JPH0793054B2 - 電力ケーブル線路の湿度検知方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電力ケーブルの線路の湿度検知、特にCVケー
ブル線路内の湿度を検知するのに適した湿度検知方法に
関するものである。

［従来の技術］ 一般に、電力ケーブルは幅広く使用されており、現代生
活に不可欠な社会機能を担っているが、高電圧の進んだ
現在の電力ケーブルにおいては、特に高度の性能安定性
と信頼性が要求されている。この様に重要な機能を有す
る電力ケーブルの性能低下や障害を発生する一因として
は、ケーブル内への水分の侵入がある。通常この水分侵
入を防止するために、電力ケーブルには強固に被覆が施
されているが、万一水分がケーブル内に侵入した場合の
検知、あるいは長時間に亘る微小水分の侵入による性能
劣化の予知を行うことができなかった。

ところで、水分量や湿度を検知するいわゆる湿度センサ
としては、セラミック等を使用した電気抵抗式の湿度セ
ンサが実用化されている。

また、光ファイバを利用した湿度センサでは、吸収材料
に光ファイバを横巻し、吸収時に吸水材料が膨脹したこ
とによる測圧で光ファイバにマイクロベンドを起こし、
この損失上昇をOTDRで長手方向に沿って検出し、浸水を
検知する方式が開発されている。

そこで、この様な湿度センサを電力ケーブル内やケーブ
ルの接続箱内に配置して、電力ケーブル線路の吸湿状態
を監視しようとする提案があった。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、いずれにしても従来の湿度検知方式や装置で
は、次のような問題があった。

（１） 電気式の湿度センサを電力ケーブルに内蔵して
その吸湿状態を検知する方法では、湿度センサに電力を
供給して信号を取り出すための金属リード線をケーブル
内から引き出す必要があり、このため電磁ノイズの影響
を受け易く、安定した検出を行うことが困難である。長
尺のケーブル線路に適用する場合には、多数の湿度セン
サと信号引き出し線とが必要となり、布設スペースやコ
スト面で問題が生じる。また電力ケーブルでは、接地系
にも電圧が誘起されることから、ケーブルから引き出し
た金属リード線が誤って接触すると循環電流が発生し
て、電力ケーブル線路全体を破壊する恐れがある。

（２） 次に、光ファイバを利用した浸水検知センサを
ケーブル内に設け、その損失変化から浸水を検知する方
法では、浸水を検知できるものの、ケーブル内の微少水
分や湿度を応答性よく検出することは出来ず、水分が侵
入しても数年経過しないと信号変化を検出することがで
きない。

（３） 更に、OTDRを用いて後方散乱光分布から多数の
センサ情報を得る方法では、近傍センサの損失が大きく
なると信号が減衰し、後方センサからの情報が得られな
くなる。

本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解消し、安
全かつ確実に吸湿状態を検知することができる電力ケー
ブル線路の湿度検知方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の要旨は、電力ケーブルの各接続部に光式湿度セ
ンサを設けると共に、電力ケーブルの長手方向に沿って
２本の伝送用光ファイバを配設し、光分岐結合器及びセ
ンサ用光ファイバを介して上記各光式湿度センサと接続
し、上記光分岐結合器においてセンサ用光ファイバと伝
送用光ファイバへ分岐する分岐比を伝送用光ファイバの
方が著しく大きくなるように選び、その第１伝送用光フ
ァイバに一端から光パルスを送り上記各接続部に対応す
る箇所で光分岐結合器により夫々分岐させて入力用のセ
ンサ用光ファイバを介して各光式湿度センサへ入射さ
せ、それら光式湿度センサから出射される湿度による光
損失変化を受けた光パルスを、出力用のセンサ用光ファ
イバを介して光分岐結合器により第２光ファイバに結合
させ、第１伝送用光ファイバの一端から何発もの光パル
スを出射してその都度第２伝送用光ファイバの一端に戻
ってきた光パルスの信号を平均化処理し、第１光ファイ
バの一端から送られて第２光ファイバの一端に戻る光パ
ルスの時間的変化を加味して各接続部の湿度を求めるこ
とにある。

［作用］ 第１光ファイバに一端から光パルスを送出すると、該光
パルスは、電力ケーブルの接続部に対応する箇所毎に設
けてある分岐部で次々と光分岐され、上記各接続部の湿
度センサに入り、光損失変化を受けて出射される。これ
ら湿度センサから出射される光パルスは、第２光ファイ
バにおける電力ケーブルの接続部に対応する箇所の分岐
部に導かれ、第２光ファイバの一端に戻って来る。第１
及び第２光ファイバに設けてある分岐部の場所は、電力
ケーブルの接続部の場所に対応しているため、第１光フ
ァイバの一端から出て第２光ファイバの一端に戻る光パ
ルスの時間的変化から各接続部の湿度を求めることがで
きる。従って、光方式による湿度多点一括計測が可能で
あり、装置のコンパクト性，安全性が大幅に向上する。

［実施例］ 以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は電力ケーブル線路の湿度検知をなす計測システ
ムの構成図である。

電力ケーブル１が所定の間隔で接続部２により接続され
て配設されており、これら電力ケーブルの各接続部２に
は、それぞれ１つの光式湿度センサ３が設置されてい
る。光式湿度センサ３は、ここでは湿度により光損失変
化の生ずる光透過式のものである。

上記電力ケーブル線路に沿って、長手方向に２つの伝送
用光ファイバ6a,6bが配設され、これらの伝送用光ファ
イバ6a,6bには、電力ケーブル１の接続部２に対応する
箇所毎に、それぞれ光分岐部としての分岐結合器４が接
続されている。従って、電力ケーブル１の配設方向に見
て、同じ電力ケーブル接続部２に対して、２つの伝送用
光ファイバ6a,6bの分岐結合器4,4が場所的に対応してい
る。この場所的に対をなす２つの分岐結合器4,4のう
ち、一方の分岐結合器４から分岐されたセンサ用光ファ
イバ5aは、電力ケーブル接続部２の中に設置された光式
湿度センサ３の一方側に接続され、他方の分岐結合器４
より分岐されたセンサ用光ファイバ5bは、同じ光式湿度
センサ３の他方側に接続されている。

このように構成される光ファイバ及び湿度センサ系統に
おいて、一方の伝送用光ファイバ6aの一端側には、パス
ル駆動回路７で駆動されるレーザ光源８が接続され、他
方の伝送用光ファイバ6bの一端には受光器９に接続され
ている。従って、伝送用光ファイバ6aは光パルス送路用
の第１光ファイバとして機能し、伝送用光ファイバ6bは
光パルス受路用の第２光ファイバとして機能する。受光
器９の後段には、ランダムノイズを除去するための平均
化処理器10が接続され、ここで処理された信号は信号処
理器11に送られる。

この様なシステム構成における本実施例の作用を述べ
る。

パルス駆動回路７により駆動されたレーザ光源８から出
射された光パルスは、第１光ファイバ6aを伝搬し、分岐
結合器４を介してセンサ用光ファイバ5aに分岐し、光式
湿度センサ３の一方側に入射し、湿度に応じた光損失変
化を受けて他方側から出射する。光式湿度センサ３によ
り強度変化を受けた光パルスは、再びセンサ用光ファイ
バ5b,分岐結合器4,第２光ファイバ6bを伝搬して、受光
器９に入射し、電気的信号に変換される。

レーザ光源８から出射した一発のパルス光は、長手方向
に分布する接続部２の箇所毎に分岐結合器４でその都度
分岐されることから、受光器９で検出される信号は、第
２図に示すように、湿度センサ３の設置されている距離
に対応した遅延時間を伴うパルス列の信号12として検出
される。従って、このパルス列信号12の各パルスは、そ
れぞれの接続部２に設置された湿度センサ３の信号に１
対１に対応しており、湿度に応じてパルス強度が変わる
ことになり、多数のセンサ信号を１箇所で分離検出でき
ることになる。

尚、分岐を取ることから、遠方の湿度センサの信号検出
が困難となるが、光分岐結合器４において、センサ用光
ファイバ5a,5bと伝送用光ファイバ6a,6bへ分岐する分岐
比を、伝送用光ファイバ6a,6bの方が著しく大きくなる
ように選ぶことで対処できる。この場合、センサ光ファ
イバ5a,5bへ分岐される光強度は小さくなり、受光器９
で検出されるレベルのS/N比が悪くなるが、これは何発
ものパルス光をレーザ光源８から出射し、その都度得ら
れた受光器９の検出信号を平均化処理10で平均化するこ
とで、ランダム雑音を取り除くことができ、S/N比を大
幅に改善できる。

この様にして得られたパルス列信号12は、信号処理器11
で各接続部の湿度に換算され表示される。

次に、上記の様なシステムに適用するのに適した光式湿
度センサ３の構成について説明する。

第３図は光式湿度センサ３及び電力ケーブル接続部の断
面を示す。電力ケーブルの実際の接続部２は接続箱20に
収納され、この接続箱20に設けられているコンパウンド
充填孔21に、湿度センサ３のケース30が気密に接続され
ている。コンパウンド充填孔21には、ケーブル部分から
湿度を伝達させるためのパイプ22が導かれており、セン
サケース30の下壁中央に設けた連通孔31に接続されてい
る。

センサケース30にはその両側の側壁から光ファイバ5a,5
bが気密に挿入され、その先端がケース内部で所定の空
間13を隔てて対向し、光ファイバ端面突き合わせ部を形
成している。本実施例では、光ファイバ先端を対向配置
し端面突き合部を形成する手段として、フェルール17が
センサケース30の側壁に気密に挿入保持されており、こ
れに光ファイバ心線14を一致させた状態で光ファイバを
接続し、そのスリーブ16内に接着剤15を充填して固定し
ている。尚、フェルール17は先端にレンズ18を備えてい
る。

センサケース30内における光ファイバ端面突き合わせ部
の空間13、つまりフェルール17間には、面内で透過率が
異なる透過板32が、その中央を回動軸33で支持されて配
置されている。この透過板32の回動軸33は感湿材34が接
続されており、湿度に応じて感湿材34が変位すると、こ
れに対応して透過板32が回動変位する構成となってい
る。

今、個々の電力ケーブル接続部２においてケーブル内で
湿度変化が生ずると、その湿度変化がパイプ22を通して
センサケース30内に伝搬され、この湿度に応じて感湿材
34が膨脹，収縮する。これにより透過板32が回動変位し
て、光ファイバ先端13,13間に介在する透過板32の領域
が変わる、即ち透過率が変化する。このため光ファイバ
5a,5bで得られる光強度は、湿度に対応した信号とな
る。

この様にして、上記第３図の湿度センサ３及び第１図の
システムで電力ケーブルの湿度が検出できる。

第１図のシステムは、電力ケーブル接続箱内に設けられ
た光ファイバ型湿度センサ３の信号を、伝送用ファイバ
6a,6bの一方にパルスを入射し、他方から戻るパルス光
の時間変化から求める方式であり、湿度多点一括計測が
可能であるため、コンパクト性，安全性が大幅に向上す
る。

第３図の実施例では光式湿度センサを回動変位する透過
板を用いて構成したが、他の構成の光式湿度センサを用
いることもできる。例えば、（１）光ファイバ端面突き
合わせ部の間にセルロースフィルム等の感湿性フィルム
を介装する方式や、（２）光ファイバコアにSiO₂多孔質
層を形成した光ファイバを用いる方式を採用することが
でき、これらを用いることでセンサ収納部のコンパクト
化を更に図ることができる。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、次のような優れた
効果が得られる。

（１） 長尺の電力ケーブルにおける接続部分布を一度
に検出することができ、高感度で迅速な湿度検知が行わ
れる。

（２） 長手方向に設けられた多数の光式湿度センサの
うち、途中で或る湿度センサに異常が生じても、他の湿
度センサの検出信号に影響が全く無い。従って、安定し
た検出が行える。

（３） 湿度センサ部に電源等を必要とせず、小型で取
扱も容易であるため、電力ケーブルに特殊な構造が要求
されることもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電力ケーブル線路の湿度検知方法の一
実施例を示す測定システムの構成図、第２図は受光器で
検出される光パルスの測定結果を示す図、第３図は光式
湿度センサの構成例を示す断面図である。 図中、１は電力ケーブル、２は電力ケーブル接続部、３
は光式湿度センサ、４は光分岐結合器、5a,5bはセンサ
用光ファイバ、6aは伝送用光ファイバ（光パルス送路用
の第１光ファイバ）、6bは伝送用光ファイバ（光パルス
受路用の第２光ファイバ）、７はパスル駆動回路、８は
レーザ光源、９は受光器、10は平均化処理器、11は信号
処理器、12はパルス列信号、13は光ファイバ端面突き合
わせ部の空間、14は光ファイバ心線、15は接着剤、16は
スリーブ、17はフェルール、18はレンズ、20は接続箱、
21はコンパウンド充填孔、22はパイプ、30はセンサケー
ス、31は連通孔、32は透過板、34は感湿材を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋場 圭一 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日立 電線株式会社電線研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−311148（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電力ケーブルの各接続部に光式湿度センサ
   を設けると共に、電力ケーブルの長手方向に沿って２本
   の伝送用光ファイバを配設し、光分岐結合器及びセンサ
   用光ファイバを介して上記各光式湿度センサと接続し、
   上記光分岐結合器においてセンサ用光ファイバと伝送用
   光ファイバへ分岐する分岐比を伝送用光ファイバの方が
   著しく大きくなるように選び、その第１伝送用光ファイ
   バに一端から光パルスを送り上記各接続部に対応する箇
   所で光分岐結合器により夫々分岐させて入力用のセンサ
   用光ファイバを介して各光式湿度センサへ入射させ、そ
   れら光式湿度センサから出射される湿度による光損失変
   化を受けた光パルスを、出力用のセンサ用光ファイバを
   介して光分岐結合器により第２光ファイバに結合させ、
   第１伝送用光ファイバの一端から何発もの光パルスを出
   射してその都度第２伝送用光ファイバの一端に戻ってき
   た光パルスの信号を平均化処理し、第１光ファイバの一
   端から送られて第２光ファイバの一端に戻る光パルスの
   時間的変化を加味して各接続部の湿度を求めることを特
   徴とする電力ケーブル線路の湿度検知方法。