JP2015536456A - 電気ケーブルの状態をモニタするための方法及びシステム - Google Patents
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Abstract
Description
λ=v/f (1)
ここで、ωは信号の角周波数であり、Rは導体の抵抗値であり、Lはインダクタンスであり、Cはキャパシタンスであり、Gは絶縁導電率(insulation conductivity)であり、これらはすべて、ケーブル長単位に関係する。
これは、しばしば次のように書かれる。
γ=α+jβ (5)
この方程式(5)において、実数部αは線路減衰定数である。虚数部βは、伝搬定数であるが、次の方程式(6)に示されるように、位相速度v、角周波数ω及び波長λとも関係している。
ここで、Γdは一般化された反射係数であって、
Γd=ΓLe−2γd (9)
であり、ΓLは、負荷反射係数であり、次の通りである。
なお、(10)において、ZLは、ケーブル端部において接続されている負荷のインピーダンスである。
1.拡張された帯域幅の信号を、ケーブルを通過して送り、反射された信号を測定する。
2.送信され反射された信号に基づいて、帯域幅全体にわたる線路インピーダンスを評価する。
3.線路インピーダンスを解析して、ケーブルの性質、大域的なケーブル状態及び局所的な劣化スポットに関する情報を取得する。
電気ケーブルの少なくともケーブル・インピーダンスによって位相及び振幅変調され周波数fを有する広帯域信号波を、電気ケーブルの第1の端部に印加するステップと、
電気ケーブルの第1の端部において、電気ケーブルによって伝送及び反射された、位相及び振幅変調された広帯域信号波を取得するステップと、
取得された反射広帯域信号波に対し、複素ケーブル・インピーダンスZDUTを、振幅及び位相によって特定された周波数fの関数として計算するステップと、
計算された複素ケーブル・インピーダンスを時間領域t’に変換するステップと、
時間領域t’における周波数f’を計算するステップであって、周波数f’とは、電気ケーブルの一端から距離dにおける広帯域信号波の波反射に起因する時間領域t’における角周波数w’及び振幅Aの擬似周期関数の基本周波数であり、v0を真空中の光速度、vrを電気ケーブルにおける電気信号の推定相対位相速度として、
を適用することによって計算される、ステップと、
電気ケーブルの絶縁に対するすべての局所的劣化を発見し位置を特定するために、時間領域t’における複素ケーブル・インピーダンスの振幅及び位相の両方のパワー・スペクトル解析を実行するステップと、
電気ケーブルの電気的パラメータが不連続性であることを原因として電気ケーブルに沿った位置x1,x2,・・・,xnにおいて生じる広帯域信号波の波反射に起因する時間領域t’のパワー・スペクトルにおける周波数成分f”1,f”2,・・・,f”nを識別して、位置Xiのそれぞれを、
を適用することによって計算するステップと、
電気ケーブルに沿った位置x1,x2,・・・,xnの少なくとも1つの前後にある区間におけるパワー・スペクトルの位相インピーダンス・スペクトルのフーリエ変換の実数部と虚数部との間の関係を確立するステップと、
実数部及び虚数部から、電気ケーブルに沿った位置x1,x2,・・・,xnの少なくとも1つにおけるインピーダンス変化を識別するステップと、
を含む方法を提供する。
電気ケーブルの少なくともケーブル・インピーダンスによって位相及び振幅変調され周波数fを有する広帯域信号波を、電気ケーブルの第1の端部に印加するステップと、
電気ケーブルの第1の端部において、電気ケーブルによって伝送及び反射された、位相及び振幅変調された広帯域信号波を取得するステップと、
取得された反射広帯域信号波に対し、複素ケーブル・インピーダンスZDUTを、振幅及び位相によって特定された周波数fの関数として推定/計算するステップと、
計算された複素ケーブル・インピーダンスを時間領域t’に変換するステップと、
時間領域t’における周波数f’を計算するステップであって、周波数f’とは、電気ケーブルの一端から距離dにおける広帯域信号波の波反射に起因する時間領域t’における角周波数w’及び振幅Aの擬似周期関数の基本周波数であり、v0を真空中の光速度、vrを電気ケーブルにおける電気信号の推定相対位相速度として、
を適用することによって計算される、ステップと、
電気ケーブルの絶縁へのすべての局所的劣化を発見し位置を特定するために、時間領域f’における複素ケーブル・インピーダンスの振幅及び位相との両方のパワー・スペクトル解析を実行するステップと、
電気ケーブルの電気的パラメータの不連続性を原因として電気ケーブルに沿った位置x1,x2,・・・,xnにおいて生じる広帯域信号波の波反射に起因する時間領域t’のパワー・スペクトルにおける周波数成分f”1,f”2,・・・,f”nを識別して、位置Xiのそれぞれを、
を適用することによって計算するステップと、を含む方法において、
電気ケーブルに沿った位置x1,x2,・・・,xnの少なくとも1つでの電気ケーブルの絶縁における識別された故障の局所的劣化の深刻度を、識別された故障の位置における広帯域信号の二次反射を解析することにより確立するステップを更に含む方法を提供する。
複素ケーブル・インピーダンスZDUTの少なくとも2つの共振周波数を評価するステップと、
複素ケーブル・インピーダンスZDUTの2つの連続的な共振周波数値fk及びfk+をそれぞれ識別するステップと、
Lを電気ケーブルの長さとして、vr=2L(fk+1−fk)/v0を適用することにより、電気ケーブルの相対位相速度Vrの第1の値を計算するステップと、
第1の相対位相速度Vrを用いて、
を適用することにより、時間領域t’における電気ケーブルの基本周波数f’を計算するステップと、
f’の前後における選択可能な区間において時間領域t’における最大ピーク値を発見することにより、基本周波数f’の第2の値f”を計算するステップと、
を適用することにより、相対位相速度vfinal rの推定値を計算するステップと、
を含む。
複素ケーブル・インピーダンスZDUTを、振幅及び位相によって特定された周波数fの関数として計算するための解析器と、
ケーブル・インピーダンスによって位相及び振幅変調され電気ケーブルの第1の端部に印加される周波数がfである広帯域信号波を生成するための生成手段と、
第1の端部において、ケーブル・インピーダンスによって位相及び振幅変調された広帯域信号波を取得するための取得手段と、
複素ケーブル・インピーダンスZDUTを、時間領域t’に変換するための変換手段と、
時間領域t’における周波数f’を計算するための解析器であって、周波数f’とは、電気ケーブルの一端から距離dにおける広帯域信号波の波反射に起因する時間領域t’における角周波数w’及び振幅Aの擬似周期関数の基本周波数であり、Voを真空中の光速度、Vrを電気ケーブルにおける電気信号の推定相対位相速度として、
を適用することによって計算される、解析器と、を備えており、
解析器は、電気ケーブルの絶縁に対するすべての局所的劣化を発見し位置を特定するために、時間領域f’における複素ケーブル・インピーダンスの振幅及び位相の両方のパワー・スペクトル解析を実行し、
解析器は、電気ケーブルの電気的パラメータが不連続であることを原因として電気ケーブルに沿った位置x1,x2,・・・,xnにおいて生じる波反射に起因する時間領域t’のパワー・スペクトルにおける周波数成分f”1,f”2,・・・,f”nを識別し、
解析器は、位置Xiのそれぞれを、
を適用することによって計算し、
解析器は、電気ケーブルに沿った位置x1,x2,・・・,xnの少なくとも1つの前後にある区間におけるパワー・スペクトルの位相インピーダンス・スペクトルのフーリエ変換の実数部と虚数部との間の関係を確立し、
実数部及び虚数部から、電気ケーブルに沿った位置x1,x2,・・・,xnの少なくとも1つにおけるインピーダンスの変化を識別する、システムを提供する。
複素ケーブル・インピーダンスZDUTの少なくとも2つの共振周波数を評価し、
複素ケーブル・インピーダンスZDUTの2つの連続的な共振周波数値fk及びfk+1をそれぞれ識別し、
Lを電気ケーブルの長さとして、vr=2L(fk+1−fk)/v0を適用することにより、電気ケーブルの相対位相速度vrの第1の値を計算し、
第1の相対位相速度vrを用いて、
を適用することにより、電気ケーブルの基本周波数f’を計算し、
f’の前後における選択可能な区間において時間領域t’における最大ピーク値を発見することにより、基本周波数f’の第2の値f”を計算し、
を適用することにより、相対位相速度vfinal rの推定値を計算するように動作可能である。
1.位置が特定された特徴の深刻度査定と、損傷位置における電気的パラメータの振る舞い、すなわち、インピーダンスが増加しているのか低下しているのかに関するより良い理解。インピーダンスが上昇しているのか、下降しているのかに関する査定。これは、損傷原因の査定に役立つ。例えば、水分又は湿気の侵入は、常に、結果として、インピーダンスの低下を生じさせる。
2.終端におけるケーブル状態。これについては、後で詳述する。
○ 線路入力インピーダンスの周波数スペクトルを推定して表示すること。
○ 共振周波数を計算すること。共振周波数は、インピーダンス・スペクトルから計算され、位相がゼロである周波数値と対応する。
○ ケーブルの特性インピーダンスZDUTを推定すること。それもまた、インピーダンス・スペクトルから計算される。特性インピーダンスとは、インピーダンス位相のいずれからの局所的最大値(又は最小値)におけるインピーダンス振幅の値である。
○ もし知られていない場合には、ケーブルの長さを推定すること。
○ 局所的な劣化領域を検出し、その位置を決定すること。
○ 負荷の変化を検出すること。
○ インピーダンスの変化とインピーダンス・スポットとを識別するために周波数スペクトルを解析し表示し、インピーダンス位相スペクトルの実数成分及び虚数成分を計算し、スパイク(spike)の高さを解析すること。
線路のインピーダンスは、基準信号CH0からインピーダンス変調された信号CH1への平均化され窓を掛けられた伝達関数として計算され、これは、結果的に、線路のインピーダンスZDUTの振幅及び位相を周波数の関数として計算することになる(方程式(11)を参照のこと)。いったん線路のインピーダンスが計算されると、ケーブル状態は、複素インピーダンスの振幅及び位相成分の周波数コンテンツの検査によって解析される。これは、以下で説明される。Zdutは、ハードウェアにおいて計算され得るが、この場合には、CH0及びCH1を見ることがない。
Γd=ΓLe−2αde−2jβd (12)
なお、方程式(12)では、減衰αのために、振幅はd(ケーブルの長さ)と共に減少する(α=0の場合には、位相は周期的である)。Γdの周期(そして、線路インピーダンスの位相の周期)は、dを独立変数と考えると1/2βであり、(図1におけるように)βを独立変数と考えると1/2dである。
ここで、fは長さdのケーブルに沿って移動する印加された信号の周波数であり、vはケーブルにおける電気信号の位相速度である。
f→t’ (15)
なお、vrをケーブルにおける電気信号の相対位相速度であり、v0を真空中の光速であるとして、vr=v/v0である。すると、次が成立する。
ΓLe−2αd=A (17)
Γd=Ae−jω’t’ (18)
ここで、f’は、距離d(ケーブル終端)における波反射に起因するt’の領域における位相関数の基本周波数である。f’の表現は時間の次元を有しており、それは波が距離dにおける終端に到達し反射して戻るのに経過する時間であることに注意すべきである。t’の領域におけるインピーダンス位相のフーリエ変換(パワー・スペクトル)は例えば図3のような外観を呈する。なお、図3では、x軸が、方程式(19)に与えられている基本周波数におけるdに調整されている。図3では、x軸が、ケーブルの始点からの距離(d=300m)に調整されている。
従って、
ケーブル状態の大域的変化のモニタリングは、方法1:相対位相速度の推定及びモニタリングと、方法2:CBAC法(中心帯域の減衰相関)とによって提供される。
1.第1の近似値が、線路インピーダンスにおける2つの連続的な共振周波数値を用い、以下の方程式を適用して推定される。いずれの共振においても、ケーブルの長さLは、波長の半分に等しいか、又は、そのいずれかの倍数に等しい(これは、ケーブルが開放端であるときに正しいが、異なる負荷リアクタンスについても容易に説明可能である)。すなわち、方程式(1)を用いると、次が得られる。
ここで、Lはケーブルの長さであり、v0は真空中の光速であり、vrは相対位相速度であり、fkはk番目の共振ピーク周波数である。方程式(24)を2つの連続的な共振ピークに適用すると、次が得られる。
vr=2L(fk+1−fk)/v0 (25)
方程式(25)は、ケーブルの入力インピーダンスの推定と共振周波数の計算との後で、LIRAによって、vrの第1の値を評価するのに用いられる。どのような負荷リアクタンスのシフトも、この方程式における異なる項によって除去され得ることに注意すべきである。この値が近似である理由は、vrはfの低速関数(slow function)であるが、方程式(25)では一定であると仮定されているからである。
2.ステップ1で見いだされたvrの値は、次のように、基本周波数f’の近似値を計算するのに用いられる(t’の領域については、上での説明と図3とを参照のこと)。
LIRAは、f’の前後のユーザが選択可能な区間におけるt’の領域のフーリエ変換(パワー・スペクトル)において、最大ピークf”をサーチする。f’の正確な値(f”と称される)がスペクトルから発見されると、方程式(19)は、vrについて次のように解かれる。
これは、位相速度の最終的で正確な値である。位相速度は、ケーブル絶縁の劣化に伴って低下する。
Γd=Ae−jω’t’ (18)
方程式(18)は、t’の領域における(方程式(18)の複素関数の実数部だけを考慮した)角周波数ω’及び振幅Aの正弦波の(複素表記での)方程式である。減衰αがゼロでない場合には、Aは崩壊定数であり、結果的に得られる信号は図5に示されているような減衰正弦波である。図5は、GRC(実数部)をt’の関数として示している。
ここで、TP1及びTP2は、インピーダンス位相の基本及び第3の高調波の振幅であり、αは、帯域幅の中間における長さ単位当たりのケーブル減衰である。ケーブル終端が短絡しているか又は解放であるときには、反射係数は1(又は−1)であるから、方程式(30)における対数項は消滅する。
ここで、Rはワイヤの抵抗値(時間経過があっても不変)、Cは絶縁キャパシタンス、Lはケーブルのインダクタンスである。
よって、CBACは、絶縁キャパシタンスの変化に対してだけ感度を有するインジケータである。
この逆数が、ケーブル・インダクタンスの変化だけに感度を有するインジケータであるCBALである。
既に詳述されたように、米国特許第7966137B2号に開示されている線路共振解析システムは、LIRAシグネチャを提供する。LIRAシグネチャの一例が、図11に示されている。LIRAシグネチャは、ケーブルに沿ったケーブル・インピーダンスの変化を追跡する。LIRAシグネチャは、CH0信号が印加されたケーブルの始点からの距離の関数に変換されたパワー・スペクトルである。
1.誘電キャパシタンスの低下
2.ケーブルの自己インダクタンスの上昇
3.導体又は/及びシールド抵抗の上昇
4.絶縁伝導率の低下(まれ)
・温度の上昇(低下)(誘電キャパシタンスの上昇(低下)、インピーダンスの低下(上昇))
・水分/湿気の侵入(導電率の上昇、インピーダンスの低下)
・絶縁抵抗の低下(導電性の上昇、インピーダンスの低下)
・機械的衝撃(いずれかの方向)
・ガンマ線の照射(通常は、インピーダンスの上昇)
・SP+:ステップアップ・インピーダンス変化。これは、ケーブルが開放端であるとき(又は、取り付けられている負荷がケーブルの特性インピーダンスよりも高いインピーダンスを有するとき)には、最終的な終端も含む。
・SP−:ステップダウン・インピーダンス変化。これは、ケーブルが短絡端であるとき(又は、取り付けられている負荷がケーブルの特性インピーダンスよりも低いインピーダンスを有するとき)には、最終的な終端も含む。
・DP+:高インピーダンス・スパイク
・DP−:低インピーダンス・スパイク
実数部−虚数部関係(BTS、均衡終端シグネチャ)アプローチは、上でリスト化された4つの可能性のあるイベントを検出するのに用いられ得る(SP+、SP−、DP+、DP−)。方程式(8)から導かれるように、線路インピーダンスZDUTは複素変数である。方程式(8)から導かれる曲線の形状は、周波数の関数として、振幅及び位相について図1に示されている。
しかし、2つのSPステップのイベント(SP+、SP−)と2つのDPスパイクのイベント(DP+、DP−)との間には、位置決定プロセスにおいていくつかの差異が存在する。
ケーブル絶縁の局所的劣化の深刻度は、LIRAシグネチャにおけるスパイクの高さと相関する。しかし、絶縁に対する同じ損失に対応するスパイクの高さは、ケーブルに沿ったこのケーブルの劣化(絶縁損失)の位置にも左右される。LIRAシグネチャにおけるスパイクの高さは、信号CH0が印加されるケーブルの始点からのケーブル劣化の距離に応じて低下する。これは、故障がケーブルの端部に向かって移動するにつれてスパイクの高さが低くなる、ということを意味する。この効果は、また、米国特許第7966137B2号に記載されているように、LIRAシステムによって実行される解析では、プロットの正規化を通じて自動的に補償された。
ケーブルに印加された広帯域信号CH0は、ケーブルの終端端部で反射される。終端端部からの信号は、ケーブルの始点からの距離がケーブルの長さであるスポット・シグネチャにおいてスパイクを提供する。ケーブルの端部で生じるどのようなインピーダンス変化も、従って、この終端スパイク/ピークの影の範囲内にある。上述されたBTS及びDNORMアプローチを用いる本発明は、ケーブル・セグメントの終端端部がよい性質を有するのか悪い性質を有するのかを確立する可能性を提供する。ケーブルの終端端部は、スポット(DP+又はDP−)を提供する。ケーブルの終端では、終端ピークの2つの側の間のデルタ差異dyとピークの高さdzとの間の関係であるBTZ=dy/dz*100が、ケーブル終端の絶縁状態に関する尺度である。
Claims (24)
- 電気ケーブルの状態をモニタするための方法であって、
前記電気ケーブルの少なくともケーブル・インピーダンスによって位相及び振幅変調されている広帯域信号波を、前記電気ケーブルの第1の端部に印加するステップと、
前記電気ケーブルの前記第1の端部において、前記電気ケーブルによって伝送及び反射された、前記位相及び振幅変調されている広帯域信号波を取得するステップと、
前記取得された反射広帯域信号波に対し、複素ケーブル・インピーダンスZDUTを、振幅及び位相によって特定された周波数fの関数として計算するステップと、
前記計算された複素ケーブル・インピーダンスを時間領域t’に変換するステップと、
前記時間領域t’における周波数f’を計算するステップであって、前記周波数f’とは、前記電気ケーブルの一端から距離dにおける前記広帯域信号波の波反射に起因する前記時間領域t’における角周波数w’及び振幅Aの擬似周期関数の基本周波数であり、v0を真空中の光速度、vrを前記電気ケーブルにおける電気信号の推定相対位相速度として、
を適用することによって計算される、ステップと、
前記電気ケーブルの絶縁に対するすべての局所的劣化を発見し位置を特定するために、前記時間領域f’における前記複素ケーブル・インピーダンスの振幅及び位相の両方のパワー・スペクトル解析を実行するステップと、
前記電気ケーブルの電気的パラメータが不連続であることを原因として前記電気ケーブルに沿った位置x1,x2,・・・,xnにおいて生じる前記広帯域信号波の波反射に起因する前記時間領域t’の前記パワー・スペクトルにおける周波数成分f”1,f”2,・・・,f”nを識別して、前記位置xiのそれぞれを、
を適用することによって計算するステップと、
前記電気ケーブルに沿った位置x1,x2,・・・,xnの少なくとも1つの前後にある区間における前記パワー・スペクトルの位相インピーダンス・スペクトルのフーリエ変換の実数部と虚数部との間の関係を確立するステップと、
前記実数部及び虚数部から、前記電気ケーブルに沿った位置x1,x2,・・・,xnの少なくとも1つにおけるインピーダンスの変化を識別するステップと、
を含む方法。 - インピーダンスの変化を識別するステップは、ステップアップ・インピーダンス変化、ステップダウン・インピーダンス変化、高インピーダンス・スポット又は低インピーダンス・スポットの中の少なくとも1つを識別するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 高インピーダンス・スポットは、前記虚数部がゼロであり前記実数部が負であるときに識別される、請求項1又は2に記載の方法。
- 低インピーダンス・スポットは、前記虚数部がゼロであり前記実数部が正であるときに識別される、請求項1又は2に記載の方法。
- ステップアップ・インピーダンス変化は、前記実数部がゼロであり前記虚数部が負であるときに識別される、請求項1又は2に記載の方法。
- ステップダウン・インピーダンス変化は、前記実数部がゼロであり前記虚数部が正であるときに識別される、請求項1又は2に記載の方法。
- より低いインピーダンスを備えたケーブル・セグメントを、前記ケーブル・セグメントの始点におけるステップダウン・インピーダンス変化及びそれに続く前記ケーブル・セグメントの終点におけるステップアップ・インピーダンス変化として識別するステップを更に含む、請求項1から6までのいずれか一項に記載の方法。
- より高いインピーダンスを備えたケーブル・セグメントを、前記ケーブル・セグメントの始点におけるステップアップ・インピーダンス変化及びそれに続く前記ケーブル・セグメントの終点におけるステップダウン・インピーダンス変化として識別するステップを更に含む、請求項1から6までのいずれか一項に記載の方法。
- 電気ケーブルの状態をモニタするための方法であって、
前記電気ケーブルの少なくともケーブル・インピーダンスによって位相及び振幅変調されている広帯域信号波を、前記電気ケーブルの第1の端部に印加するステップと、
前記電気ケーブルの前記第1の端部において、前記電気ケーブルによって伝送及び反射された、前記位相及び振幅変調されている広帯域信号波を取得するステップと、
前記取得された反射広帯域信号波に対し、複素ケーブル・インピーダンスZDUTを、振幅及び位相によって特定された周波数fの関数として推定/計算するステップと、
前記計算された複素ケーブル・インピーダンスを時間領域t’に変換するステップと、
前記時間領域t’における周波数f’を計算するステップであって、前記周波数f’とは、前記電気ケーブルの一端から距離dにおける前記広帯域信号波の波反射に起因する前記時間領域t’における角周波数w’及び振幅Aの擬似周期関数の基本周波数であり、v0を真空中の光速度、vrを前記電気ケーブルにおける電気信号の推定相対位相速度として、
を適用することによって計算される、ステップと、
前記電気ケーブルの絶縁に対するすべての局所的劣化を発見し位置を特定するために、前記時間領域f’における前記複素ケーブル・インピーダンスの振幅と位相との両方のパワー・スペクトル解析を実行するステップと、
前記電気ケーブルの電気的パラメータの不連続を原因として前記電気ケーブルに沿った位置x1,x2,・・・,xnにおいて生じる前記広帯域信号波の波反射に起因する前記時間領域t’の前記パワー・スペクトルにおける周波数成分f”1,f”2,・・・,f”nを識別して、前記位置xiのそれぞれを、
を適用することによって計算するステップと、を含む方法において、
電気ケーブルに沿った位置x1,x2,・・・,xnの少なくとも1つでの前記電気ケーブルの絶縁における識別された故障の局所的劣化の深刻度を、前記識別された故障の位置における前記広帯域信号の二次反射を解析することにより確立するステップを更に含む方法。 - 前記パワー・スペクトルにおける一次反射ピークの高さと前記二次反射ピークの高さとの差を確立して、終端から任意の距離にある任意のピークの高さを正規化するために前記電気ケーブルの減衰を評価するステップを更に含む、請求項9に記載の方法。
- 前記パワー・スペクトルにおける終端ピークを解析することにより前記電気ケーブル端部の状態に関する尺度を確立するステップを更に含んでおり、このステップは、前記終端ピークのそれぞれの側における2つの谷の間の差dyと前記終端ピークの高さdzとの間の関係を確立するステップを含む、請求項1から10までのいずれか一項に記載の方法。
- 解析器を用いて前記推定相対位相測度vrを推定するステップを更に含んでおり、前記推定相対位相測度vrを推定する前記ステップは、
前記複素ケーブル・インピーダンスZDUTの少なくとも2つの共振周波数を評価するステップと、
前記複素ケーブル・インピーダンスZDUTの2つの連続的な共振周波数値fk及びfk+をそれぞれ識別するステップと、
Lを前記電気ケーブルの長さとして、vr=2L(fk+1−fk)/v0を適用することにより、前記電気ケーブルの相対位相速度vrの第1の値を計算するステップと、
前記第1の相対位相速度vrを用いて、
を適用することにより、前記時間領域t’における前記電気ケーブルの前記基本周波数f’を計算するステップと、
f’の前後における選択可能な区間において前記時間領域t’における最大ピーク値を発見することにより、前記基本周波数f’の第2の値f”を計算するステップと、
を適用することにより、前記相対位相速度vfinal rの推定値を計算するステップと、
を含む、請求項11に記載の方法。 - 電気ケーブルの状態をモニタするためのシステムであって、
複素ケーブル・インピーダンスZDUTを、振幅及び位相によって特定された周波数fの関数として計算するための解析器と、
ケーブル・インピーダンスによって位相及び振幅変調され前記電気ケーブルの第1の端部に印加される広帯域信号波を生成するための生成手段と、
前記第1の端部において、前記ケーブル・インピーダンスによって位相及び振幅変調された前記広帯域信号波を取得するための取得モジュールと、
前記複素ケーブル・インピーダンスZDUTを、時間領域t’に変換するための変換手段と、
前記時間領域t’における周波数f’を計算するための解析器であって、前記周波数f’とは、前記電気ケーブルの一端から距離dにおける前記広帯域信号波の波反射に起因する前記時間領域t’における角周波数(radial frequency)ω’及び振幅Aの擬似周期関数の基本周波数であり、v0を真空中の光速度、vrを前記電気ケーブルにおける電気信号の推定相対位相速度として、
を適用することによって計算される、解析器と、を備えており、
前記解析器は、前記電気ケーブルの絶縁に対するすべての局所的劣化を発見し位置を特定するために、前記時間領域f’における前記複素ケーブル・インピーダンスの振幅及び位相の両方のパワー・スペクトル解析を実行し、
前記解析器は、前記電気ケーブルの電気的パラメータが不連続であることを原因として前記電気ケーブルに沿った位置x1,x2,・・・,xnにおいて生じる波反射に起因する前記時間領域t’の前記パワー・スペクトルにおける周波数成分f”1,f”2,・・・,f”nを識別し、
前記解析器は、前記位置xiのそれぞれを、
を適用することによって計算し、
前記解析器は、前記電気ケーブルに沿った位置x1,x2,・・・,xnの少なくとも1つの前後にある区間における前記パワー・スペクトルの位相インピーダンス・スペクトルのフーリエ変換の実数部と虚数部との間の関係を確立し、
前記解析器は、前記実数部及び虚数部から、前記電気ケーブルに沿った位置x1,x2,・・・,xnの少なくとも1つにおけるインピーダンスの変化を識別する、システム。 - インピーダンスの変化を識別するステップは、ステップアップ・インピーダンス変化、ステップダウン・インピーダンス変化、高インピーダンス・スポット又は低インピーダンス・スポットの中の少なくとも1つを識別するステップを含む、請求項13に記載のシステム。
- 高インピーダンス・スポットは、前記虚数部がゼロであり前記実数部が負であるときに識別される、請求項13又は14に記載のシステム。
- 低インピーダンス・スポットは、前記虚数部がゼロであり前記実数部が正であるときに識別される、請求項13又は14に記載のシステム。
- ステップアップ・インピーダンス変化は、前記実数部がゼロであり前記虚数部が負であるときに識別される、請求項13又は14に記載のシステム。
- ステップダウン・インピーダンス変化は、前記実数部がゼロであり前記虚数部が正であるときに識別される、請求項13又は14に記載のシステム。
- より低いインピーダンスを備えたケーブル・セグメントを、前記ケーブル・セグメントの始点におけるステップダウン・インピーダンス変化及びそれに続く前記ケーブル・セグメントの終点におけるステップアップ・インピーダンス変化として識別するステップを更に含む、請求項13から18までのいずれか一項に記載のシステム。
- より高いインピーダンスを備えたケーブル・セグメントを、前記ケーブル・セグメントの始点におけるステップアップ・インピーダンス変化及びそれに続く前記ケーブル・セグメントの終点におけるステップダウン・インピーダンス変化として識別するステップを更に含む、請求項13から18までのいずれか一項に記載のシステム。
- 電気ケーブルに沿った位置x1,x2,・・・,xnの少なくとも1つでの前記電気ケーブルの絶縁における識別された故障の局所的劣化の深刻度を、前記識別された故障の位置における前記広帯域信号の二次反射を解析することにより確立するステップを更に含む、請求項13から20までのいずれか一項に記載のシステム。
- 前記パワー・スペクトルにおける一次反射ピークの高さと前記二次反射ピークの高さとの差を確立し、前記高さの差を前記パワー・スペクトルにおける終端ピークの高さに正規化するステップを更に含む、請求項21に記載のシステム。
- 前記パワー・スペクトルにおける終端ピークを解析することにより前記電気ケーブル端部の状態に関する尺度を確立するステップを更に含んでおり、このステップは、前記終端ピークのそれぞれの側における2つの谷の間の差dyと前記終端ピークの高さdzとの間の関係を確立するステップを含む、請求項13から22までのいずれか一項に記載のシステム。
- 前記解析器は、
前記複素ケーブル・インピーダンスZDUTの少なくとも2つの共振周波数を評価し、
前記複素ケーブル・インピーダンスZDUTの2つの連続的な共振周波数値fk及びfk+1をそれぞれ識別し、
Lを前記電気ケーブルの長さとして、vr=2L(fk+1−fk)/v0を適用することにより、前記電気ケーブルの相対位相速度vrの第1の値を計算し、
前記第1の相対位相速度vrを用いて、
を適用することにより、前記電気ケーブルの前記基本周波数f’を計算し、
f’の前後における選択可能な区間において前記時間領域t’における最大ピーク値を発見することにより、前記基本周波数f’の第2の値f”を計算し、
を適用することにより、前記相対位相速度vfinal rの推定値を計算するように動作可能である、請求項13から23までのいずれか一項に記載のシステム。
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