JPH06215280A - 伝送線路内環境物質浸入監視システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ケーブル構造の多様化、布設環境の複雑化並
びに保守コスト低減の要求に対して満足のいく浸水など
の監視システムを提供する。 【構成】 伝送線路内長手方向に、ラマン散乱光温度測
定装置５に接続された温度監視用光ファイバ３と、この
光ファイバを加熱する発熱体２を備える。発熱体２の発
熱量を変化させると共に温度測定を行うと、浸入物質と
伝送線路内の構成材料或は空気とは熱伝導率が異なるた
め、温度分布の変化から伝送線路内への環境物質の浸入
を検知することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、通信，電力用ケーブル
等の伝送線路内への環境物質（水，泥，砂等）浸入の有
無，その分布及び浸入物質の種類などをオンラインで監
視するためのシステム及びこのシステムに使用される浸
水センサ入りケーブルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、社会性，公共性の高い情報或はエ
ネルギーの伝送路の保守（主に浸水検知）方法として、
次に挙げるものが使用されている。 ケーブルにガス（乾燥空気）を挿入し、ガス圧の低下
により異常を検出すると共に浸水を防ぐ（ガス封入
型）。 絶縁体に穴を開けた絶縁電線をケーブル内に設け、浸
水による絶縁抵抗の低下を利用して浸水を検知する（漏
水検知電線複合型）。 浸水時の光ファイバにマイクロベンディングを加える
機構を設けたセンサモジュールをケーブル接続部（クロ
ージャー内）に設け、光ファイバの損失増加により異常
を検出する（光ファイバ漏水センサ型）。 隙間に防水混和物（ジェリー）を充填したケーブルを
使用する（ジェリー充填型）。

【０００３】一方、近年、光ファイバの布設技術とし
て、予めプラスチックなどの中空チューブ或はチューブ
を複数本集めたチューブケーブルを布設しておき、後で
このチューブの中に光ファイバユニットを空気で圧送す
るエアブローンファイバ（ＡＢＦ）工法が考案され、次
のような特徴からビル内等の伝送路を中心に急速に普及
してきた。 予め光ファイバの予備心に初期投資しなくても、予備
チューブさえ設けておけば、光ファイバの増設や、より
高性能な新型光ファイバへ等への更新が自由に行える。 ケーブル単長は短くても、予めチューブ同士を気密性
のコネクタでシリーズに接続しておけば、光ファイバユ
ニットを一連で長距離圧送することができ、光ファイバ
の接続箇所数を減らすことができる。 チューブのコネクタ開閉により、布設ルートの切り替
えやドロップが自由に行える。 将来分岐接続が予想される場合、予めチューブにコネ
クタを設けておけば、将来必要に応じて光ファイバの分
岐接続が容易に行える。

【０００４】最近、このような利点をより広域の屋外通
信網などにも生かしたいという要求が現れ、今まで以上
に苛酷な屋外環境下にチューブケーブルを布設する必要
が生じてきた。しかし、特に、メタルコルゲートシース
を用いた直埋方式のチューブケーブル等では、布設後、
万一不慮の事故によりケーブルが切断されたり、一部に
損傷を受けて浸水などが生じた場合、通常の光ケーブル
以上に浸入水等が長手方向に走り易いため、被害が拡大
し易いという問題がある。加えて、公共事業などでは、
インフラストラクチャとして予めチューブケーブルを布
設しておき、次年度以降必要に応じて光ファイバユニッ
トを後から圧送するケースも少なくないため、圧送まで
の期間に破損事故が発生しても全く検知されまいまま被
害が拡大してしまう危険性がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このため、何らかの浸
水検知を行って伝送路の保守管理を行う必要があるが、
従来の保守方法のうち、ガス封入型は、ガス圧監視装置
やガス供給装置が必要で初期投資、ランニングコスト共
に高価である。又、漏水検知電線複合型は、伝送路に平
行して走る特高圧電線などがある場合（広域伝送路では
このような場合にしばしば遭遇する）、誘導障害の問題
から採用できない。即ち、部分的に絶縁のない電線を使
用するため、誘導電流によるケーブル焼損の危険があ
る。又、メタリック型センサであるため、誘導電流によ
り監視システムが損傷或は誤動作を起こし易い。さら
に、光ファイバ漏水センサ型は、離散的に分布する接続
部が浸水しないと検知できず、検出が遅れてしまうと共
に損傷位置を特定することが困難である。加えて伝送損
失の増加を利用しているため、マイクロベンドの付加に
より測定ダイナミックレンジが狭くなり、測定箇所や長
さに制約を受け易い。一方、ジェリー充填型は、接続作
業性が悪い上、エアブローンファイバ用のチューブ内に
は充填できないから使用できない。又、ケーブルの部分
的損傷や、予備心が損傷した場合には発見が難しいとい
った問題があった。本発明の目的は、このような技術的
背景のもと、ケーブル構造の多様化、布設環境の複雑化
並びに保守コスト低減の要求に対して満足のいく保守を
行いうる監視システムを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】その特徴は、伝送線路内
長手方向に、ラマン散乱光温度測定装置に接続された温
度監視用光ファイバと、該光ファイバを加熱する発熱体
を備え、発熱体を発熱させて温度測定を行い、温度分布
の変化から伝送線路内への環境物質の浸入を検知するこ
とにある。又、このようなシステムに用いるケーブルと
しては、発熱体と温度監視用光ファイバとを内蔵したこ
とを特徴とする。

【０００７】以下、図に基づいて一具体例を説明する。
図１は本発明具体例の概略構成を示すもので、伝送線路
１内長手方向には発熱体２と温度測定用光ファイバ３が
内蔵され、発熱体２は温度制御装置４に、光ファイバ３
はラマン散乱光温度測定装置５に接続されている。各部
の構成を以下に述べる。

【０００８】（伝送線路）電線、ケーブル、光ケーブ
ル、ＡＢＦチューブケーブル、或はこれらの複合ケーブ
ルなど、情報，エネルギーの伝送路として用いられるも
のの全てを含む。尚、図において、1aは伝送線路のシー
ス或は鎧装、1bは伝送線路のコアである。

【０００９】（ラマン散乱光温度測定システム）これは
光ファイバ自身をセンサとし、センサに沿った温度を連
続的に測定できる技術として知られているもので、一般
に、温度測定用光ファイバ（センサ）と測定装置並びに
システム制御や演算，表示を行うコンピュータからな
る。基本原理と構成例を図２及び図３に基づいて説明す
ると、先ずＬＤ（レーザダイオード）を駆動して温度測
定用光ファイバに光パルスを入射する。入射された光パ
ルスは光ファイバの各部分で光散乱を起こし、散乱光の
一部は入射端に戻ってくる（後方散乱光）ので、これを
方向性結合器を介して取り出す。後方散乱光の発生位置
は、光ファイバ中の光速がわかっているため、光パルス
を入射してから後方散乱光が入射端に戻って来るまでの
時間を計測することによって求めることができる。ここ
で、後方散乱光に含まれているラマン散乱光の２成分
（ストークス光、アンチストークス光）の強度比は温度
の関数となっているため、受光素子ＡＰＤ（アバランシ
ェフォトダイオード）を介して検出信号を演算処理すれ
ば光ファイバ長手方向の温度分布が得られるというもの
である。

【００１０】（発熱体及び温度制御装置）これらは、伝
送線路内の環境物質浸入部と正常部における温度変化の
相違を検知するため温度測定用光ファイバ及びその周囲
を加熱するもので、例えば、線状の金属体に通電するこ
とで発熱させる。具体的には、銅、アルミニウム、鋼等
の金属体或はこれに絶縁被覆（コーティングを含む）を
施した絶縁金属体で線状に構成されたもの等を発熱体と
する。又、温度制御装置４は、発熱量（温度）の制御を
発熱体に印加される電圧の制御で行える通電加熱装置等
を用いればよい。

【００１１】

【作用】このような構成のシステムで、仮に、発熱体を
発熱させることなく温度測定を行えば、伝送線路の外
被，鐙装や端末部が破損するなどして環境物質が浸入て
も、浸入部を確実に検出できるとは限らない。浸入物質
の温度が伝送線路の環境温度に近く、かつ伝送線路の内
部温度が環境温度に近い場合等は、浸入部と正常部との
温度に有意的な差を見いだせないからである。

【００１２】しかし、発熱体の発熱量を変化させて光フ
ァイバ長手方向の温度分布を常時或は随時監視すると、
伝送線路内に環境物質の浸入があった場合、浸入の有
無、浸入した範囲、或は浸入物質の種類を検知すること
ができる。浸入した環境物質と伝送線路内の空気や伝送
線路の構成材料の比熱或は熱伝導率が異なるため、浸入
部と正常部では測定温度及び温度変化の仕方（過渡状態
における温度分布）が異なるからである。例えば、所定
の温度に加熱した状態で温度分布を測定してこの分布を
正常値として記録しておき、環境物質の浸入があった場
合、この正常値との比較で温度の異なるところを浸入部
として検出することができる。或は、所定の温度に加熱
する過渡状態において、温度変化の仕方が異なることか
らも浸入部を検出することができる。

【００１３】以上の具体例は、発熱体と温度測定用光フ
ァイバを各１本ずつ（これらに対応する温度制御装置、
ラマン散乱光温度測定装置も１個づつ）使用し、伝送線
路の一端からこれらを配置した例を示したが、本発明は
このような構成に限定されるものではない。例えば、発
熱体及び／又は温度測定用光ファイバを複数本用いても
よいし、伝送線路の中継接続部から温度制御装置、ラマ
ン散乱光温度測定装置、並びにこれらに接続される発熱
体と温度測定用光ファイバを配置してもよい。さらに、
発熱体及び／又は温度測定用光ファイバの伝送線路内へ
の内蔵の仕方についても、必ずしも伝送線路長手方向に
一様に配置する必要はない。環境物質浸入箇所をある程
度特定できるような間隔をもって、断続的にこれらを配
置してもよい。又、発熱体は測定対象間を往復して配置
してもよい。

【００１４】

【実施例】以下、直埋用メタルコルゲート鐙装ＡＢＦパ
イプケーブルに適用した実施例を説明する。図４は実施
例ケーブルの断面を示し、発熱体として６００Ｖ架橋ポ
リエチレン絶縁電線12（導体サイズ２２sq）を用い、エ
アブローンパイプ内の光ファイバユニット16を構成する
光ファイバ素線１心を温度測定用光ファイバとして使用
するものである。

【００１５】ケーブル構造は、テンションメンバ10を中
心に、その周囲を４本のＰＥチューブ11（内径６ｍｍ
φ、外径８ｍｍφ）と２本の架橋ポリエチレン絶縁電線
12が取り巻き、これらの上にＬＡＰシース13、さらにメ
タルコルゲートシース14が形成され、最外層に防食層15
が設けられている。そして、ＰＥチューブ11の一つに光
ファイバユニット16が圧送されている。このユニットの
断面構造を図４（Ｂ）に示す。図示のように、リップコ
ード17と６心の光ファイバＵＶ素線18（０．２５ｍｍ
φ）で構成され、これらの上に一次被覆19並びに二次被
覆20を施したものである。

【００１６】環境物質の浸入監視を行う際には、２心の
絶縁電線12の一端を、これらの間に直流電圧を印加する
電圧制御，供給装置（温度制御装置）に接続し、他端は
２心を短絡する。そして、温度測定用光ファイバとし
て、６心光ファイバユニット内のマルチモードＧＩタイ
プの光ファイバ素線（住友電気工業（株）製）１心を使
用し、この一端をラマン散乱光温度測定装置（住友電気
工業（株）製SUT-200 ）に、他端を無反射コネクタに融
着接続した。

【００１７】

【試験例】次に、長距離伝送路を模擬するために、図５
に示すように通電加熱装置30に接続されたダミーの絶縁
電線31とラマン散乱光温度測定装置32に接続された光フ
ァイバ33により試験区間を設けた全長１０ｋｍのモデル
を構築した。各試験区間は、光ファイバ33及び絶縁電線
31をパイプ34に挿入し、これを水中に浸漬したもので、
区間Ａ，Ｃのケーブルはパイプ中に水が入らないよう、
その両端を気中に出し、区間Ｂ，Ｄのケーブルは浸水部
を模擬するため、パイプ両端を水中に没してその中に水
を満たした。区間Ａ，Ｂの光ファイバ長は５ｍ、区間
Ｃ，Ｄのそれは１０ｍで、絶縁電線の端部は折り返し接
続されている。又、水の温度は平均的な地中埋没状態を
模擬するため、約２５℃に調整し、気中の温度は約１０
℃であった。

【００１８】この状態で１時間以上放置して試験ケーブ
ルの温度が周囲の温度とほぼ同じになったことを確認し
た後、通電加熱装置30により絶縁電線31に６００Ｖの電
圧を１５分間印加した。このとき流れた電流は約７０Ａ
であった。

【００１９】図６に電圧を印加しはじめてからの経過時
間と区間Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各中央点における上昇温度の
測定結果を示す。図示のように、正常区間Ａ，Ｃと浸水
区間Ｂ，Ｄにおける上昇温度の絶対値並びに温度勾配に
は明確な差が観測されており、本発明により浸水検知が
行えることが実証された。

【００２０】さらに、図７に電圧を印加しはじめてから
１０分後の光ファイバ長手方向の温度分布を示す。浸水
区間ＢとＤで浸水長の違いが明確に観測されており、浸
水長の測定が行えることも実証された。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の監視シス
テム或はケーブル使用すれば、不慮の事故などで伝送線
路内に泥水，海水，汚水，砂，化学物質などの環境物質
が浸入した場合でも、その発生の有無、位置等の被害状
況をリアルタイムに把握することができる。従って、直
ちに保守対応をとることができ、被害を最小限に抑え、
かつ早急に復旧させることができる。

【００２２】又、本発明システムは、監視のために逐一
伝送路の途中に監視施設を設ける必要がない上、１台の
システムで長距離伝送路の監視を行うことができるた
め、単位伝送路長当たりのシステムコストを低減するこ
とができる。

【００２３】さらに、一般に誘導障害等に弱いとされる
センサにノンメタリック構造の光ファイバを使用するた
め、近隣を平行して走る特高圧電線等からの誘導障害な
どの問題を回避できる。発熱体も例えば既存の規格に基
づいた配線用絶縁電線のコアを使用して、通常の低圧或
は高圧配電線と同等の耐サージ対策を施せば誘導障害な
どの問題を解消できる。

【００２４】従って、本システムの原理とケーブルは、
ＡＢＦケーブルや一般の光ケーブル，電力ケーブル，こ
れらの複合ケーブルのみならず、各種センサーケーブ
ル，パイプライン，共同溝，洞道，トンネル等あらゆる
伝送路における環境物質浸入監視に応用することができ
る。又、検知対象となる環境物質も、水，海水，汚水，
砂，化学物質に限らず、伝送路の構成材料と比熱や熱伝
導率の異なるあらゆる物質を対象とすることが考えられ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明システムの概略を示す構成図である。

【図２】ラマン散乱光温度測定システムの原理を示す説
明図である。

【図３】ラマン散乱光温度測定システムにおける後方散
乱光の波長分布を示すグラフである。

【図４】本発明ケーブルを示す断面図で、（Ａ）はケー
ブル全体の断面図、（Ｂ）はその中に用いられている光
ファイバユニットの断面図である。

【図５】本発明試験例に用いた装置の概略を示す構成図
である。

【図６】試験例において、電圧を印加しはじめてからの
経過時間と区間Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各中央点における上昇
温度の測定結果を示すグラフである。

【図７】電圧を印加しはじめてから１０分後の光ファイ
バ長手方向の温度分布を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 伝送線路 1a 鐙装 1b コア ２ 発熱体 ３ 温度測定用光ファイバ ４ 温度制御装置 ５ ラマン散乱光温度測定装置 10 テンションメンバ 11 ＰＥチューブ 12 ＰＥ絶縁電線 13 ＬＡＰシース 14 メタルコルゲートシース 15 防食層 16 光ファイバユニット 17 リップコード 18 光ファイバＵＶ素線 19 一次被覆 20 二次被覆 30 通電加熱装置 31 絶縁電線 32 ラマン散乱光温度測定装置 33 光ファイバ 34 パイプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 伝送線路内長手方向に、ラマン散乱光温
   度測定装置に接続された温度監視用光ファイバと、該光
   ファイバを加熱する発熱体を備え、この発熱体を発熱さ
   せて温度測定を行い、温度分布の変化から伝送線路内へ
   の環境物質の浸入を検知することを特徴とする伝送線路
   内環境物質浸入監視システム。
2. 【請求項２】 発熱体と温度監視用光ファイバとを内蔵
   したことを特徴とする浸水センサ入りケーブル。