JP2731334B2

JP2731334B2 - より線の素線切れ発見装置

Info

Publication number: JP2731334B2
Application number: JP5081681A
Authority: JP
Inventors: 健夫三島田; 正小比田; 五郎横田
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 1993-04-08
Filing date: 1993-04-08
Publication date: 1998-03-25
Anticipated expiration: 2013-03-25
Also published as: JPH06294776A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気鉄道の電力供給用
に敷設された電力用の裸より線及び配電線用の絶縁電線
などのより線の素線切れ発見装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気鉄道の電力供給用に敷設される電線
は、硬アルミより線、硬銅より線、ＡＣＳＲ（硬心アル
ミより線）、および亜鉛メッキ鋼より線等の種類があ
り、何れも、図１１(a)に示すように素線１を撚った，
より線２である。これらのより線２は、図１２に敷設例
として、その一部を示すように、電車線路の吊架線、補
助吊架線、き電線、き電吊架線、負き電線、帰線、ＡＴ
保護線等に、必要な電気・機械的特性に応じて選択さ
れ、裸線状態で使用される。また、配電線等には、図１
１(b)に示すように、絶縁材で覆われた絶縁被覆より線
２′が使用される。

【０００３】これらのより線２，２′は外気に晒され、
電気・機械的ストレスを継続して受けるので、使用年月
の経過とともに劣化が進行する。劣化の激しい状態で放
置すると、電力供給に支障が生じ、場合によっては全切
断となって垂れ下がり、大事故につながるおそれがあ
る。したがって、検査を適宜行い、劣化の進んだより線
に対して交換工事を行っている。この劣化状態を大別す
ると、図１３に示す腐食と図１４に示す素線切れがあ
る。腐食は、より線２，２′の表面から一定の面積をも
って腐食が進行し、より線２，２′が細くなっていく現
象であり、素線切れは、より線２，２′の特定位置で、
断面方向に素線切れが内部に向けて進行する現象であ
る。

【０００４】ここで、腐食と素線切れが事故発生原因と
なる割合を、硬アルミより線について調査した結果を図
１５に示す。この図からは、素線切れを原因とする事故
が腐食を原因とする事故に匹敵する程度に発生し、素線
切れについても腐食と同じように交換時期判断の検討材
料とする必要があることがわかる。

【０００５】上記腐食の判定方法としては、本出願人が
提案した腐食劣化判定法（特開平４−２８２４５１号）
がある。この方法は、腐食が、より線の径を平均的に小
さくするため、新品のより線によって得られる出力（標
準値）と比較する標準比較方式を採用している。すなわ
ち、１次コイルによって特定周波数の磁界を、より線に
与え、これによって生じる渦流を２次コイルで検出し、
既知の標準値と比較して腐食量を定量的に検出する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の試験方法
は、渦流がより線の残存量に比例して発生することに着
目し、これによって腐食量の定量検出を行なっている。

【０００７】しかし、上記方法では素線切れを発見し、
その進行程度を定量的に示すことはできない。これは、
素線切れが特定箇所を基点とし、そこから断面方向に進
行する現象であり、相当深く進行しても、腐食量として
は小さいからである。

【０００８】したがって、素線切れについては、目視検
査に依らざるを得ない。この目視検査は、より線が高い
位置に架設されているため、人がはしご、タワー、保守
用車等に乗り、活線状態あるいは停電状態の電線に接近
して行うもので、裏側についても反射ミラー等を用いて
調べる必要がある。

【０００９】ところで、素線切れは、その傷口の幅と深
さが比例するとは限らず、その進行状況は外部から見た
だけでは不明確で、完全な検査を行うことはできない。
また、この作業は危険を伴うとともに、検査すべき、よ
り線の長さは相当な距離のものであり、保守用車の操作
要員等も含めると多数の人手を要し、作業コストは非常
に高い。

【００１０】したがって、現実的には、使用期間が一定
年月を経過したとき強制的に電線を交換する時間基準保
全を採用せざるを得ない。この結果、取替時期が不適切
となり、まだ十分使用可能なより線の取替を実施した
り、取替えが遅れて事故を発生させてしまう等の問題が
あった。

【００１１】そこで、本発明は素線切れを定量的に検出
できる装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明が提供するより線
の素線切れ発見装置は、中央のコイルを１次コイル、そ
の両側のコイルを２次コイルとして細長く巻回した３本
のコイルを平行に並べ、各コイルを、検出対象である電
力用の裸より線及び配電線用の絶縁電線等のより線の周
方向に、より線全体を包み込み、かつ、各コイル先端が
より線を越える位置まで延びるように逆Ｕ字状に屈曲し
て形成したセンサー部と、このセンサー部をより線に対
して各コイルが一定間隔を保つ状態で跨らせ、より線の
敷設方向に移動させる走行機構を持つ検出部と、上記１
次コイルに交流電流を流し、これによって生じるより線
の渦流で、両側にある２本の２次コイルに発生する誘導
電圧を差動的に取り出し、素線切れの進行程度を示す値
として出力させる制御部とを具備したことを特徴とす
る。

【００１３】さらに、上記センサー部の各コイル高さ
を、より線径の２倍以上とした構成、及び、上記検出部
に、より線の上記コイルと相対する部分を磁気飽和させ
る磁気飽和装置を備えた構成を提供する。

【００１４】

【作用】上記構成で、中央の１次コイル４に交流電流を
流すと、これと対向する、より線部分に渦流が発生す
る。この渦流は、両側の２次コイル５₁，５₂と対向する
部分にも流れ、２本の２次コイル５₁，５₂の双方に誘導
電圧を発生させる。

【００１５】この誘導電圧は、より線形状が均一であれ
ば、１次コイル４に対するより線と２次コイル５₁，５₂
の線対称配置から、２次コイルの双方で等しい。

【００１６】しかし、素線１に断線があると、この断線
による溝状の傷部分で渦流が断ち切られ、この断線部分
と対向する２次コイルの誘導電圧は、断線部分の深さと
長さに比例して低下する。

【００１７】したがって、２本の２次コイルの出力を差
動的に取り出す回路構成とし、上記１次コイルと２次コ
イルからなるセンサー部を、走行機構によって、より線
に対して一定の間隔を保って走行させれば、一方の２次
コイルが素線の断線部分の上に位置したとき、断線の進
行状況に応じた電気出力が発生し、これを位相検波等の
処理で取出せば、素線切れの程度を定量的に検出でき
る。

【００１８】また、上記１次コイルと２次コイルの高さ
を、図１，図２に示すように、より線を上から跨いだと
き、より線の下面を越え下方に突出する大きさにしてい
るので、１次コイルの作る磁界を、より線の下面に到達
させ、この下面に発生する渦流によって２次コイルに誘
導電圧を発生させることができ、センサー部が下方オー
プン形状であるにもかかわらず、より線下面の素線切れ
検出が可能になる。この１次コイルと２次コイルの高さ
を、より線径の２倍以上にすると、特に好ましい結果が
得られる。

【００１９】さらに、磁気飽和装置を用いると、検出対
象が鋼心アルミより線等の磁性体を含む、より線であっ
ても、磁気飽和によって非磁性体材料と同一条件で検出
可能となる。

【００２０】

【実施例】以下、この発明の具体的実施例について説明
する。

【００２１】この発明は、素線切れの形状に着目した検
出方式を採用している。すなわち、素線切れは特定箇所
から深さ方向に進行し、欠損量としては小さいので、従
来例で説明した標準比較方式は採用できない。また素線
切れは、より線に加わる張力との関係で、より線と交差
する断面方向に進行する性質を持つ。

【００２２】そこで、より線と交差する方向に細帯状の
交流磁界の作用領域と、これに隣接する２つの細帯状の
検出領域を設定し、作用領域に交流磁界を作用させて渦
流を生じさせたとき、隣接した検出領域に流れる渦流に
よる磁界の大きさの差を取出す自己比較方式を採用す
る。

【００２３】この方式は、素線切れのある部分と正常な
部分との差を取り出すので、より線径の変化に左右され
ず正確に素線切れ量を検出できる。また、帯状の検出領
域の幅を素線切れの溝幅に対応させることによって十分
な感度が得られる。

【００２４】このような検出を行うセンサー部は、既に
敷設されているより線に対して検査を行うので、容易に
着脱できる構造とする必要があり、図１及び図２に示す
ように下方が開口するオープン形状で製作される。

【００２５】すなわち、より線２，２′に上方から跨
り、より線２，２′に沿って走行可能な鞍型のボビン３
を用い、ここに３本のコイルを、中央に交流磁界を作用
させる１次コイル４、その前後に渦流検出を行う２本の
２次コイル５₁，５₂を、上方から逆Ｕ字状に跨らせ走行
方向に所定間隔で固定配置する。各コイル４，５₁，５₂
は、例えば図３に示すように長径／短径の比が大きい、
長円形に巻回したものを、逆Ｕ字状に曲げて製作され
る。各コイルの短い方向の内面間隔Ｗと設置間隔Ｌは、
通常の素線切れの溝幅に対応させる。

【００２６】この寸法Ｗ，Ｌを略素線外径に等しく設定
するとＳ／Ｎ比を最大にできる。より線２，２′の外径
によって、Ｗ，Ｌの最適値は変わるが、より線２，２′
の素線外径は、一般に数ｍｍと小さく、素線切れの幅も
通常小さいので、略５ｍｍ以下に設定すれば、通常の検
査には十分な検出性能が得られる。

【００２７】この１次コイル４及び２次コイル５₁，５₂
は、下方オープンのセンサー形状に対応させ下方に長く
延ばして、より線２，２′の下面をも検出できるように
する。具体的には、各コイルの高さｈを、より線径ｄの
２倍以上とすれば、より線下面の良好な素線切れ検出が
可能になる。

【００２８】この構造による検出データ例を図１０(a)
に示す。このデータは、図１０(b)に示すように、φ１
４ｍｍ径の鉄パイプ４２の上部、下部、右側面、左側面
の夫々に、軸方向位置を異ならせてφ１.０ｍｍのドリ
ル穴４３を開け、各コイル高さｈを２８ｍｍ（ｈ＝２
ｄ）と設定して、夫々の穴を検出したとき得られる位相
検波出力の波形を示すものである。

【００２９】この結果からわかるように、各コイル４，
５₁，５₂の高さを、検出対象とする線材の径に対し十分
に大きくすれば、下側にある線材の欠損部、すなわちよ
り線の下面にある素線切れを、他の部分にある素線切れ
と同様の感度で検出できることがわかる。

【００３０】このセンサー部６を動作させる駆動回路
は、図４のように構成される。すなわち、所定周波数の
交流電源７によって１次コイル４に交流電流を通じ、こ
れによって、より線２，２′に生じた渦流を、両側に配
置した２本の２次コイル５₁，５₂で誘導により検出す
る。２本の２次コイル５₁，５₂は差動的に直列接続さ
れ、誘導電圧出力の差分を、前置増幅器８を通して取り
出す。さらに図示しない位相検波回路で信号処理する
と、この出力は、素線切れの部分の断面積（本数）と一
定の関係を持つ。

【００３１】したがって、上記センサー部６を、より線
２，２′に沿って走行せると、素線切れが発生している
部分を通過するとき、素線切れ量に応じた出力を得るこ
とができ、これによって、素線切れを定量的に検出する
ことができる。

【００３２】ところで、より線２が鋼心アルミより線の
ように磁性体を構成要素としている場合には、１次コイ
ル４と２次コイル５₁，５₂の直接の磁束鎖交数が増大
し、これによる２次出力が渦流による２次出力を相対的
に低下させて、検出精度を低下させる。

【００３３】そこで、これを防止するため、図５，図６
に示すような磁気飽和装置（永久磁石）を配置する。こ
の磁気飽和装置９は、例えば数個の永久磁石を重ねて収
容した矩形容器１０の両端に、一対の磁極１１を固定し
たもので、この磁極１１は上記センサー部６の外側位置
で、より線２に跨るように配置され、より線２のセンサ
ー部６に囲まれる部分を磁気飽和させる。この磁化の程
度は、例えば磁極１１の内面で１０００ガウス程度の磁
界を作用させればよく、永久磁石として希土類材質のも
のを使用すれば、この程度の磁界は容易に得られる。

【００３４】磁極１１の下面にはＦＲＰ樹脂等の非磁性
材１２を張り付けてある。これは、磁極１１が、より線
２を吸着して離れにくくなり、摩擦で傷を付けたりする
現象を防止するためで、これによって着脱を容易にして
いる。

【００３５】なお、図５の１３はこの磁気飽和装置９
を、後述する検出器本体に取付けるための孔であり、図
６の１４は上記円筒容器１０と磁極１１を固定するため
の取付孔である。この磁気飽和装置９は一定の磁界を供
給し、それ自体が誘導を生じさせるものではないため、
非磁性体のより線２，２′の測定に対しても影響を与え
ない。したがって、常に取付けた状態で使用され、検査
対象の材質に応じて着脱するといった手間は必要としな
い。

【００３６】上記センサー部６及び磁気飽和装置９は、
図７に示すように走行機構を備えた検出部１５に組み込
まれる。この検出部１５は、モータと電池を内蔵した自
走式のもので、従来は絶縁棒によって牽引していたもの
を、遠隔操作で自走可能とし、作業性を大幅に改善して
いる。図７において、１６は上記センサー部６と磁気飽
和装置９を設けた検出部１５のケースで、上方側面によ
り線上を走行させる一対の駆動プーリ１７、この駆動プ
ーリ１７に向けて下側から対向する位置に一対のピンチ
ローラ１８、上面に運搬用の把手１６ａを取付け、内部
に電源電池１９、モータ２０、図示しない走行制御回
路、及び送受信装置を内蔵している。

【００３７】上記駆動プーリ１７は、周面により線２，
２′に嵌まり込む断面半円状の溝１７ａを形成したもの
で、図示しない伝達機構を介し上記モータ２０から駆動
力を受けて回転する。この駆動プーリ１７の溝内には、
図９に示すように、ウレタンゴム１７ｂが焼き付けら
れ、より線２，２′とのスリップを防止し、傷付けをな
くしている。

【００３８】ピンチローラ１８は、より線２，２′を、
駆動プーリ１７に向けて下方から挟み付けるように設け
られる。これは走行中に、検出部１５内のセンサー部６
と、より線２，２′の間隔を一定に保ち、振動を防止し
てリフティングノイズの発生を防止するためである。

【００３９】検出部１５は、より線２，２′に対し容易
に着脱できることが必要であるので、このピンチローラ
１８は、図９に示すように、ピンチローラ１８を回転自
在に支持したＬ型アーム２４、揺動レバー２５、及び引
張スプリング２６からなるリンク機構によって取付けて
いる。

【００４０】揺動レバー２５は、一端をケース１６に立
てたピンに揺動自在に取付け、その揺動端で、Ｌ型アー
ム２４の中間の角部を回転自在に支持する。引張スプリ
ング２６は、Ｌ型アーム２４のピンチローラ支持側と反
対側に延びるレバーを、ケース１６の所定位置に向けて
付勢する。この構造は、Ｌ型アーム２４の姿勢と引張ス
プリング２６による付勢方向との関係で、図９(a)に示
すピンチローラ１８を水平にする挟み付け状態と、図９
(b)に示すようにピンチローラ１８を垂直にする退入状
態の２つの安定姿勢を交互に取るスナップ動作をする。
揺動レバー２５は、Ｌ型アーム２４の支点を、引張スプ
リング２６のケース側支持点に対し上下動させることに
よって、上記スナップ動作の安定を図る。

【００４１】なお、図９で２２は電源スイッチ、２３は
動作表示灯であり、この検出部１５の下面には、より線
２，２′に対して着脱するための操作竿４１が取付けら
れる。

【００４２】上記検出部１５は、より線２，２′の上に
跨った状態で、後述する制御部２７からの指令を受け、
任意方向に所定速度で走行して、前置増幅器８から出力
される２次コイル５₁，５₂の出力差を、この制御部２７
に出力する。

【００４３】この制御部２７の操作パネル２８を図８に
示す。この制御部２７は、上記検出部１５と無線式又は
有線式の送受信装置でつながれ、検出部１５の走行制御
を行うとともに、受信信号を処理して素線切れの定量検
出を行う。

【００４４】この制御部２７の操作パネル２８には、線
種切換えスイッチ２９、発振周波数調整ダイアル３０、
検波位相設定ダイアル３１、走行方向切換えスイッチ３
２、走行速度調整ダイアル３３、信号増幅度可変ダイア
ル３４、レベル計３５、検出感度調整ダイアル３６、素
線切れ検出ブザー３７、外部レコーダ３９への出力端子
３８、電源スイッチ４０が設けられている。

【００４５】線種切換えスイッチ２９は、検出対象とす
る、より線の種別を指定する。これによって、より線の
材質に適した、励磁電流の周波数と検波位相が自動設定
される。この周波数と位相は、発振周波数調整ダイアル
３０と検波位相調整ダイアル３１によって手動調整でき
る。

【００４６】検出部１５の走行状態は、走行方向切換え
スイッチ３２及び走行速度調整ダイアル３３によって行
える。

【００４７】信号増幅度可変ダイアル３４は、受信した
信号を適正なレベルで位相検波するための調整を行う。
この位相検波の結果は、レベル計３５で表示されるの
で、これを見て、より線の素線切れ状態を連続して観察
できる。

【００４８】この位相検波のレベルが、検出感度調整ダ
イアル３６で設定される所定のレベルを越えると、素線
切れ検出ブザー３７が鳴り、作業者に知らせる。また、
この位相検波出力は出力端子３８を通して、外部のレコ
ーダ３９に出力させ記録することができる。

【００４９】次に具体的な使用方法を説明する。初め
に、検出部１５を、より線２，２′に乗せる。これは図
９(b)に示すように、ピンチローラ１８に下向きの垂直
姿勢を取らせた状態で、操作竿４１を持ち、駆動プーリ
１７の溝１７ａがより線２，２′に嵌まるように、検出
部１５をより線２，２′の上方からゆっくりと引き下げ
る。このとき、ピンチローラ１８を支持しているＬ型レ
バー２４の一端のレバーが、より線２，２′に当たり、
ピンチローラ１８を水平姿勢を取らせる向きに回転させ
る。一定角度回転すると、臨界点を乗り越えるので引張
スプリング２６は、ピンチローラ１８を上向きに付勢
し、駆動プーリ１７がより線２，２′の上に乗ったとき
は、図９(a)に示すように、より線２，２′を駆動プー
リ１７との間で挟み付けた状態となる。これによって走
行時の振動を防止し、センサー部６と、より線２，２′
の間隔を一定に保ち、リフティングノイズの発生を防止
する。

【００５０】次に、制御部２７の操作パネル２８を操作
して、線種及び走行方向・速度等の設定を行った後、検
出を行う。検出結果はレベル計３５で表示され、異常が
発見されると、即時にブザー３７で速報される他、これ
によって得られたデータを外部のレコーダ３９に順次記
録できる。このデータは、より線の素線切れ量を定量的
に表すものであり、これに基づいて、より線の交換の必
要の有無を正確に判断できる。

【００５１】検出作業が終了して検出部１５を取り外す
ときは、図９(a)に示す状態で、操作竿４１を持って、
上方に押し上げる。これによりピンチローラ１８が、よ
り線２，２′によって下方に押され、Ｌ型レバー２４を
図中時計回り方向に回転させ、図９(b)に示すようにピ
ンチローラ１８を下向きの垂直姿勢を取らせる。この状
態で、揺動レバー２５も垂直姿勢となり、Ｌ型レバー２
４の支点を、引張スプリング２６が延びる位置より上方
に位置させる。したがって、この姿勢は安定したものと
なり、検出部１５を容易に取り外すことができる。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、電力設備における各種
より線２，２′の素線切れ状態の把握を、簡便な操作
で、正確に行えるようになる。したがって、より線の保
全方法を、従来採用されていた不正確な目視検査を併用
する時間基準保全から、設備診断機器を使用する正確な
状態基準保全に移行できる。

【００５３】そのため、検査周期が延伸でき、毎年のよ
り線の検査要員を減少できるとともに、使用可能なより
線の取替を行うこともなくなり、より線の保守経費を減
らすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】センサー部を構成するより線に跨る鞍型ボビン
に対する１次コイルおよび２次コイルの配置例を示す正
面図

【図２】図１に示すコイル配置を、より線が延びる方向
から見た側面図

【図３】鞍型ボビンに装着する前の状態である，平面形
状の１次コイルおよび２次コイルを示す平面図

【図４】本発明の検出部の電気回路例を示す図

【図５】磁気飽和装置の配置を、図２に示す１次コイル
及び２次コイルを装着した鞍型ボビンに対する位置関係
で示す正面図

【図６】図５に示す磁気飽和装置の側面図

【図７】鞍型ボビン及び磁気飽和装置を備えた検出部の
外観を示す正面図

【図８】図７に示す検出部に対して、走行制御、素線切
れの検出制御を行う制御部の外観を示す平面図

【図９】図７の検出部のピンチローラの動き〔(a) より
線を下から抑えた状態、(b) 開放状態〕を示す側面図

【図１０】図３に示すように１次コイル及び２次コイル
を下向きに長くすると、より線の下面の素線切れを検出
できることを示すもので、その(a)は出力特性図、その
(b)は検査に用いた線材の形状を示す断面図である。

【図１１】本発明の対象とする各種電線のより線形状を
示す正面図で、その(a)は裸電線、その(b)は絶縁電線を
示す。

【図１２】図１１に示すより線の電車線路における敷設
状態の一例を示す斜視図

【図１３】図１１に示すより線に腐食が進行した状態を
示す正面図

【図１４】図１１に示すより線に素線切れが進行した状
態を示す正面図

【図１５】電車線路におけるより線事故の発生原因別の
割合を示す図

【符号の説明】

１素線２，２′ より線３鞍型ボビン４１次コイル５₁，５₂ ２次コイル６センサー部７交流電源８前置増幅器９磁気飽和装置１０永久磁石を内蔵した矩形容器１１磁極１５検出部１７駆動プーリ１８ピンチローラ２８制御部の制御パネル３５レベル計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者横田五郎京都市右京区山ノ内御堂殿町13の１株式会社エレクトロニクスキョート内 (56)参考文献特開昭57−24853（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−127160（ＪＰ，Ａ) 特開平２−306161（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−66457（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−106087（ＪＰ，Ａ) 実開昭49−62072（ＪＰ，Ｕ) 特公昭57−34902（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】中央のコイルを１次コイル、その両側の
コイルを２次コイルとして細長く巻回した３本のコイル
を平行に並べ、各コイルを、検出対象である電力用の裸
より線及び配電線用の絶縁電線等のより線の周方向に、
より線全体を包み込み、かつ、各コイル先端がより線を
越える位置まで延びるように逆Ｕ字状に屈曲して形成し
たセンサー部と、このセンサー部をより線に対して各コ
イルが一定間隔を保つ状態で跨らせ、より線の敷設方向
に移動させる走行機構を持つ検出部と、上記１次コイルに交流電流を流し、これによって生じる
より線の渦流で、両側にある２本の２次コイルに発生す
る誘導電圧を差動的に取り出し、素線切れの進行程度を
示す値として出力させる制御部とを具備したことを特徴
とするより線の素線切れ発見装置。
【請求項２】上記センサー部の各コイル高さを、より
線径の２倍以上としたことを特徴とする請求項１に記載
したより線の素線切れ発見装置。
【請求項３】上記検出部に、より線の上記コイルと相
対する部分を磁気飽和させる磁気飽和装置を備えたこと
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載したより線の
素線切れ発見装置。