や、図１２（ｂ）に示す熱電対回路のインピーダンス特性に対して、第１象限のインピーダンスの軌跡部分Ｘ１、Ｘ２を取り出し、第１象限のインピーダンスの軌跡部分Ｘ１、Ｘ２が予め定めた基準値ΔＲrefの範囲内にあるか否かを判定する。すなわち、周波数の変化に伴い変化したインピーダンス特性（第１象限のインピーダンスの軌跡部分Ｘ１、Ｘ２）が予め定めた基準値ΔＲrefの範囲内にあるか否かを判定する。

図１２（ｃ）に示すように、第１象限のインピーダンスの軌跡部分Ｘに対して、インピーダンスＺの実部Ｒｅが予め定めた基準値ΔＲrefの範囲内にあるか否かを判定する。これは、ケーブル１２ａ、１２ｂが断線傾向を示すとき、ケーブル１２ａ、１２ｂが短絡傾向を示すとき、ガルバニ電池が発生しているときのいずれの場合であっても、第１象限でほぼ半円の円弧を描くので、それを判定するためである。図１２（ａ）に示す熱電対回路のインピーダンス特性では、第１象限のインピーダンスの軌跡が小さくインピーダンスＺの実部Ｒｅが予め定めた基準値ΔＲrefの範囲内にあるのでケーブルは正常であると判定する。一方、図１２（ｂ）に示す熱電対回路のインピーダンス特性では、第１象限のインピーダンスの軌跡が大きくインピーダンスＺの実部Ｒｅが予め定めた基準値ΔＲrefの範囲内にないのでケーブルは絶縁劣化していると判定する。図１２（ｃ）では、第１象限のインピーダンスの軌跡が小さくインピーダンスＺの実部Ｒｅが予め定めた基準値ΔＲrefの範囲内にある図１２（ａ）に示す熱電対回路のインピーダンス特性を示している。

基準値ΔＲrefは、ケーブルに発生した絶縁劣化が熱電対で検出した検出信号（温度）に与える影響（温度誤差）の許容範囲を満たすように定める。例えば、熱電対回路（熱電対１１やケーブル１２ａ、１２ｂ）が湿潤環境に置かれる場合には、ケーブル１２ａ、１２ｂが断線傾向や短絡傾向を示すだけでなく、ケーブルにガルバニ電池が発生することが予想されるので、ケーブルに発生したガルバニ電池が熱電対で検出した検出信号に与える影響の許容範囲に定める。

これにより、例えば、熱電対回路（熱電対１１やケーブル１２ａ、１２ｂ）が湿潤環境に置かれ、ケーブル１２ａ、１２ｂが断線傾向や短絡傾向を示すとき、あるいはガルバニ電池が発生しているときのいずれの場合であっても、ケーブルの絶縁体の劣化の有無に起因するケーブルの健全性を評価できる。

以上の説明では、周波数変動に伴うインピーダンスの実部Ｒｅの変動分ΔＲｅとしたが、インピーダンスの絶対値｜Ｚ｜としてもよい。これは、低周波領域では、インピーダンスの実部Ｒｅとインピーダンスの絶対値｜Ｚ｜とはほぼ等しくなるからである。

次に、測定したインピーダンスの特性をナイキスト線図を用いて表した場合のインピーダンス特性に基づいてケーブルの絶縁劣化の位置を判定する場合について説明する。図１３は、熱電対回路のケーブルのインピーダンス特性をナイキスト線図を用いて表した場合のインピーダンス特性に基づいてケーブルの絶縁劣化の位置を判定する一例の説明図である。

図１３において、曲線Ｆ１は熱電対１１の先端からガルバニ電池１８の位置までの距離Ｘが２００ｍのときのインピーダンス特性の軌跡であり、計測装置１３側からの直流抵抗（線抵抗Ｒａに相当）は３０２Ωである。曲線Ｆ２は熱電対１１の先端からガルバニ電池１８の位置までの距離Ｘが１００ｍのときのインピーダンス特性の軌跡であり、計測装置１３側からの直流抵抗（線抵抗Ｒａに相当）は３１８Ωである。曲線Ｆ３は熱電対１１の先端からガルバニ電池１８の位置までの距離Ｘが１５ｍのときのインピーダンス特性の軌跡であり、計測装置１３側からの直流抵抗（線抵抗Ｒａに相当）は３２４Ωである。なお、曲線Ｆ２、Ｆ３の曲線Ｆ２’、Ｆ３’部分は測定装置１３からガルバニ電池１８までのケーブルのＬＣＲ分により生じるインピーダンス軌跡である。

熱電対１１の先端からガルバニ電池１８までの距離が長くなると、前述したように、ケーブル１２ａ、１２ｂの断線傾向を示す抵抗Ｒａを増加させたことと同じようになり、ガルバニ電池容量成分Ｃが大きくなり、図１１（ｂ）で示したように、半円の円弧が大きくなる。また、ガルバニ電池１８の位置が熱電対１１の先端から遠いほど半円の円弧が大きくなると温度指示値が高くなる。これは、半円の円弧が大きいときはガルバニ電池容量成分Ｃが大きく高い電圧を維持し、測定装置１３での検出信号が大きな値を示すことになるからである。例えば、測定時の室温が２２℃のとき、熱電対１１の先端からガルバニ電池１８の位置までの距離Ｘが２００ｍのときは約８０℃を示し、距離Ｘが１００ｍのときは約５０℃を示し、距離Ｘが１５ｍのときは約３０℃を示した。

このように、熱電対回路のケーブル１２ａ、１２ｂのインピーダンスＺの実部Ｒｅ及び半円の円弧の大きさを判断することにより、ケーブルの絶縁劣化の位置を判定できる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１１…熱電対、１２…ケーブル、１３…測定装置、１４…中継端子台、１５…ペネ内側端子台、１６…ＰＣＶペネ、１７…ペネ外側端子台、１８…ガルバニ電池

Claims (4)

1. 熱電対を形成する異なる二種の金属から引き出され、前記熱電対で検出した検出信号を測定装置に伝送する前記二種の金属と同じ金属で形成されたケーブルの健全性を評価するケーブル健全性評価方法において、
   前記測定装置側から前記ケーブルに電圧又は電流を印加し、
   前記測定装置側から見たインピーダンスを測定し、
   前記測定したインピーダンスの特性が予め定めた基準値の範囲内にあるか否かを判定し、
   前記ケーブルの絶縁体の劣化の有無に起因する前記ケーブルの健全性を評価することを特徴とするケーブル健全性評価方法。
2. 前記熱電対及び前記ケーブルは湿潤環境に置かれたものであり、前記予め定めた基準値の範囲は、前記ケーブルに発生したガルバニ電池が前記熱電対で検出した検出信号に与える影響の許容範囲であることを特徴とする請求項１記載のケーブル健全性評価方法。
3. 前記測定したインピーダンスの特性に基づいて前記ケーブルの絶縁劣化の程度を判定することを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のケーブル健全性評価方法。
4. 前記測定したインピーダンスの特性に基づいて前記ケーブルの絶縁劣化の位置を判定することを特徴とする請求項１乃至３記載のケーブル健全性評価方法。

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