JP5704794B2 - シールド部材の異常検出方法及びシールド部材の異常検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、シールド部材の異常検出方法及びシールド部材の異常検出装置に係り、特に、導電性を有する芯線、該芯線を被覆する内部絶縁体、該内部絶縁体の外周に巻き付けられたシールド部材、及び、該シールド部材を被覆する外部絶縁体、を有する電線における前記シールド部材の異常を検出するシールド部材の異常検出方法及びシールド部材の異常検出装置に関するものである。

上述した電線として、図６に示すような、高圧電力を供給するためのＣＶケーブル１０が知られている。同図に示すように、ＣＶケーブル１０は、芯線１１と、内部絶縁体としての絶縁体１２と、シールド部材としての銅テープ１３と、外部絶縁体としてのシース１４と、を備えている。

芯線１１は、導電性を有する導体から成る。絶縁体１２は、架橋ポリエチレンなどから成り、芯線１１を被覆する。銅テープ１３は、内部で発生した電界が外部に漏れないように遮蔽するために設けられている。銅テープ１３は、テープ状に設けられており、絶縁体１２の外周に巻き付けられる。シース１４は、ポリエチレンなどから成り、銅テープ１３を被覆する。

上述したＣＶケーブル１０は、布設状況や経年変化などによって銅テープ１３にズレが生じることがある。このズレにより、芯線１１には、場所によって銅テープ１３に覆われない部分が生じることがある。これにより、ＣＶケーブル１０の性能品質が劣化するという問題があった。

そこで、本出願人は、図６に示すようなシールド部材の異常検出装置を提案した（特許文献１）。同図に示すように、異常検出装置は、ＣＶケーブル１０を送信アンテナＡＴ１１と受信アンテナＡＴ１２とで挟む構造であり、ＣＶケーブル１０内部の銅テープ１３の有無による電磁界分布の変化から銅テープ１３のズレ検出を行う。図６（ａ）に示すように銅テープ１３がある場合は送信アンテナＡＴ１１から送信された電波のほとんどが銅テープ１３で反射されるため、受信アンテナＡＴ１２での受信レベルが低くなる。一方、図６（ｂ）に示すように銅テープ１３がない場合は、芯線１１のみで送信アンテナＡＴ１１から送信された電波を反射するため、銅テープ１３がある場合に比べて受信アンテナＡＴ１２での受信レベルが大きくなる。この受信レベル差によりＣＶケーブル１０内部の銅テープ１３のズレ検出を行う。

上述した図６に示す異常検出装置では、２つの送信アンテナＡＴ１１及び受信アンテナＡＴ１２でＣＶケーブル１０を挟む構成となっているので、装置のサイズが大きくなってしまう、という問題があった。そこで、装置のサイズを小型にするために、１つの送受信アンテナで電波の送信及び受信を行うことも考えられる。しかしながら、このように１つの送受信アンテナで電波の送信及び受信を行う場合、銅テープ１３のズレの有無による受信レベルの差を大きくすることができないため、銅テープ１３のズレ検出の性能（分解能）を高めるのは困難であった。

特開２００８−７６１７４号公報

そこで、本発明は、小型化を図りつつ正確にシールド部材の異常を検出することができるシールド部材の異常検出方法及びシールド部材の異常検出装置を提供することを課題とする。

本発明者らは、小型化を図りつつ正確にシールド部材の異常を検出できるシールド部材の異常検出方法及びシールド部材の異常検出装置を鋭意探求したところ、電線に対して一定距離内に配置するとシールド部材の有無によりアンテナの共振周波数が異なり、シールド部材があるときの共振周波数においてはシールド部材の有無によるアンテナの受信レベル差が大きくなることを見出し、本発明に至った。

即ち、請求項１記載の発明は、導電性を有する芯線、該芯線を被覆する内部絶縁体、該内部絶縁体の外周に巻き付けられたシールド部材、及び、該シールド部材を被覆する外部絶縁体、を有する電線における前記シールド部材の異常を検出するシールド部材の異常検出方法において、前記電線に対して前記シールド部材の有無によって送受信アンテナの共振周波数が異なるような一定距離内に前記送受信アンテナを配置する工程と、発振回路から前記シールド部材があるときの前記送受信アンテナの共振周波数で発振する前記送受信アンテナに向かう進行波を出力させる工程と、前記送受信アンテナから前記発振回路に戻る反射波を検波する工程と、前記検波した反射波の受信レベルに基づいて前記シールド部材の異常を検出する工程と、を順に行うことを特徴とするシールド部材の異常検出方法に存する。

請求項２記載の発明は、導電性を有する芯線、該芯線を被覆する内部絶縁体、該内部絶縁体の外周に巻き付けられたシールド部材、及び、該シールド部材を被覆する外部絶縁体、を有する電線における前記シールド部材の異常を検出するシールド部材の異常検出装置において、前記電線に対して前記シールド部材の有無によって共振周波数が異なるような一定距離内に配置された送受信アンテナと、前記シールド部材があるときの前記送受信アンテナの共振周波数で発振する前記送受信アンテナに向かう進行波を出力する発振回路と、前記送受信アンテナから前記発振回路に戻る反射波を検波する検波回路と、前記検波した反射波の受信レベルに基づいて前記シールド部材の異常を検出する判定回路と、を備えたことを特徴とする異常検出装置に存する。
請求項３記載の発明は、導電性を有する芯線、該芯線を被覆する内部絶縁体、該内部絶縁体の外周に巻き付けられたシールド部材、及び、該シールド部材を被覆する外部絶縁体、を有する電線における前記シールド部材の異常を検出するシールド部材の異常検出装置において、前記電線に対して前記シールド部材の有無によって共振周波数が異なるような一定距離内に配置された送受信アンテナと、前記シールド部材があるときの前記送受信アンテナの共振周波数で発振する前記送受信アンテナに向かう進行波を出力する発振回路と、前記送受信アンテナから前記発振回路に戻る反射波を検波する検波回路と、前記検波した反射波の受信レベルを出力する回路と、を備えたことを特徴とする異常検出装置に存する。

以上説明したように請求項１〜３記載の発明によれば、アンテナを１つにしてもシールド部材の有無による受信レベル差を大きくすることができるため、小型化を図りつつ正確にシールド部材の異常を検出することができる。

本発明のシールド部材の異常検出方法を実施したシールド部材の異常検出装置の一実施の形態を示す構成図である。 ＣＶケーブルに取り付けていない状態の送受信アンテナのＳ１１特性を示すグラフである。 ＣＶケーブルと送受信アンテナとの距離Ｌ＝５mmにおいて銅テープがある正常なＣＶケーブルと銅テープがないＣＶケーブルとに取り付けたときの送受信アンテナのＳ１１特性を測定した結果を示すグラフである。 ＣＶケーブルと送受信アンテナとの距離Ｌ＝１０mmにおいて銅テープがある正常なＣＶケーブルと銅テープがないＣＶケーブルとに取り付けたときの送受信アンテナのＳ１１特性を測定した結果を示すグラフである。 ＣＶケーブルと送受信アンテナとの距離Ｌ＝２０mmにおいて銅テープがある正常なＣＶケーブルと銅テープがないＣＶケーブルとに取り付けたときの送受信アンテナのＳ１１特性を測定した結果を示すグラフである。 従来のシールド部材の異常検出装置の一例を示す構成図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明のシールド部材の異常検出方法を実施したシールド部材の異常検出装置２０の一実施の形態を示す構成図である。この異常検出装置２０は、例えばＣＶケーブル１０の銅テープ１３の異常を検出する。ここで、銅テープ１３の異常とは、銅テープ１３がズレて、芯線１１の一部に銅テープ１３によって覆われていない部分が生じることを言う。

上記ＣＶケーブル１０は、背景技術で説明したように、芯線１１と、内部絶縁体としての絶縁体１２と、シールド部材としての銅テープ１３と、外部絶縁体としてのシース１４と、を備えている。芯線１１は、導電性を有する導体から成る。絶縁体１２は、架橋ポリエチレンなどから成り、芯線１１を被覆する。銅テープ１３は、テープ状に設けられており、絶縁体１２の外周に巻き付けられている。シース１４は、ポリエチレンなどから成り、銅テープ１３を被覆する。

異常検出装置２０は、送受信アンテナＡＴと、発振回路２１と、サーキュレータ２２と、受信回路２４と、を備えている。送受信アンテナＡＴは、ＣＶケーブル１０の長手方向に沿って走査できるように図示しない取付部によってＣＶケーブル１０に取り付けられている。送受信アンテナＡＴは、上記取付部によってＣＶケーブル１０に対して銅テープ１３の有無によって共振周波数が異なるような一定距離内に配置される。発振回路２１は、発振して上記送受信アンテナＡＴに向かう進行波Ｗ１を出力する。発振回路２１は、銅テープ１３があるときの送受信アンテナＡＴの共振周波数で発振する進行波Ｗ１を出力する。

サーキュレータ２２は、３つのポートＰ１〜Ｐ３を有している。サーキュレータ２２においては、ポートＰ１に入力された発振回路２１から送受信アンテナＡＴに向かって進む進行波Ｗ１がポートＰ２から出力される。また、ポートＰ２に入力された送受信アンテナＡＴから発振回路２１に向かって進む反射波Ｗ２がポートＰ３から出力される。なお、反射波Ｗ２は、送受信アンテナＡＴから放射された進行波Ｗ１のうちＣＶケーブル１０の芯線１１又は銅テープ１３で反射された反射波と、送受信アンテナＡＴに達した進行波Ｗ１のうち送受信アンテナＡＴで反射された反射波と、から構成されている。

よって、サーキュレータ２２のポートＰ１−発振回路２１間の伝送路には、上記進行波Ｗ１が伝送される。サーキュレータ２２のポートＰ２−送受信アンテナＡＴ間の伝送路には、上記進行波Ｗ１及び反射波Ｗ２が伝送される。サーキュレータ２２のポートＰ３−受信回路２４間の伝送路には、上記反射波Ｗ２が伝送される。

上記受信回路２４は、検波回路２４１と、判別回路２４２と、警報回路２４３と、を備えている。検波回路２４１は、上述したサーキュレータ２２のポートＰ３から出力される反射波Ｗ２を受信して、その受信レベルを判別回路２４２に対して出力する。判別回路２４２は、例えば一定時間経過する毎に、又は、ＣＶケーブル１０を一定距離走査する毎に検波回路２４１から出力された受信レベルと予め定めた閾値とを比較して銅テープ１３がズレていると判別したとき、その旨を警報回路２４３に対して出力する。警報回路２４３は、判別回路２４２が銅テープ１３のズレを判別したとき警報を発生する。

次に、上述した異常検出装置２０の動作を説明する前に、本発明の銅テープ１３の異常検出方法の原理について説明する。まず、発明者は、ＣＶケーブル１０に取り付けていない状態の送受信アンテナＡＴのＳ１１（反射）特性を測定した。結果を図２に示す。また、発明者は、ＣＶケーブル１０と送受信アンテナＡＴとの距離Ｌを５mm、１０mm、２０mmと変化させ、銅テープ１３がある正常なＣＶケーブル１０と銅テープ１３がズレて銅テープ１３がないＣＶケーブル１０とにそれぞれ取り付けたときの送受信アンテナＡＴのＳ１１特性を測定した。なお、ＣＶケーブル１０は１５０mm²の導体サイズのものを用い、銅テープ１３のズレは１０mmとした。結果を、図３〜図５に示す。

図２に示すように、ＣＶケーブル１０に取り付けられていない送受信アンテナＡＴ単体の共振周波数は２．４４ＧＨｚである。また、図３〜図５に示すように、ＣＶケーブ１０に送受信アンテナＡＴを取り付けると、銅テープ１３があるときの送受信アンテナＡＴの共振周波数が銅テープ１３がないときの送受信アンテナＡＴの共振周波数よりも高周波側にシフトすることが分かった。

一般的にアンテナに金属を近づけると共振周波数が変化する。よって、銅テープ１３があるときは金属体である銅テープ１３が送受信アンテナＡＴの近傍に配置されるため、送受信アンテナＡＴの共振周波数がシフトすると考えられる。一方、銅テープ１３がないときは芯線１１が送受信アンテナＡＴの一番近くに配置される金属体となるが、銅テープ１３に比べて離れた位置に配置されるため、送受信アンテナＡＴが芯線１１の影響を受けることはなく、共振周波数はほとんどシフトしないと考えられる。

また、図３〜図５に示すように、銅テープ１３があるときの共振周波数におけるＳ１１と銅テープ１３がないときの共振周波数におけるＳ１１とが異なるのは、送受信アンテナＡＴから放射された電波が銅テープ１３で反射したときと芯線１１で反射したときとで反射量および伝送経路長などが異なるためである。

具体的には、Ｌ＝５mmのときは、銅テープ１３があるときの送受信アンテナＡＴの共振周波数は２．５１ＧＨｚであり、共振周波数のシフト量は７０ＭＨｚである。よって、ＣＶケーブル１０に取り付けられていない送受信アンテナＡＴ単体の共振周波数２．４４ＧＨｚでは銅テープ１３の有無によるＳ１１の差は６ｄＢ程度しかないが、銅テープ１３があるときの送受信アンテナＡＴの共振周波数である２．５１ＧＨｚでは銅テープ１３の有無によるＳ１１の差は１５ｄＢと大きな差を得ることができることが分かった。

また、Ｌ＝１０mmのときは、銅テープ１３があるときの送受信アンテナＡＴの共振周波数は２．４７ＧＨｚであり、共振周波数のシフト量はＬ＝５mmよりも小さい３０ＭＨｚである。しかしながら、Ｌ＝５mmのときと同様に銅テープ１３があるときの送受信アンテナＡＴの共振周波数である２．４７ＧＨｚでは銅テープ１３の有無によるＳ１１の差は２０ｄＢ以上と大きな差を得ることができることが分かった。

また、Ｌ＝２０mmのときは、ＣＶケーブル１０で反射された反射波の影響がほとんどなくなる。このため、銅テープ１３があるときの共振周波数におけるＳ１１と銅テープ１３がないときの共振周波数におけるＳ１１とが同じになり、またそれぞれの共振周波数の差もほとんどないため、銅テープ１３の有無によるＳ１１の差はほとんどない。そこで、本実施形態では、ＣＶケーブル１０−送受信アンテナＡＴ間の距離Ｌを例えば１０mm以内にし、銅テープ１３があるときの共振周波数で発振回路２１を発振させることにより、銅テープ１３の有無による検波回路２４１の受信レベル差を大きくした。

次に、上述した原理を踏まえた上で異常検出装置２０を用いた異常検出方法について説明する。まず、作業者は、上述した図示しない取付部を用いて、ＣＶケーブル１０に対して銅テープ１３の有無によって共振周波数が異なるような一定距離内に送受信アンテナＡＴを配置する。本実施形態では、例えば距離Ｌ＝５mmになるように送受信アンテナＡＴを配置する。次に、作業者は、異常検出装置２０を操作して発振回路２１から銅テープ１３があるときの送受信アンテナＡＴの共振周波数２．５１ＧＨｚ（図３参照）で発振する送受信アンテナＡＴに向かう進行波Ｗ１を出力させる。これにより、進行波Ｗ１のうち送受信アンテナＡＴで反射されたり、ＣＶケーブル１０の銅テープ１３又は芯線１１で反射された送受信アンテナＡＴから発振回路２１に戻る反射波が検波回路２４１で検波される。

検波回路２４１は、上記反射波を検波してその受信レベルを判別回路２４２に対して出力する。判別回路２４２は、例えば一定時間経過する毎に、又は、ＣＶケーブル１０を一定距離走査する毎に、検波回路２４１から出力された受信レベルと予め定めた閾値とを比較して銅テープ１３の有無を判別する。例えば、Ｌ＝５mmに設定した場合は、図３に示すように、共振周波数２．５１ＧＨｚにおける銅テープ１３があるときのＳ１１は−２１ｄＢであり、銅テープ１３がないときのＳ１１は−６ｄＢである。よって、閾値＝−１５ｄＢに設定して、判別回路２４２は、検波回路２４１から出力された受信レベルが−１５ｄＢ以上のときに銅テープ１３がズレていると判別する。警報回路２４３は、判別回路２４２により銅テープ１３がズレていると判別されたとき警報を発生して作業者に伝える。

上述した異常検出装置２０によれば、アンテナを１つにしても銅テープ１３の有無による受信レベル差を大きくすることができるため、小型化を図りつつ正確に銅テープ１３の異常を検出することができる。

なお、上述した実施形態によれば、判別回路２４２により銅テープ１３がズレているか否かを判別させていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、検波回路２４１により検波された反射波Ｗ２の受信レベルを表示させる表示部を設けて、作業者が表示部に表示された受信レベルを見て銅テープ１３がズレているか判別できるようにしてもよい。

また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１０ ＣＶケーブル（電線）
１１ 芯線
１２ 絶縁体（内部絶縁体）
１３ 銅テープ（シールド部材）
１４ シース（外部絶縁体）
２０ 異常検出装置
２１ 発振回路
２４１ 検波回路
ＡＴ 送受信アンテナ

Claims (3)

1. 導電性を有する芯線、該芯線を被覆する内部絶縁体、該内部絶縁体の外周に巻き付けられたシールド部材、及び、該シールド部材を被覆する外部絶縁体、を有する電線における前記シールド部材の異常を検出するシールド部材の異常検出方法において、
   前記電線に対して前記シールド部材の有無によって送受信アンテナの共振周波数が異なるような一定距離内に前記送受信アンテナを配置する工程と、
   発振回路から前記シールド部材があるときの前記送受信アンテナの共振周波数で発振する前記送受信アンテナに向かう進行波を出力させる工程と、
   前記送受信アンテナから前記発振回路に戻る反射波を検波する工程と、
   前記検波した反射波の受信レベルに基づいて前記シールド部材の異常を検出する工程と、
   を順に行うことを特徴とするシールド部材の異常検出方法。
2. 導電性を有する芯線、該芯線を被覆する内部絶縁体、該内部絶縁体の外周に巻き付けられたシールド部材、及び、該シールド部材を被覆する外部絶縁体、を有する電線における前記シールド部材の異常を検出するシールド部材の異常検出装置において、
   前記電線に対して前記シールド部材の有無によって共振周波数が異なるような一定距離内に配置された送受信アンテナと、
   前記シールド部材があるときの前記送受信アンテナの共振周波数で発振する前記送受信アンテナに向かう進行波を出力する発振回路と、
   前記送受信アンテナから前記発振回路に戻る反射波を検波する検波回路と、
   前記検波した反射波の受信レベルに基づいて前記シールド部材の異常を検出する判定回路と、
   を備えたことを特徴とする異常検出装置。
3. 導電性を有する芯線、該芯線を被覆する内部絶縁体、該内部絶縁体の外周に巻き付けられたシールド部材、及び、該シールド部材を被覆する外部絶縁体、を有する電線における前記シールド部材の異常を検出するシールド部材の異常検出装置において、
   前記電線に対して前記シールド部材の有無によって共振周波数が異なるような一定距離内に配置された送受信アンテナと、
   前記シールド部材があるときの前記送受信アンテナの共振周波数で発振する前記送受信アンテナに向かう進行波を出力する発振回路と、
   前記送受信アンテナから前記発振回路に戻る反射波を検波する検波回路と、
   前記検波した反射波の受信レベルを出力する回路と、
   を備えたことを特徴とする異常検出装置。

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