JP2000009701A - 被覆電線の被覆層の特性測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 たとえ異常電流を被覆層に生ぜしめるような
外的要因が被覆電線の近傍に存在していても、電気信号
を利用する特性測定手段により該被覆電線の被覆層の特
性を安定して測定し得る特性測定装置を提供することに
ある。 【解決手段】 被覆電線の被覆層に設置され且つ電気信
号を利用する特性測定手段と、少なくとも特性測定手段
が設置された個所の被覆層部分に外的要因に起因する電
流が流れないようにする電流遮断手段、例えばアースと
を有することを特徴とする被覆電線の被覆層の特性測定
装置。 【効果】 異常電流を生ぜしめるような外的要因の有無
に拘らず、被覆電線の被覆層の特性を随時に測定する必
要のある場合などに好適である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被覆電線の被覆層
の超音波伝搬速度などの特性を測定するための特性測定
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】多くの有機高分子は、熱、日光、放射線
あるいはその他の原因により劣化し、劣化の進行と共に
その超音波伝搬特性が変化することが知られている。例
えば、劣化の進行と共に有機高分子の破断伸び率が低下
し、劣化した有機高分子中での超音波の伝搬特性が変化
する。この現象を利用して、有機高分子の劣化度を超音
波の伝搬特性の変化から診断する方法が周知である。一
方、電力ケーブル、通信ケーブル、屋内配電線などの各
種被覆電線は、その電気絶縁層やシースなどの被覆層の
劣化により停電や火災事故が生じる可能性があるので、
稼働中におけるその被覆層の劣化度は定期的な測定によ
り監視する必要がある。しかもその監視は、電線が稼働
中である故にその被覆層を破壊することなく行う必要が
あるために上記の超音波診断法を被覆電線の非破壊劣化
診断に適用することが提案されている。

【０００３】例えば、特開平７−３５７３３号公報で
は、診断対象の電力ケーブルの被覆層の外表面上から超
音波をケーブルの半径方向に入射し、被覆層中での超音
波伝搬特性Ｖを下式にて求める方法が提案されている。 Ｖ＝２ａ／ｔ 上式において、ａは被覆層の厚みであり、ｔは超音波の
入射から該被覆層の下層（例えば、導体）の表面で反射
して再び入射位置まで帰還するに要した時間である。

【０００４】ところで上記の方法は、被覆層の厚みａの
正しい値が既知である場合には有用であるが、実際上多
くの場合においてその値は既知でない。そこで被覆層の
厚みａとして被覆電線の設計基準寸法を採用することが
考えられるが、被覆電線の製造の際には設計基準寸法に
対して±１５％もの製造公差が許容されているために、
該寸法を用いて算出された伝搬特性は正確さに劣る問題
がある。

【０００５】上記に鑑みて本発明の一部の発明者によ
り、被覆層の厚みが未知であっても超音波伝搬特性の測
定が可能な新規な方法が開発された。その新規方法にお
いては、超音波発振手段と超音波受信手段との組合わせ
体を被検査物の表面に該両手段を互いに一定間隔Ｌをお
いて設置し、超音波発振手段から発振された超音波が被
検査物中を伝搬して超音波受信手段にて受信される迄に
要する伝搬時間ｔを測定し、その伝搬時間と上記両手段
の設置間隔Ｌとから超音波伝搬特性を測定する。一般的
に超音波発振手段から発振された超音波は、被覆電線の
被覆層に入射すると大部分の成分は図２に基づいて後記
するように屈折に関するスネルの法則に従って屈折し、
一部の成分は分散して被覆電線の半径方向など種々の方
向に進む。上記の方法では、大部分の成分が、最短の伝
搬路たる表層またはその近傍を進むように超音波を入射
するので、かかる表層を伝搬する超音波成分が測定対象
となる。

【０００６】図３は、超音波発振手段から発振された超
音波のパルス波形の一例を示し、横軸は時間であり、縦
軸はパルス波形中に含まれている各ピークの利得であ
る。このパルス波形例は、オシロスコープなどでは第１
番目のピークＷ１から第９番目のピークＷ９までの明確
な９つのピークが観察され、第１番目のピーク１から第
９番目までがその順で伝搬してその順で超音波受信手段
に到達し受信される。各ピークの伝搬速度は互いに同じ
であるので、９つのピークのうちの任意のピークの任意
の点に着目して、その着目点の伝搬時間を測定して超音
波伝搬特性を算出することができる。９つのピークのう
ち第４番目のピークの頂点Ｍは、最も利得が大きいので
精度よく検出するのに適している。

【０００７】超音波発振手段から発振された超音波の図
３に示すようなパルス波形は、通常、超音波発振手段が
有する通信ケーブルにより電気信号にてオシロスコープ
に伝送される。一方、超音波受信手段にて受信したパル
ス波形も、超音波受信手段が有する通信ケーブルにより
電気信号にてオシロスコープに伝送される。

【０００８】ところで被覆電線の超音波による劣化診断
は、通常、被覆電線の布設現場で行われるが、布設現場
では鉄骨の溶接、サージ電圧、あるいはその他の種々の
異常電流発生要因により超音波発振手段と超音波受信手
段とが設置された辺りの被覆電線の被覆層に、特にその
表面に異常電流（漏れ電流や電磁誘導電流など）がしば
しば流れる問題がある。例えば被覆電線が極度に劣化し
ている場合には、その被覆層の電気絶縁性の低下から、
通常は導体に流れる電流が被覆層たる絶縁体の表面に流
れることがある。異常電流が流れると、それが超音波発
振手段や超音波受信手段からの電気信号にスパイクノイ
ズなどのノイズを付与することになって、オシロスコー
プ上でのパルス波形が崩れたりパルス波形にビビリが生
じ、またＳ／Ｎ比が低下するなどの問題を惹起する。パ
ルス波形の崩れやＳ／Ｎ比の低下は、前記したパルス波
形の着目点を不鮮明となし、この結果、超音波伝搬時間
の計測が不正確となる。また突発的な過電流やサージ電
圧の発生により、上記の超超音波発振手段や超音波受信
手段などが損傷する問題もある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記に鑑みて本発明が
解決しようとする課題は、たとえ異常電流を被覆層に生
ぜしめるような外的要因が被覆電線の近傍に存在してい
ても、電気信号を利用する特性測定手段により該被覆電
線の被覆層の特性を安定して測定し得る特性測定装置を
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、以下に示
す特性測定装置にて解決される。 (1) 被覆電線の被覆層に設置され且つ電気信号を利用す
る特性測定手段と、少なくとも特性測定手段が設置され
た個所の被覆層部分に外的要因に起因する電流が流れな
いようにする電流遮断手段とを有することを特徴とする
被覆電線の被覆層の特性測定装置。 (2) 特性測定手段が、超音波発振の情報を電気信号にて
所望個所に伝送する情報伝送手段を有する超音波発振手
段と超音波受信の情報を電気信号にて所望個所に伝送す
る情報伝送手段を有する超音波受信手段との組合わせ体
である上記(1) 記載の被覆電線の被覆層の特性測定装
置。 (3) 特性測定手段が、被覆層の表面に圧子を衝突させた
ときの該圧子の入射時と該表面からの反射時の各速度に
関する情報を電気信号にて所望個所に伝送する情報伝送
手段を有する表面反発硬度測定手段である上記(1) 記載
の被覆電線の被覆層の特性測定装置。 (4) 電流遮断手段が、被覆層に設置された特性測定手段
の被覆電線の長手方向での両側に設けられ、被覆層の少
なくとも表面を大地電圧とし得るアースである上記(1)
〜(3) のいずれかに記載の被覆電線の被覆層の特性測定
装置。

【００１１】

【作用】被覆電線の被覆層に設置した上記の特性測定手
段の両側にアースなどの電流遮断手段を設けることによ
り、たとえ外的要因により被覆層に電流が流れることが
あっても、電流遮断手段により少なくとも特性測定手段
が存在する個所の被覆層での電流の流れが防止されるの
で、上記の課題を達成することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明において電気信号を利用し
た特性測定手段としては、誘電率、誘電正接、体積抵抗
率、交流破壊電圧強度などの被覆層の電気的特性を測定
する手段であってもよく、また超音波発振手段と超音波
受信手段との組合わせ体や表面反発硬度測定手段などの
ように被覆層の非電気的特性を測定する手段ではある
が、測定結果などの各種の情報を電気信号にてコンピュ
ータなどの所望個所に伝達するための手段を有する類の
ものであってもよい。上記の超音波発振手段と超音波受
信手段との組合わせ体においては、被覆層の特性を測定
するために直接被覆層に入射するものは超音波であり、
超音波発振手段は超音波発振に関する情報を電気信号に
て所望個所に伝送する情報伝送手段、例えば通信ケーブ
ルを有する。同様に、超音波受信手段も超音波受信に関
する情報を電気信号にて伝送する情報伝送手段を有す
る。表面反発硬度測定手段は、被覆層の表面に圧子を衝
突させたときの該圧子の入射時と該表面からの反射時の
各速度に関する情報を電気信号にて所望個所に伝送する
情報伝送手段を有する。

【００１３】電流遮断手段としては、何らかの外的要因
に起因して被覆層に電流が流れることがあっても、少な
くとも特性測定手段が設置された個所の被覆層部分には
その電流が流れないようにする機能をなし得る各種の手
段、例えば特性測定手段が設置された辺りの被覆層に設
けたアースなどを挙げることができる。電流遮断手段
は、通常、特性測定手段の被覆電線の長手方向での両側
に設けられる。よって電流遮断手段が超音波発振手段と
超音波受信手段との組合わせ体である場合には、該組合
わせ体の少なくとも両側、換言すると、例えば超音波発
振手段の左側と超音波受信手段の右側にそれぞれ電流遮
断手段を設けることになる。

【００１４】なお電流遮断手段による電流遮断の程度
は、外的要因により被覆層に流れる電流の大きさや時間
的な大きさの変動度、使用した特性測定手段における電
気信号と上記電流に起因するノイズとの比、即ちＳ／Ｎ
比の許容限界などによって異なるが、一般的には１ｍＡ
程度以上の大きな電流を遮断できればよい。

【００１５】外的要因による電流の多くは主として被覆
層の表面あるいは表層を流れるので、電流遮断手段がア
ースである場合には、それは被覆層の表面を大地電圧と
し得る構造のものが好ましい。

【００１６】以下、本発明を図面により詳細に説明す
る。図１は、本発明の実施例の特性測定装置についての
説明図であり、図２は図１の部分拡大断面図である。

【００１７】図１および図２に示す特性測定装置は、超
音波発振手段と超音波受信手段との組合わせ体とそれに
付属する部位とからなっており、被覆電線Ｃの被覆層Ｃ
１の超音波伝搬特性を測定して被覆電線Ｃの劣化診断を
行うために用いられる。図２は、超音波発振手段の拡大
断面図である。該特性測定装置は、超音波発振手段１、
超音波発振制御手段１２、超音波受信手段２、超音波受
信制御手段２２、伝搬時間測定手段３、演算手段４、距
離入力手段５、判定手段６、表示手段７、それら各手段
を結ぶ電気信号伝送用の同軸型通信ケーブルＳ１、Ｓ
２、Ｓ３、および被覆層Ｃ１の上に設けられた一対のア
ースＥ１、Ｅ２とからなる。

【００１８】超音波発振手段１は、内蔵せる振動子（図
示せず）にて超音波を発振し得る機能をなし、また設置
手段１１を有していて設置手段１１により被覆電線Ｃの
被覆層Ｃ１の表面上に設置されている。超音波発振手段
１から発振された超音波は、設置手段１１中を通過して
被覆層Ｃ１に入射される。この場合図２に示す通り、被
覆層Ｃ１の表面の法線Ａに対して角度θで発振された超
音波は、屈折に関するスネルの法則により設置手段１１
と被覆層Ｃ１との界面で大きい角度φにて被覆層Ｃ１内
に屈折して入射し、かく入射した超音波の多くの部分が
被覆層Ｃ１の外表面に近い層中を進む。

【００１９】超音波発振手段１と超音波受信手段２は、
それぞれ同軸型通信ケーブルＳ１と同軸型通信ケーブル
Ｓ２を有する。超音波発振制御手段１２は、超音波発振
手段１から発振された超音波の発振時刻や発振パルス波
形などを同軸型通信ケーブルＳ１を通じて電気信号にて
伝搬時間測定手段３に入力する機能をなす。超音波受信
手段２は、設置手段２１を有していて設置手段２１によ
り被覆層Ｃ１の表面上で超音波発振手段１から距離Ｌだ
け離れた位置に設置されており、被覆層Ｃ１内を伝搬す
る超音波を設置手段２１を介して受信する機能をなす。
超音波受信制御手段２２は、超音波受信手段２からの超
音波の受信時刻、受信パルス波形などを同軸型通信ケー
ブルＳ２を通じて電気信号にて伝搬時間測定手段３に入
力する機能をなす。設置手段１１や設置手段２１とし
て、有機高分子、例えば、ポリ四フッ化エチレンからな
る斜角型ディレーチップを使用することができる。

【００２０】伝搬時間測定手段３は、超音波発振制御手
段１２と超音波受信制御手段２２とからの各入力を基
に、超音波発振手段１から発振された超音波が被覆層Ｃ
１中を伝搬して超音波受信手段２にて受信される迄に要
する伝搬時間ｔを測定する機能をなす。かくして距離Ｌ
と伝搬時間ｔとから超音波伝搬速度を算出することがで
きる。なお伝搬時間測定手段３は、超音波発振手段１か
ら発振された超音波、並びに超音波受信手段２にて受信
された超音波の各パルス波形をディスプレーするオシロ
スコープを有する。

【００２１】上記の測定における設置間隔Ｌは、距離入
力手段５にて記憶され、その後、距離入力手段５からそ
の設置間隔Ｌが、一方、伝搬時間測定手段３から伝搬時
間ｔがそれぞれ演算手段４に入力され、演算手段４によ
り超音波伝搬速度が算出される。判定手段６は、被覆層
Ｃ１を形成する有機高分子についての種々の劣化度にお
ける物性、例えば、破断伸び率、引張強度、１００％モ
ジュラスなどの機械的特性、あるいは誘電率、誘電正
接、体積抵抗率などの電気的特性、などと超音波伝搬速
度との相関関係データを保持しており、演算手段４から
入力されるそれらの値を基に劣化度を判定し、その結果
を表示手段７に送って劣化度を種々の表示方法、例えば
被覆電線の稼働日数−劣化度の関係グラフなどにて表示
せしめる。なお伝搬時間測定手段３、演算手段４、距離
入力手段５、判定手段６、および表示手段７間での電気
信号の伝送は、同軸型通信ケーブルＳ３でなされる。

【００２２】被覆層の表面反発硬度の測定方法および測
定装置については、その一例が特公平１−２０３７０号
公報や特開平８−３１３４２３号公報などに開示されて
いる。その測定方法は、鋼製の圧子（球体の打撃子）を
被覆層の表面に衝突させ、その際の圧子の入射時と反射
時の各速度を測定し、その速度比をもって表面反発硬度
とする。被覆層の表面の硬度が高い程、圧子の反射時の
速度が大きくなり、上記の速度比が変化する。また多く
の有機高分子材料は、化学的に劣化すると一般的に初期
の弾力性を漸次喪失して硬化するので表面反発硬度も変
化する。よって、その変化の程度から被覆層の劣化の程
度を診断することができる。

【００２３】図１の実施例では、電流遮断手段として一
対のアースＥ１、Ｅ２が用いられており、超音波発振手
段１の左側にアースＥ１が、一方、超音波受信手段２の
右側にアースＥ２がそれぞれ設置されている。アースＥ
１とアースＥ２とは共に同構造であるのでアースＥ１に
ついてその構造を説明すると、それは被覆層Ｃ１の表面
上を少なくとも一周して密着設置した銅テープＥ１１と
銅テープＥ１１に溶接または半田付けされたアース線Ｅ
１２とからなり、アース線Ｅ１２の他端は大地中深く
（約１ｍ程度）埋設されている。

【００２４】超音波発振手段１と銅テープＥ１１との各
対向先端間の間隔は、１０ｍｍ〜１００ｍｍ程度が適当
である。なお超音波発振手段１と超音波受信手段２と
は、通常、互いに極く近接設置（図１の設置間隔Ｌは、
例えば１〜１０ｍｍ程度）するので両手段間でのアース
の設置は困難であり、また不要である。しかし超音波発
振手段１と超音波受信手段２との設置間隔Ｌを大きく取
り、そのために両手段間で外的要因により被覆層に電流
が流れる可能性がある場合には、両手段のそれぞれ毎に
その両側にアースを設置することが好ましい。

【００２５】被覆層Ｃ１の表面と銅テープＥ１１との間
の接触抵抗を小さくするためには、銅テープＥ１１を適
当な導電性塗料を介して被覆層Ｃ１の表面上に密着する
とよい。かかる導電性塗料としては、銀粉、グラファイ
ト粉、導電性カーボンブラック、銀ペーストなどの導電
性付与剤を均一に分散したグリースや軟質の有機高分子
をベースとする塗料を例示することができる。

【００２６】

【実験例】外径２１ｍｍ、公称厚さ２．５ｍｍの軟質ポ
リ塩化ビニルシースを有する６００Ｖ用電力ケーブルの
該シース上に超音波発振手段と超音波受信手段とを設置
間隔Ｌを２ｍｍとして設置し、且つ図１に示すように、
それらの両側にアースを設けた。各アースは、厚さ０．
０５ｍｍ、幅２０ｍｍの銅テープを日本アチソン（株）
社製の銀粉入り導電性塗料（商品名：銀ペースト）を用
いて該シースの表面上を一周して密着設置し、該銅テー
プに線径２．０ｍｍのリード銅線を溶接し、その他端は
大地中に埋設した長さ約１ｍの埋設銅線の上端に溶接し
て形成されている。なお該リード銅線に開閉スイッチを
設け、該スイッチを開閉して本発明における電流遮断手
段としてのアースの効果を検証できるようにした。一
方、図１に例示された同軸型通信ケーブルＳ１、Ｓ２、
Ｓ３に対応するケーブルとして、最外部に電磁波遮蔽層
を有する遮蔽同軸型通信ケーブルを使用した。ついで上
記電力ケーブルの、超音波発振手段と超音波受信手段と
を設置した辺りの横で且つ該電力ケーブルから約５ｍ離
れた位置で、出力２０ｋＷの電気溶接を用いて鉄骨の電
気溶接を行った。また電気溶接を行っている間に、周波
数１．０ＭＨｚ、出力２００Ｖの超音波を用いて軟質ポ
リ塩化ビニルシースの超音波伝搬速度の測定を行った。
上記の開閉スイッチを閉じてアースされた状態とした場
合には、伝搬時間測定手段のオシロスコープに示された
超音波のパルス波形にはノイズが見られなかったが、開
閉スイッチを開いてアースを外した状態とした場合には
上記のパルス波形の全体に多数のノイズがランダムに生
じた。よって、この開閉スイッチの開閉にてアースによ
る電流遮断効果を確認することができた。

【００２７】

【発明の効果】本発明の特性測定装置は、異常電流を被
覆層に生ぜしめるような外的要因が被覆電線の近傍に存
在していても、電気信号を利用して該被覆層の各種の特
性を安定して且つ正確に測定することができる。また被
覆層に突発的な過電流やサージ電圧が発生しても、電流
遮断手段により特性測定手段がそれらから保護されるの
で損傷する問題もない。よって本発明は、上記の外的要
因の有無に拘らず被覆電線の被覆層の特性を随時に測定
する必要のある場合などに好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の特性測定装置についての説明
図である。

【図２】図１の部分拡大断面図である。

【図３】超音波発振手段から発振された超音波のパルス
波形の例である。

【符号の説明】

１ 超音波発振手段 １２ 超音波発振制御手段 ２ 超音波受信手段 ２２ 超音波受信制御手段 ３ 伝搬時間測定手段 Ｃ 被覆電線 Ｃ１ 被覆層 Ｓ１ 電気信号伝送用の同軸型通信ケーブル Ｓ２ 電気信号伝送用の同軸型通信ケーブル Ｓ３ 電気信号伝送用の同軸型通信ケーブル Ｅ１ アース Ｅ２ アース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 芦田 哲哉 兵庫県尼崎市東向島西之町８番地 三菱電 線工業株式会社内 (72)発明者 池原 潤一郎 兵庫県尼崎市東向島西之町８番地 三菱電 線工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2G047 AA05 AB03 AB05 BA03 BB02 BC02 BC11 GB27 GG24 GH04

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被覆電線の被覆層に設置され且つ電気信
   号を利用する特性測定手段と、少なくとも特性測定手段
   が設置された個所の被覆層部分に外的要因に起因する電
   流が流れないようにする電流遮断手段とを有することを
   特徴とする被覆電線の被覆層の特性測定装置。
2. 【請求項２】 特性測定手段が、超音波発振の情報を電
   気信号にて所望個所に伝送する情報伝送手段を有する超
   音波発振手段と超音波受信の情報を電気信号にて所望個
   所に伝送する情報伝送手段を有する超音波受信手段との
   組合わせ体である請求項１記載の被覆電線の被覆層の特
   性測定装置。
3. 【請求項３】 特性測定手段が、被覆層の表面に圧子を
   衝突させたときの該圧子の入射時と該表面からの反射時
   の各速度に関する情報を電気信号にて所望個所に伝送す
   る情報伝送手段を有する表面反発硬度測定手段である請
   求項１記載の被覆電線の被覆層の特性測定装置。
4. 【請求項４】 電流遮断手段が、被覆層に設置された特
   性測定手段の被覆電線の長手方向での両側に設けられ、
   被覆層の少なくとも表面を大地電圧とし得るアースであ
   る請求項１〜３のいずれかに記載の被覆電線の被覆層の
   特性測定装置。