JP6091554B2

JP6091554B2 - 異常検知システム、及び、異常検知方法

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Publication number: JP6091554B2
Application number: JP2015128370A
Authority: JP
Inventors: 利康樋熊
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-06-26
Filing date: 2015-06-26
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2035-06-26
Also published as: JP2017009548A

Description

本発明は、電線の異常を検知する異常検知システム、及び、異常検知方法に関する。

空調機器などの設備機器は、電源線や信号線などの電線により、電源装置や他の設備機器と相互に接続される。このような電線に、断線、接触不良、短絡、酸化などの異常が発生すると、設備機器が正常に動作しなくなる恐れがある。そこで、現在、このような電線の異常を検知する種々の技術が知られている。

例えば、特許文献１には、ループ抵抗測定部と、インピーダンス測定部と、ＴＤＲ（Time Domain Reflectometry）測定部と、絶縁抵抗測定部と、切替え装置部と、コントローラと、データ蓄積部と、を備える電線・ケーブル系統の異常検知装置が開示されている。特許文献１に開示された異常検知装置では、コントローラが出力する切替え動作信号に従って切替え装置部が電線・ケーブル系統と各測定部との結線を切り換え、各測定部の測定データがデータ蓄積部に蓄積保存される。特許文献１に開示された異常検知装置では、複数種類の測定が順に実行され、複数種類の測定結果に基づいて、電線・ケーブル系統の異常が検知される。

特開平６−１９４４０１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された異常検知装置は、多くの種類の測定を実現するために複雑な構成となっており、また、実行する必要性が乏しい測定を無駄に実行することが多かった。このため、簡単な構成で効率的に電線の異常を検知する技術が望まれている。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で効率的に電線の異常を検知する異常検知システム、及び、異常検知方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る異常検知システムは、
一対の電線の一端間に電圧パルスを印加するパルス印加手段と、
前記電圧パルスの立ち上がり時刻を含む期間における前記一対の電線の一端間の電圧の変化を示す電圧波形を測定する波形測定手段と、
前記一対の電線の一端間の抵抗値を測定する抵抗値測定手段と、
前記一対の電線の他端間が短絡されている期間に前記波形測定手段により測定された電圧波形と前記一対の電線の他端間が開放されている期間に前記波形測定手段により測定された電圧波形とから求められる前記一対の電線のループ抵抗の理論値と、前記一対の電線の他端間が短絡されている期間に前記抵抗値測定手段により測定された抵抗値に基づく前記一対の電線のループ抵抗の実測値と、の差が予め定められた閾値を超える場合、前記一対の電線の異常を検知したことを示す情報を出力する情報出力手段と、を備える。

本発明では、一対の電線の他端間が短絡されている期間に測定された電圧波形と一対の電線の他端間が開放されている期間に測定された電圧波形とから求められる一対の電線のループ抵抗の理論値と、一対の電線の他端間が短絡されている期間に測定された抵抗値に基づく一対の電線のループ抵抗の実測値と、の差が予め定められた閾値を超える場合、一対の電線の異常を検知したことを示す情報が出力される。従って、本発明によれば、簡単な構成で効率的に電線の異常を検知することができる。

本発明の実施形態に係る異常検知システムの構成図である。本発明の実施形態に係る処理装置の構成図である。本発明の実施形態に係る異常検知システムの機能ブロック図である。パルス発生装置が発生する電圧パルスを示す図である。（Ａ）は、波形測定装置により測定される短絡時波形を示す図である。（Ｂ）は、波形測定装置により測定される開放時波形を示す図である。（Ｃ）は、相関係数波形を示す図である。本発明の実施形態に係る異常検知システムが実行する異常検知処理を示すフローチャートである。本発明の実施形態に係る異常検知システムをシールド付きケーブルに含まれる電線の異常の検知に適用する例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る異常検知システム１０００について説明する。異常検知システム１０００は、ケーブル５００に含まれる一対の電線の異常を検知するシステムである。より詳細には、異常検知システム１０００は、この一対の電線により構成される電路のループ抵抗の理論値とこの電路のループ抵抗の実測値との差に基づいて、この一対の電線に関わる断線、半断線、接触不良、短絡、酸化などの異常を検知するシステムである。

なお、ループ抵抗の実測値がループ抵抗の理論値よりも高くなるケースとして、この一対の電線に、断線、半断線、接触不良、酸化が生じた場合が考えられる。また、ループ抵抗の実測値がループ抵抗の理論値よりも低くなるケースとして、この一対の電線に、短絡、酸化が生じた場合が考えられる。本実施形態では、異常検知システム１０００は、ＴＤＲ（Time Domain Reflectometry）測定によりこの電路のループ抵抗の理論値を算出する。ループ抵抗の理論値は、ループ抵抗の定格値と考えることができる。

なお、本実施形態では、ケーブル５００に含まれる絶縁部材５６０は経年劣化などにより劣化せず、絶縁部材５６０の比誘電率は定格値のままであるものとする。同様に、本実施形態では、絶縁部材５６０の比誘電率、断面形状、断面積などにより決定されるケーブル５００の実効比誘電率も定格値のままであるものとする。図１に示すように、異常検知システム１０００は、処理装置１００と、パルス発生装置２００と、波形測定装置３００と、開閉切替装置４００と、を備える。

異常検知システム１０００は、ケーブル５００に含まれる４本の電線（電線５１０、電線５２０、電線５３０、電線５４０）に対する異常検知処理を実行する。ここで、異常検知システム１０００は、一対の電線（２本の電線）により構成される電路のループ抵抗や物理長の測定により電線の異常を検知する。このループ抵抗は、一対の電線の往復分の抵抗であり、この物理長は、一対の電線の片道分の物理的な長さである。異常検知システム１０００は、４本の電線の中から選択される適切な２本の電線を同時にチェックする処理を、４本の電線の全てがチェックされるまで繰り返し実行する。

４本の電線の中から同時にチェックする２本の電線を選択する手法は、適宜、調整することができる。ただし、異常検知システム１０００は、一対の電線により構成される電路に対してＴＤＲ測定を実行する。このため、ＴＤＲ測定が適切に実行されやすい一対の電線が選択されることが好適である。本実施形態では、設備機器６１０と設備機器６２０とが電線５１０と電線５２０とを介して相互に接続され、設備機器６３０と設備機器６４０とが電線５３０と電線５４０とを介して相互に接続されるものとする。この場合、図１に示すように、設備機器６１０が電線５１０の一端と電線５２０の一端とに接続され、設備機器６２０が電線５１０の他端と電線５２０の他端とに接続され、設備機器６３０が電線５３０の一端と電線５４０の一端とに接続され、設備機器６４０が電線５３０の他端と電線５４０の他端とに接続される。

ここで、一対の電線のそれぞれに同一の設備機器が接続される場合、この設備機器の内部のキャパシタンス成分の影響により、この一対の電線間が完全に開放状態とならない。従って、このような一対の電線に対しては、ＴＤＲ測定が正しく実行できない可能性が高い。そこで、同一の設備機器に接続されていない２本の電線により構成される一対の電線が選択されることが好適である。本実施形態では、電線５１０と電線５２０とに同一の設備機器（設備機器６１０、設備機器６２０）が接続され、電線５３０と電線５４０とに同一の設備機器（設備機器６３０、設備機器６４０）が接続されている。そこで、電線５１０と電線５２０との組合せ、及び、電線５３０と電線５４０との組合せは避けることが好適である。裏を返せば、電線５１０と電線５３０との組合せ、電線５１０と電線５４０との組合せ、電線５２０と電線５３０との組合せ、電線５２０と電線５４０との組合せが好適である。

本実施形態では、異常検知システム１０００は、電線５１０と電線５３０との組合せにより構成される一対の電線に対して異常検知処理を実行するものとして説明する。そして、この一対の電線に対する検知結果が異常であれば、電線５１０と電線５３０とのうちの少なくとも一方の電線に異常があることが判る。また、異常検知システム１０００は、電線５２０と電線５４０との組合せにより構成される一対の電線に対して異常検知処理を実行することにより、電線５２０と電線５４０とのうちの少なくとも一方の電線に異常があるか否かを判定することができる。つまり、本実施形態では、異常検知システム１０００は、２回の異常検知処理により、４本の電線の中に異常な電線が存在するか否かを判定することができる。

処理装置１００は、波形測定装置３００から取得された情報などを処理して、一対の電線の異常を検知する装置である。処理装置１００は、パルス発生装置２００や波形測定装置３００と通信する機能を有する。具体的には、処理装置１００は、パルス発生装置２００に電圧パルスを発生させる。また、処理装置１００は、波形測定装置３００に電圧波形を取得させ、波形測定装置３００から電圧波形を示す情報（以下「波形情報」という）を取得する。処理装置１００は、パーソナルコンピュータ、タブレット端末、スマートフォンなどである。以下、図２を参照して、処理装置１００の構成について説明する。

図２に示すように、処理装置１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１３、フラッシュメモリ１４、ＲＴＣ（Real Time Clock）１５、タッチスクリーン１６、計測器インターフェース１７、電気通信網インターフェース１８を備える。処理装置１００が備える各構成要素は、バスを介して相互に接続される。

ＣＰＵ１１は、処理装置１００の全体の動作を制御する。なお、ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に格納されているプログラムに従って動作し、ＲＡＭ１３をワークエリアとして使用する。ＲＯＭ１２には、処理装置１００の全体の動作を制御するためのプログラムやデータが記憶される。ＲＡＭ１３は、ＣＰＵ１１のワークエリアとして機能する。つまり、ＣＰＵ１１は、ＲＡＭ１３にプログラムやデータを一時的に書き込み、これらのプログラムやデータを適宜参照する。

フラッシュメモリ１４は、各種の情報を記憶する不揮発性メモリである。例えば、フラッシュメモリ１４には、タッチスクリーン１６に対する操作により取得された情報、計測器インターフェース１７により取得された情報、電気通信網インターフェース１８により取得された情報などが記憶される。ＲＴＣ１５は、計時用のデバイスである。ＲＴＣ１５は、例えば、電池を内蔵し、処理装置１００の電源がオフの間も計時を継続する。ＲＴＣ１５は、例えば、水晶発振子を備える発振回路を備える。

タッチスクリーン１６は、ユーザによりなされたタッチ操作を検知し、検知の結果を示す信号をＣＰＵ１１に供給する。また、タッチスクリーン１６は、ＣＰＵ１１などから供給された画像信号に基づく画像を表示する。このように、タッチスクリーン１６は、処理装置１００のユーザインターフェースとして機能する。なお、処理装置１００は、タッチスクリーン１６に代えて、液晶ディスプレイ、マウス、キーボードなどを備えていてもよい。

計測器インターフェース１７は、処理装置１００を、パルス発生装置２００、波形測定装置３００などと接続するためのインターフェースである。計測器インターフェース１７は、ＣＰＵ１１による指示に従って、パルス発生装置２００を制御する。また、計測器インターフェース１７は、波形測定装置３００から取得した波形情報を、ＣＰＵ１１、ＲＡＭ１３、フラッシュメモリ１４などに供給する。計測器インターフェース１７は、例えば、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronic Engineers）１３９４などのインターフェースを備える。

電気通信網インターフェース１８は、処理装置１００を、図示しない電気通信網に接続するためのインターフェースである。この電気通信網は、ＬＡＮであってもよいし、インターネットなどのＷＡＮ（Wide Area Network）であってもよい。電気通信網インターフェース１８は、例えば、ＮＩＣ（Network Interface Card）などのＬＡＮインターフェースを備える。なお、ＣＰＵ１１は、電気通信網インターフェース１８を介して、電気通信網に接続されたサーバが記憶する情報をダウンロードしたり、各種の情報をサーバにアップロードしたりする。

パルス発生装置２００は、処理装置１００による指示に従って、ＴＤＲ測定のための電圧パルスを発生する。ＴＤＲ測定は、立ち上がりの速い電圧パルスを２端子試料に印加して、試料に加わる電圧の時間的変化から、試料の内部構造を把握する測定手法である。本実施形態では、試料は、電線５１０と電線５３０とから構成される電路を含む回路である。パルス発生装置２００は、電線５１０の一端に接続された出力端子と電線５３０の一端に接続された出力端子とを備える。つまり、パルス発生装置２００は、電線５１０の一端と電線５３０の一端との間に電圧パルスを印加する。パルス発生装置２００は、処理装置１００と通信する機能を有する。

波形測定装置３００は、電線５１０の一端と電線５３０の一端との間の電圧の時間的な変化を示す電圧波形を測定する。具体的には、波形測定装置３００は、電線５１０の一端と電線５３０の一端との間の電圧を、電気信号がケーブル５００を往復するのに要する時間に対して十分に短いサンプリング周期（例えば、数ｎｓｅｃ程度）でサンプリングする。波形測定装置３００は、エッジトリガ機能を有し、エッジトリガが発生した時刻を含む期間（以下「波形測定期間」という。）における電圧波形を測定する。エッジトリガは、電線５１０の一端と電線５３０の一端との間の電圧が予め定められた閾値を超えたときに発生する。

波形測定期間は、予め定められた時間長の期間であり、波形測定期間の先頭時刻は、エッジトリガが発生した時刻よりも予め定められた時間だけ前の時刻である。波形測定期間は、電圧パルスが電線５１０と電線５３０とにより構成される電路を往復する時間（以下「パルス往復時間」とする。）の予測値よりも長い時間に設定される。波形測定装置３００は、測定した電圧波形を示す波形情報を処理装置１００に送信する。

また、波形測定装置３００は、電線５１０の他端と電線５３０の他端とが短絡されている状態において、電線５１０の一端と電線５３０の一端との間の抵抗値を測定する。つまり、波形測定装置３００は、電線５１０と電線５３０とから構成される電路（ループ）の抵抗値を測定する。波形測定装置３００は、測定した抵抗値を示す抵抗値情報を処理装置１００に送信する。波形測定装置３００は、処理装置１００と通信する機能を有する。波形測定装置３００は、例えば、オシロスコープやデジタルマルチメータである。

開閉切替装置４００は、２つの出力端子間を、予め定められた周期（例えば、数ｓｅｃ程度）で、短絡状態と開放状態との間で切り替える。開閉切替装置４００は、制御回路４１０と、リレー４２０と、を備える。制御回路４１０は、予め定められた周期が経過する毎に、リレー４２０の状態を切り替える。制御回路４１０は、例えば、ＲＴＣを備える。リレー４２０は、制御回路４１０の指示に従って、短絡・開放状態が切り替わる。リレー４２０の一端は、開閉切替装置４００が備える一方の出力端子に接続され、リレー４２０の他端は、開閉切替装置４００が備える他方の出力端子に接続される。そして、開閉切替装置４００が備える一方の出力端子は電線５１０の他端に接続され、開閉切替装置４００が備える他方の出力端子は電線５３０の他端に接続される。

ケーブル５００は、異常検知処理の対象となる一対の電線を含むケーブルである。ケーブル５００は、例えば、ビル等の設備に敷設され、電力の供給や電気信号の送信に用いられるケーブルである。一対の電線に対する異常検知処理は、ケーブル５００が設備に敷設された状態で実行される。ケーブル５００は、電線５１０と電線５２０と電線５３０と電線５４０と絶縁部材５６０とを備え、電線５１０と電線５２０と電線５３０と電線５４０とが絶縁部材５６０により被覆されて構成される４芯ケーブルである。

電線５１０と電線５２０と電線５３０と電線５４０とのそれぞれは、電力や電気信号を送信するための芯線であり、例えば、銅により構成される。電線５１０と電線５２０と電線５３０と電線５４０とのそれぞれは、絶縁部材５６０により被覆され、他の電線や外部空間から絶縁される。

絶縁部材５６０は、電線５１０と電線５２０と電線５３０と電線５４０とを被覆する絶縁体である。絶縁部材５６０は、例えば、塩化ビニール樹脂などにより構成される。本実施形態では、絶縁部材５６０は、経年劣化などにより劣化せず、絶縁部材５６０の比誘電率は定格値（例えば、新品時における比誘電率）を維持するものとする。絶縁部材５６０の比誘電率の定格値は、例えば、３．０程度である。

ケーブル５００の実効比誘電率は、絶縁部材５６０の比誘電率とケーブル５００の断面の形状とに依存する。ここで、ケーブル５００の断面の形状が不変であり、絶縁部材５６０の比誘電率が不変であるものとすると、ケーブル５００の実効比誘電率も不変となる。なお、絶縁部材５６０は、電線５１０、電線５２０、電線５３０、電線５４０などに流れる電流に起因する電界が発生している全ての空間を満たさない。このため、ケーブル５００の実効比誘電率は、絶縁部材５６０の比誘電率よりも小さくなる。例えば、絶縁部材５６０の比誘電率が３．０であるとすると、ケーブル５００の実効比誘電率は１．５〜１．７程度である。

本実施形態では、処理装置１００は、電気通信網インターフェース１８を介して、図示しないサーバなどから、ケーブル情報を取得するものとする。ケーブル情報は、例えば、ケーブルの型番と、ケーブルの実効比誘電率（定格値）と、ケーブルに含まれる電線の抵抗率と、ケーブルに含まれる電線の断面積と、を相互に対応付ける情報である。ケーブル情報は、適宜、フラッシュメモリ１４などに記憶される。

設備機器６１０、設備機器６２０、設備機器６３０、設備機器６４０は、工場などに設置される空調機器などの機器である。本実施形態では、設備機器６１０と設備機器６３０とが室内機であり、設備機器６２０が設備機器６１０に対応する室外機であり、設備機器６４０が設備機器６３０に対応する室外機であるものとする。

次に、図３を参照して、異常検知システム１０００の機能について説明する。異常検知システム１０００は、機能的には、パルス印加部１０１、波形測定部１０２、抵抗値測定部１０３、情報出力部１０４、物理長算出部１０５、理論値算出部１０６、実測値決定部１０７、開閉部１０８を備える。

パルス印加部１０１は、一対の電線の一端間に電圧パルスを印加する。具体的には、パルス印加部１０１は、電線５１０の他端と電線５３０の他端との間が短絡されている期間（以下「短絡期間」という。）と、電線５１０の他端と電線５３０の他端との間が開放されている期間（以下「開放期間」という。）と、の双方の期間において、電線５１０の一端と電線５３０の一端との間に電圧パルスを印加する。パルス印加部１０１の機能は、例えば、パルス発生装置２００の機能により実現される。

波形測定部１０２は、電圧パルスの立ち上がり時刻を含む期間（波形測定期間）における一対の電線の一端間の電圧の変化を示す電圧波形を測定する。具体的には、波形測定部１０２は、波形測定期間における電線５１０の一端と電線５３０の一端との間の電圧の変化を示す電圧波形を測定する。波形測定部１０２の機能は、例えば、波形測定装置３００の機能により実現される。

抵抗値測定部１０３は、一対の電線の一端間の抵抗値を測定する。具体的には、抵抗値測定部１０３は、短絡期間と開放期間との双方の期間において、電線５１０の一端と電線５３０の一端との間の抵抗値を測定する。なお、抵抗値測定部１０３により測定された抵抗値は、予め定められた閾値よりも低い場合に短絡期間において測定された抵抗値とみなされ、予め定められた閾値よりも高い場合に開放期間において測定された抵抗値とみなされる。抵抗値測定部１０３の機能は、例えば、波形測定装置３００の機能により実現される。

情報出力部１０４は、一対の電線のループ抵抗の理論値と一対の電線のループ抵抗の実測値との差が予め定められた閾値を超える場合、一対の電線の異常を検知したことを示す情報を出力する。一対の電線のループ抵抗の理論値は、一対の電線の他端間が短絡されている期間に波形測定部１０２により測定された電圧波形と一対の電線の他端間が開放されている期間に波形測定部１０２により測定された電圧波形とから求められる。一対の電線のループ抵抗の実測値は、一対の電線の他端間が短絡されている期間に抵抗値測定部１０３により測定された抵抗値に基づく値である。例えば、情報出力部１０４は、一対の電線の異常を検知したことを報知する画像を表示したり、一対の電線の異常を検知したことを示す情報をフラッシュメモリ１４に出力したりする。情報出力部１０４の機能は、例えば、ＣＰＵ１１とタッチスクリーン１６とが協働することにより実現される。

物理長算出部１０５は、短絡時波形と開放時波形とに基づいて、一対の電線の物理長を算出する。短絡時波形は、一対の電線の他端間が短絡されている期間（短絡期間）に波形測定部１０２により測定された電圧波形である。開放時波形は、一対の電線の他端間が開放されている期間（開放期間）に波形測定部１０２により測定された電圧波形である。物理長算出部１０５は、例えば、Ｌｐ＝Ｔｃ×ｃ÷（２×√ε_ｅｓ）という式（以下「式（１）」という。）を用いて、一対の電線の物理長を算出する。ここで、Ｌｐは一対の電線の物理長（ｍ）であり、Ｔｃはパルス往復時間（ｓｅｃ）であり、ｃは真空中における光の速さ（ｍ／ｓｅｃ）であり、ε_ｅｓはケーブル５００の実効比誘電率である。なお、Ｔｃは、短絡時波形から抽出される比較用波形と開放時波形から抽出される比較用波形との相関係数に基づいて求められるが、詳細は後述する。物理長算出部１０５の機能は、例えば、ＣＰＵ１１がＲＯＭ１２に記憶されたプログラムを実行することにより実現される。

理論値算出部１０６は、物理長算出部１０５により算出された物理長と一対の電線の単位物理長当たりの抵抗値の定格値とに基づいて、一対の電線のループ抵抗の理論値を算出する。一対の電線の単位物理長当たりの抵抗値の定格値は、一対の電線の抵抗率と一対の電線の断面積とから算出される。本実施形態では、４本の電線の抵抗率は同一であり、４本の電線の断面積も同一であるものとする。理論値算出部１０６は、例えば、Ｒｌｏｏｐ＝２×Ｌｐ×ρ÷Ａという式（以下「式（２）」という。）を用いて、一対の電線のループ抵抗の理論値を算出する。ここで、Ｒｌｏｏｐはループ抵抗の理論値（Ω）であり、ρは電線の電気抵抗率（Ω・ｍ）であり、Ａは電線の断面積（ｍ^２）である。理論値算出部１０６の機能は、例えば、ＣＰＵ１１がＲＯＭ１２に記憶されたプログラムを実行することにより実現される。

実測値決定部１０７は、抵抗値測定部１０３による複数回の測定により得られた複数の抵抗値のうち予め定められた閾値以下の抵抗値に基づいて、一対の電線のループ抵抗の実測値を決定する。つまり、実測値決定部１０７は、開放期間において抵抗値測定部１０３により測定された抵抗値に基づいて、一対の電線のループ抵抗の実測値を決定する。例えば、実測値決定部１０７は、開放期間において抵抗値測定部１０３により測定された抵抗値の平均値や中央値を、一対の電線のループ抵抗の実測値として決定する。実測値決定部１０７の機能は、例えば、ＣＰＵ１１がＲＯＭ１２に記憶されたプログラムを実行することにより実現される。

開閉部１０８は、予め定められた時間が経過する毎に一対の電線の他端間の短絡／開放状態を切り換える。具体的には、開閉部１０８は、短絡期間において電線５１０の他端と電線５３０の他端とを短絡させ、短絡期間と重複しない開放期間において電線５２０の他端と電線５４０の他端とを開放させる。短絡期間や開放期間の長さは、電圧パルスの幅に対して十分に長いことが望ましい。開閉部１０８の機能は、例えば、開閉切替装置４００の機能により実現される。

次に、図４を参照して、パルス発生装置２００が発生する電圧パルスについて説明する。図４に示すように、パルス発生装置２００が発生する電圧パルスは、電圧がＶ１であり、幅がＴ１のパルスである。Ｖ１は、例えば、５Ｖである。また、Ｔ１は、パルス往復時間（電気信号がケーブル５００を往復するのに要する時間）よりも十分に長い時間である。Ｔ１は、例えば、数ｍｓｅｃ程度の時間である。また、図４における枠Ｆｒ１は、波形測定期間を示している。Ｔ２は、波形測定期間の時間長を示し、枠Ｆｒ１の幅に対応する時間である。Ｔ２は、Ｔ１よりも短く、パルス往復時間よりも長い。

次に、図５を参照して、波形測定装置３００が測定する電圧波形などについて説明する。パルス発生装置２００が電圧パルスを印加する端子と、波形測定装置３００が電圧波形を測定する端子とは、同じ端子（電線５１０の一端及び電線５３０の一端）である。しかしながら、この端子で測定される電圧は、この端子に印加された電圧に、電線５１０の他端（電線５３０の他端）において反射された電圧が重畳された電圧となる。このため、波形測定装置３００が測定する電圧波形は、パルス発生装置２００が発生した電圧パルスの波形とは、完全には一致しない。

より詳細には、特性インピーダンスが低下する箇所で負の反射が生じ、特性インピーダンスが上昇する箇所で正の反射が生じる。つまり、電線５１０の他端と電線５３０の他端とが短絡されている場合、電線５１０の他端（電線５３０の他端）において負の反射が生じる。一方、電線５１０の他端と電線５３０の他端とが開放されている場合、電線５１０の他端（電線５３０の他端）において正の反射が生じる。

図５（Ａ）は、開閉切替装置４００が短絡状態であるときに測定される短絡時波形を示す図である。図５（Ａ）に示すように、短絡時波形は、ｔ１０からｔ１１まで電圧が０Ｖであり、ｔ１１において電圧がＶ１１に上昇し、ｔ１２において負の反射の影響により電圧がＶ１２低下する波形である。Ｖ１１は、基本的に、電圧パルスの電圧であるＶ１とほぼ等しく、５Ｖ程度の電圧である。Ｖ１２は、基本的に、Ｖ１１よりも小さい。図５（Ａ）において、ｔ１０は波形測定期間の先頭の時刻であり、ｔ１１はエッジトリガが発生した時刻（パルス電圧が立ち上がった時刻）であり、ｔ１２は電線５１０の他端（電線５３０の他端）において生じた負の反射が電線５１０の一端（電線５３０の一端）に到達した時刻であり、ｔ１３は波形測定期間の末尾の時刻である。ｔ１１からｔ１２までの時間がパルス往復時間である。また、ｔ１０からｔ１３までの時間は、波形測定期間の時間長であるＴ２に等しい。

図５（Ｂ）は、開閉切替装置４００が開放状態であるときに測定される開放時波形を示す図である。図５（Ｂ）に示すように、開放時波形は、ｔ２０からｔ２１まで電圧が０Ｖであり、ｔ２１において電圧がＶ２１に上昇し、ｔ２２において正の反射の影響により電圧がＶ２２上昇する波形である。Ｖ２１は、基本的に、電圧パルスの電圧であるＶ１とほぼ等しく、５Ｖ程度の電圧である。Ｖ２２は、基本的に、Ｖ２１よりも小さい。図５（Ｂ）において、ｔ２０は波形測定期間の先頭の時刻であり、ｔ２１はエッジトリガが発生した時刻（パルス電圧の立ち上がり時刻）であり、ｔ２２は電線５１０の他端（電線５３０の他端）において生じた正の反射が電線５１０の一端（電線５３０の一端）に到達した時刻であり、ｔ２３は波形測定期間の末尾の時刻である。ｔ２１からｔ２２までの時間がパルス往復時間である。また、ｔ２０からｔ２３までの時間は、波形測定期間の時間長であるＴ２に等しい。

ここで、パルス往復時間は、短絡時波形と開放時波形とのいずれか一方の電圧波形から求めることもできるが、短絡時波形と開放時波形との両方の電圧波形から求める方が正確に求めることが可能となる。例えば、短絡時波形と開放時波形との時間軸を合わせた場合、パルス電圧の立ち上がり時刻から電圧の変化の極性が短絡時波形と開放時波形とで逆となる時刻（以下「極性不一致時刻」とする。）までの時間を、パルス往復時間とすることが好適である。この場合、例えば、短絡時波形の時間軸と開放時波形の時間軸とを合わせ、短絡時波形と開放時波形とのそれぞれから相対的に同一の期間における部分波形（以下「比較用波形」とする。）を抽出する。そして、比較用波形を抽出する期間を後方にずらしながら短絡時波形から抽出した比較用波形と開放時波形から抽出した比較用波形との相関係数を求めていき、この相関係数が負の値となる抽出位置に対応する時刻を極性不一致時刻とすることができる。なお、比較用波形の時間長であるＴ３は、短絡時波形や開放時波形の時間長であるＴ２よりも短い。図５（Ａ）や図５（Ｂ）において、枠Ｆｒ２は、比較用波形を抽出する領域を示している。

図５（Ｃ）は、相関係数波形を示す図である。相関係数波形は、比較用波形の抽出位置に対応する時刻と、短絡時波形から抽出した比較用波形と開放時波形から抽出した比較用波形との相関係数と、の関係を示す波形である。図５（Ｃ）に示すように、相関係数波形は、ｔ３０からｔ３２まで相関係数が１であり、ｔ３２において相関係数が−１になる波形である。図５（Ｃ）において、ｔ３０は波形測定期間の先頭の時刻であり、ｔ３１はエッジトリガが発生した時刻（パルス電圧の立ち上がり時刻）であり、ｔ３２は電線５１０の他端（電線５３０の他端）において生じた反射が電線５１０の一端（電線５３０の一端）に到達した時刻である。そして、ｔ３１からｔ３２までの時間であるＴ３１をパルス往復時間とみなすことで、物理長の算出精度が高まる。

次に、図６に示すフローチャートを参照して、異常検知システム１０００が実行する異常検知処理について説明する。なお、ＣＰＵ１１は、ユーザから異常検知処理の開始指示を受け付けた後に、異常検知処理を開始する。一方、ユーザは、図１に示すように、パルス発生装置２００と波形測定装置３００と開閉切替装置４００とをケーブル５００に接続し、処理装置１００とパルス発生装置２００と波形測定装置３００と開閉切替装置４００との電源を投入した後に、異常検知処理の開始を指示する。本実施形態では、開閉切替装置４００は、電源が投入されると、自動的に、短絡・開放状態を切り替えるものとする。

まず、ＣＰＵ１１は、ケーブルの型番の指定を受け付ける（ステップＳ１０１）。例えば、ＣＰＵ１１は、タッチスクリーン１６を制御して、ケーブルの型番の入力を促す画面をユーザに提示する。そして、ＣＰＵ１１は、タッチスクリーン１６を介して入力されたケーブルの型番を取得する。

ＣＰＵ１１は、ステップＳ１０１の処理を完了すると、ケーブル情報を取得する（ステップＳ１０２）。例えば、ＣＰＵ１１は、ステップＳ１０１において取得されたケーブルの型番に対応するケーブル情報を、電気通信網インターフェース１８を介して、図示しないサーバから取得する。ＣＰＵ１１は、取得したケーブル情報をフラッシュメモリ１４に記憶させる。

ＣＰＵ１１は、ステップＳ１０２の処理を完了すると、開閉切替装置４００の開閉周期以上の期間に亘って抵抗値を測定する（ステップＳ１０３）。例えば、ＣＰＵ１１は、波形測定装置３００を制御して、波形測定装置３００に抵抗値の測定を開始させる。そして、ＣＰＵ１１は、開閉切替装置４００の開閉周期以上の期間に亘って、開閉切替装置４００から定期的に送信される抵抗値情報を受信してフラッシュメモリ１４に記憶させる処理を継続する。

ＣＰＵ１１は、ステップＳ１０３の処理を完了すると、ループ抵抗の実測値を決定する（ステップＳ１０４）。例えば、ＣＰＵ１１は、フラッシュメモリ１４に記憶された抵抗値情報により示される抵抗値のうち、短絡期間に測定された抵抗値を特定する。そして、ＣＰＵ１１は、特定した抵抗値の平均値又は中央値をループ抵抗の実測値として決定する。

ＣＰＵ１１は、ステップＳ１０４の処理を完了すると、電圧波形の測定を開始する（ステップＳ１０５）。具体的には、ＣＰＵ１１は、波形測定装置３００を制御して、電圧波形の測定を開始させる。一方、波形測定装置３００は、処理装置１００による制御に従って、電圧波形の測定を開始する。以後、波形測定装置３００は、電圧波形が取得される毎に、取得した電圧波形を示す波形情報を、処理装置１００に送信する。

ＣＰＵ１１は、ステップＳ１０５の処理を完了すると、電圧パルスの出力を開始する（ステップＳ１０６）。例えば、ＣＰＵ１１は、パルス発生装置２００を制御して、電圧パルスの出力を開始させる。一方、パルス発生装置２００は、処理装置１００による制御に従って、電圧パルスの出力を開始する。なお、パルス発生装置２００は、定期的に、電圧パルスを出力する。

ＣＰＵ１１は、ステップＳ１０６の処理を完了すると、短絡時波形と開放時波形とを取得済であるか否かを判別する（ステップＳ１０７）。例えば、ＣＰＵ１１は、開閉切替装置４００の開閉周期以上の期間に亘って、波形測定装置３００から波形情報を取得した場合、短絡時波形と開放時波形とを取得済であると判別する。もしくは、ＣＰＵ１１は、波形測定装置３００から取得した波形情報を参照して、短絡時波形と開放時波形との両方の電圧波形が取得済みであるか否かを判別してもよい。例えば、ＣＰＵ１１は、電圧の上昇後に電圧が下降する電圧波形を示す波形情報を取得済みである場合、短絡時波形を取得済みであると判別する。そして、ＣＰＵ１１は、電圧の上昇後に電圧が更に上昇する電圧波形を示す波形情報を取得済みである場合、開放時波形を取得済みであると判別する。

ＣＰＵ１１は、短絡時波形と開放時波形とを取得済でないと判別すると（ステップＳ１０７：ＮＯ）、ステップＳ１０７に処理を戻す。一方、ＣＰＵ１１は、短絡時波形と開放時波形とを取得済であると判別すると（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、電線の物理長を算出する（ステップＳ１０８）。例えば、ＣＰＵ１１は、上述したように、短絡時波形と開放時波形との双方に基づいて、パルス往復時間であるＴｃを求める。また、ＣＰＵ１１は、ステップＳ１０２において取得したケーブル情報を参照して、ケーブル５００の実効比誘電率であるε_ｅｓを特定する。そして、ＣＰＵ１１は、求めたＴｃと特定したε_ｅｓとを上述した式（１）に当てはめることにより、電線５１０（又は、電線５３０）の物理長であるＬｐを算出する。

ＣＰＵ１１は、ステップＳ１０８の処理を完了すると、ループ抵抗の理論値を算出する（ステップＳ１０９）。例えば、ＣＰＵ１１は、ステップＳ１０２において取得したケーブル情報を参照して、電線５１０（又は、電線５３０）の電気抵抗率であるρと、電線５１０（又は、電線５３０）の断面積であるＡと、を特定する。そして、ＣＰＵ１１は、ステップＳ１０８において算出したＬｐと特定したρとＡとを上述した式（２）に当てはめることにより、ループ抵抗の理論値であるＲｌｏｏｐを算出する。

ＣＰＵ１１は、ステップＳ１０９の処理を完了すると、ステップＳ１０４で決定したループ抵抗の実測値とステップＳ１０９で算出したループ抵抗の理論値との差が閾値以上であるか否かを判別する（ステップＳ１１０）。この閾値は、例えば、ループ抵抗の理論値の数十パーセントとすることができる。

ＣＰＵ１１は、実測値と理論値との差が閾値以上であると判別すると（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、電線の異常が検知されたことを報知する（ステップＳ１１１）。例えば、ＣＰＵ１１は、タッチスクリーン１６を制御して、電線の異常が検知されたことを報知する画面をタッチスクリーン１６に表示させる。

一方、ＣＰＵ１１は、実測値と理論値との差が閾値以上でないと判別すると（ステップＳ１１０：ＮＯ）、電線の異常が検知されなかったことを報知する（ステップＳ１１２）。例えば、ＣＰＵ１１は、タッチスクリーン１６を制御して、電線の異常が検知されなかったことを報知する画面をタッチスクリーン１６に表示させる。ＣＰＵ１１は、ステップＳ１１１の処理又はステップＳ１１２の処理を完了すると、異常検知処理を完了する。

以上説明したように、本実施形態では、一対の電線の他端間が短絡されている期間に測定された電圧波形と一対の電線の他端間が開放されている期間に測定された電圧波形とから求められる一対の電線のループ抵抗の理論値と、一対の電線の他端間が短絡されている期間に測定された抵抗値に基づく一対の電線のループ抵抗の実測値と、の差が予め定められた閾値を超える場合、一対の電線の異常を検知したことを示す情報が出力される。従って、本実施形態によれば、簡単な構成で効率的に電線の異常を検知することができる。また、本実施形態によれば、一対の電線の両端がユーザの確認が可能な場所に配置されていれば、一対の電線の中間部分がユーザの確認が困難な場所に配置されていたとしても、一対の電線に異常があるか否かが判別可能となる。

また、本実施形態では、短絡期間に測定された電圧波形と開放期間に測定された電圧波形とに基づいて一対の電線の物理長が算出され、算出された物理長と一対の電線の単位物理長当たりの抵抗値の定格値とに基づいて一対の電線のループ抵抗の理論値が算出される。従って、本実施形態によれば、電線の異常の検知の精度を向上させることができる。

また、本実施形態では、複数回の測定により得られた複数の抵抗値のうち予め定められた閾値以下の抵抗値に基づいて、一対の電線のループ抵抗の実測値が決定される。従って、本実施形態によれば、波形測定装置３００と開閉切替装置４００との同期が不要となり、システム構成を簡単にすることができる。

また、本実施形態では、予め定められた時間が経過する毎に一対の電線の他端間の短絡／開放状態が自動で切り換えられる。従って、本実施形態によれば、ユーザが一対の電線の他端間の短絡／開放状態を手動で切り換える手間をなくすことができる。

また、本実施形態では、一対の電線は、ケーブルに含まれる複数の電線のうち、同一の設備機器に接続されていない２つの電線により構成される。従って、本実施形態によれば、電線の異常の検知の精度を向上させることができる。

（変形例）
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明を実施するにあたっては、種々の形態による変形及び応用が可能である。

本発明において、上記実施形態において説明した構成、機能、動作のどの部分を採用するのかは任意である。また、本発明において、上述した構成、機能、動作のほか、更なる構成、機能、動作が採用されてもよい。

上記実施形態では、異常を検知する対象を、シールド線を含まないケーブルに含まれる電線を含む一対の電線とする例について説明した。本発明において、異常を検知する対象を、シールド線を含むケーブルに含まれる電線を含む一対の電線としてもよい。以下、図７を参照して、異常検知システム１０００をシールド付きケーブルに含まれる電線の異常の検知に適用する例について説明する。

図７に示すように、ケーブル５０１は、電線５１０と電線５２０とシールド線５５０と絶縁部材５６０と絶縁部材５７０とを備える２芯ケーブルである。電線５１０と電線５２０とのそれぞれは、電力や電気信号を送信するための芯線であり、例えば、銅により構成される。電線５１０と電線５２０とのそれぞれは、絶縁部材５６０により被覆され、他の電線やシールド線５５０から絶縁され、シールド線５５０により遮蔽される。シールド線５５０は、電線５１０と電線５２０とを遮蔽する。シールド線５５０は、絶縁部材５６０と絶縁部材５７０とにより挟まれる。絶縁部材５６０は、電線５１０と電線５２０とを被覆する絶縁体である。絶縁部材５７０は、シールド線５５０を被覆する絶縁体である。絶縁部材５６０と絶縁部材５７０とのそれぞれは、例えば、塩化ビニール樹脂などにより構成される。

ここで、シールド線５５０は、いずれの設備機器にも接続されない。このため、異常を検知する対象の一対の電線に、シールド線５５０を含めることが好適である。このように、一対の電線にシールド線５５０を含める場合、一対の電線が同一の設備機器に接続されることがなくなり、ループ抵抗の理論値の精度の低下を抑制可能となる。

図７は、電線５１０の一端とシールド線５５０の一端とに、パルス発生装置２００と波形測定装置３００とのそれぞれを接続し、電線５１０の他端とシールド線５５０の他端とに、開閉切替装置４００を接続する例を示している。かかる構成によれば、図６に示す異常検知処理により、電線５１０の異常、若しくは、シールド線５５０の異常を精度よく検知することができる。同様に、異常を検知する対象の一対の電線を、電線５２０とシールド線５５０とにより構成することで、電線５２０の異常、若しくは、シールド線５５０の異常を精度よく検知することができる。

なお、シールド線５５０は、電線５１０や電線５２０と同様に、電気抵抗率や断面積が把握される必要がある。従って、この場合、ケーブル情報に、シールド線の電気抵抗率や断面積を示す情報を含めることが好適である。

上記実施形態では、パルス発生装置２００による電圧パルスの発生タイミングと、波形測定装置３００による電圧波形の測定タイミングと、開閉切替装置４００による開閉状態の切替タイミングとが、同期していない例について説明した。本発明において、これらのタイミングを同期させてもよい。この場合、例えば、処理装置１００は、まず、リレー４２０が短絡状態になるように開閉切替装置４００を制御し、次に、短絡波形を測定するように波形測定装置３００を制御し、その後、電圧パルスを発生するようにパルス発生装置２００を制御する。そして、処理装置１００は、リレー４２０が開放状態になるように開閉切替装置４００を制御し、次に、開放波形を測定するように波形測定装置３００を制御し、その後、電圧パルスを発生するようにパルス発生装置２００を制御する。

上記実施形態では、ケーブル情報が、タッチスクリーン１６を介して取得される例について説明した。本発明において、ケーブル情報は、図示しない電気通信網に接続された図示しない端末装置などから取得されてもよい。

本発明に係る処理装置１００の動作を規定する動作プログラムを既存のパーソナルコンピュータや情報端末装置に適用することで、当該パーソナルコンピュータ等を本発明に係る処理装置１００として機能させることも可能である。

また、このようなプログラムの配布方法は任意であり、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read-Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、メモリカードなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布してもよいし、インターネットなどの通信ネットワークを介して配布してもよい。

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。つまり、本発明の範囲は、実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。

本発明は、電線の異常を検知する異常検知システムに適用可能である。

１１ＣＰＵ、１２ＲＯＭ、１３ＲＡＭ、１４フラッシュメモリ、１５ＲＴＣ、１６タッチスクリーン、１７計測器インターフェース、１８電気通信網インターフェース、１００処理装置、１０１パルス印加部、１０２波形測定部、１０３抵抗値測定部、１０４情報出力部、１０５物理長算出部、１０６理論値算出部、１０７実測値決定部、１０８開閉部、２００パルス発生装置、３００波形測定装置、４００開閉切替装置、４１０制御回路、４２０リレー、５００，５０１ケーブル、５１０，５２０，５３０，５４０電線、５５０シールド線、５６０，５７０絶縁部材、６１０，６２０，６３０，６４０設備機器、１０００異常検知システム

Claims

一対の電線の一端間に電圧パルスを印加するパルス印加手段と、
前記電圧パルスの立ち上がり時刻を含む期間における前記一対の電線の一端間の電圧の変化を示す電圧波形を測定する波形測定手段と、
前記一対の電線の一端間の抵抗値を測定する抵抗値測定手段と、
前記一対の電線の他端間が短絡されている期間に前記波形測定手段により測定された電圧波形と前記一対の電線の他端間が開放されている期間に前記波形測定手段により測定された電圧波形とから求められる前記一対の電線のループ抵抗の理論値と、前記一対の電線の他端間が短絡されている期間に前記抵抗値測定手段により測定された抵抗値に基づく前記一対の電線のループ抵抗の実測値と、の差が予め定められた閾値を超える場合、前記一対の電線の異常を検知したことを示す情報を出力する情報出力手段と、を備える、
異常検知システム。
前記一対の電線の他端間が短絡されている期間に前記波形測定手段により測定された電圧波形と前記一対の電線の他端間が開放されている期間に前記波形測定手段により測定された電圧波形とに基づいて、前記一対の電線の物理長を算出する物理長算出手段と、
前記物理長算出手段により算出された物理長と前記一対の電線の単位物理長当たりの抵抗値の定格値とに基づいて、前記一対の電線のループ抵抗の理論値を算出する理論値算出手段と、を更に備える、
請求項１に記載の異常検知システム。
前記抵抗値測定手段による複数回の測定により得られた複数の抵抗値のうち予め定められた閾値以下の抵抗値に基づいて、前記一対の電線のループ抵抗の実測値を決定する実測値決定手段を更に備える、
請求項１又は２に記載の異常検知システム。
予め定められた時間が経過する毎に前記一対の電線の他端間の短絡／開放状態を切り換える開閉手段を更に備える、
請求項１から３のいずれか１項に記載の異常検知システム。
一対の電線の一端間に電圧パルスを印加し、
前記電圧パルスの立ち上がり時刻を含む期間における前記一対の電線の一端間の電圧の変化を示す電圧波形を測定し、
前記一対の電線の一端間の抵抗値を測定し、
前記一対の電線の他端間が短絡されている期間に測定された電圧波形と前記一対の電線の他端間が開放されている期間に測定された電圧波形とから求められる前記一対の電線のループ抵抗の理論値と、前記一対の電線の他端間が短絡されている期間に測定された抵抗値に基づく前記一対の電線のループ抵抗の実測値と、の差が予め定められた閾値を超える場合、前記一対の電線の異常を検知したことを示す情報を出力する、
異常検知方法。
前記一対の電線は、ケーブルに含まれる複数の電線のうち、同一の設備機器に接続されていない２本の電線により構成される、
請求項５に記載の異常検知方法。
前記一対の電線は、シールド付きケーブルに含まれるシールド線と、前記シールド付きケーブルに含まれ前記シールド線によりシールドされた複数の電線のうちのいずれか１本の電線と、により構成される、
請求項５に記載の異常検知方法。