JPH0787051B2

JPH0787051B2 - 電力ケーブル及びその温度分布測定方法

Info

Publication number: JPH0787051B2
Application number: JP63296101A
Authority: JP
Inventors: 晃史大西; 隆一置鮎; 昭太郎 ▲吉▼田; 功加治; 始竹鼻; 功三浦
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1988-11-25
Filing date: 1988-11-25
Publication date: 1995-09-20
Anticipated expiration: 2010-09-20
Also published as: JPH02144810A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はラマン散乱光の強度が温度の関数であることに
基づいて電力ケーブルの長手方向における温度分布を測
定し、熱挙動や事故点検知に利用される電力ケーブルお
よびその温度分布測定方法に関する。

〔従来の技術〕

一般に、電力ケーブルの許容電流を管理するためには、
電力ケーブルの長手方向における温度分布を計測するこ
とが考えられ、この温度分布を測定する手段としては、
従来、電力ケーブルの長手方向に沿って所定間隔をおい
て多数の熱電対を取付けて測温している。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、斯かる従来技術にあっては、電力ケーブ
ルの長手方向に沿って所定間隔をおいて多数の熱電対を
取付けなければならないため、取付工数が多くかかり、
測定点数が非常に多くなって、温度分布測定手段として
の価格が膨大になるという問題点がある。また、部分的
に電力ケーブルの長手方向に沿った温度分布を測定する
ので、測定温度精度が低い問題点もある。

なお、温度測定素子を電力ケーブルに設けるには、電力
ケーブルの付設時に当該温度測定素子が損傷を受けない
ように保護する必要がある。

そこで、本発明は上記事情を考慮してなされたもので、
長手方向の温度分布を容易且つ安価に、そして高精度に
測定することのできる電力ケーブルおよびその温度分布
測定方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による電力ケーブルは、ケーブル導体を絶縁体で
絶縁し、該絶縁体の外周に金属素線を螺旋巻きした遮蔽
層を設け、該遮蔽層の外周に外被を設けてなる電力ケー
ブルにおいて、前記遮蔽層の金属素線間に位置させて絶
縁体の外周に螺旋巻きしかつ電力ケーブルの長手方向に
沿って１以上のラマン散乱光ファイバ心線を設けたこと
を特徴とするものである。

また、本発明による電力ケーブルは、ケーブル導体を絶
縁体で絶縁し、該絶縁体の外周に外被を設けてなる電力
ケーブルにおいて、前記外被がコルゲート管を有するも
のであって、電力ケーブルの長手方向に沿いかつ前記コ
ルゲート管の外側の谷部内あるいは内側の谷部内に位置
させて螺旋巻きして１以上のラマン散乱光ファイバ心線
を設けたことを特徴とするものである。

また、本発明による電力ケーブルの温度分布測定方法
は、ケーブル導体を絶縁体で絶縁し、該絶縁体の外周に
金属素線を螺旋巻きした遮蔽層を設け、該遮蔽層の外周
に外被を設けてなる電力ケーブルの温度分布測定方法に
おいて、前記遮蔽層の金属素線間に位置させて絶縁体の
外周に螺旋巻きしかつ電力ケーブルの長手方向に沿って
設けた１以上のラマン散乱光ファイバ心線の端末部から
パルス光を入射させて該光ファイバ心線中にラマン散乱
を発生させ、このラマン散乱光強度を検出し、同ラマン
散乱光強度に基づいて電力ケーブルの長手方向の温度分
布を測定することを特徴とするものである。

また、本発明による電力ケーブルの温度分布測定方法
は、ケーブル導体を絶縁体で絶縁し、該絶縁体の外周に
外被を設けてなる電力ケーブルの温度分布測定方法にお
いて、前記外被をコルゲート管を有するものとし、電力
ケーブルの長手方向に沿いかつ前記コルゲート管の外側
の谷部内あるいは内側の谷部内に位置させて螺旋巻きし
て設けられた１以上のラマン散乱光ファイバ心線の端末
部からパルス光を入射させて該光ファイバ心線中にラマ
ン散乱を発生させ、このラマン散乱光強度を検出し、同
ラマン散乱光強度に基づいて電力ケーブルの長手方向の
温度分布を測定することを特徴とするものである。

〔発明の作用および効果〕

請求項１の発明は、１以上のラマン散乱光ファイバ心線
を螺旋巻きされた遮蔽層の金属素線間に位置させて絶縁
体の外周に螺旋巻きしかつ電力ケーブルの長手方向に沿
って設けたので、この光ファイバ心線を電力ケーブルに
縦添えする（電力ケーブルに平行に設ける）場合に比較
して長手方向の温度分布測定の分解能が上がる。すなわ
ち、このラマン散乱光ファイバ心線の螺旋巻きにより電
力ケーブルの長手方向に対しての光ファイバ心線の巻き
付けピッチは縦添えした場合よりも短くなるため電力ケ
ーブルに対する温度分布測定の分解能は高くなるもので
ある。例えば縦添えで測定間隔1mの分解能であれば、螺
旋巻きでは、の測定間隔になる。なお、Ｐはピッチ、Ｄは巻き付け径
である。

また、ラマン散乱光ファイバ心線を複数設ければ、それ
ぞれの光ファイバ心線で電力ケーブルの周方向に離れた
位置の温度測定ができるので、電力ケーブルの周方向の
温度分布測定ができる。

また、ラマン散乱光ファイバ心線は螺旋巻きされている
ため、電力ケーブルが曲げ応力を受けたときに、電力ケ
ーブルにラマン散乱光ファイバを立て添えしたときに比
較して本発明のラマン散乱光ファイバ心線への曲げ応力
は少なく、曲げ歪が少ないものになる。光ファイバ心線
は曲げ歪みにより導く光にロスが生じるもののため、本
発明のラマン散乱光ファイバ心線は前記のように曲げ歪
みが小さくなることから導く光のロスが少ない。また、
曲げた応力が少なくなるため、光ファイバの損傷が防げ
る。

また、ラマン散乱光ファイバ心線は、遮蔽層の金属線間
に位置させて絶縁体の外周に螺旋巻きしているので、従
来の電力ケーブルの製造工程において、遮蔽層の形成の
ときに金属線と同時に巻き付けることにより電力ケーブ
ルに設けることができる。したがって、従来の電力ケー
ブルの製造工程を変えることなく電力ケーブルの温度分
布を測定できる。

また、ラマン散乱光ファイバ心線は遮蔽層の金属線間に
位置して外被に覆われるため、外部からの圧縮歪みを受
けない。したがって、ラマン散乱光ファイバ心線は損傷
から確実に保護される。

また、ラマン散乱光ファイバ心線は通常金属シースに覆
われており、これが金属線間に位置してもケーブル導体
から生じる電界がラマン散乱光ファイバ心線に集中しな
い。したがって、従来の電力ケーブルの電界分布を乱す
ことなくケーブルの温度分布を検出することができる。

また、請求項２の発明によれば、ラマン散乱光ファイバ
心線をコルゲート管の外側の谷部内あるいは内側の谷部
内に位置させて螺旋巻きして１以上設けているので、電
力ケーブルの布設時や布設後に電力ケーブルに加わる応
力はラマン散乱光ファイバ心線に加わることがなく該フ
ァイバ心線は損傷から確実に保護される。ラマン散乱光
ファイバ心線がコルゲート管の外側の谷部内に位置すれ
ば、電力ケーブルに加わる応力はコルゲート管の山の頂
上部で支えれられ、また、コルゲート管の内側の谷部内
に位置すればコルゲート管自体で支えられ、いずれにし
ても確実にラマン散乱光ファイバ心線には応力は加わら
ないものである。

また、コルゲート管の外側の谷部内または内側の谷部内
にラマン散乱光ファイバ心線を位置させるので当該ファ
イバ心線を巻き付ける時に位置決めがしやすい。

また、電力ケーブルの長手方向のラマン散乱光ファイバ
心線を設けたので、長手方向の温度分布を高精度に測定
することができ、ケーブルの事故点検知が可能であると
共に、熱挙動の監視が可能となる。特に、遮蔽層の一部
に上記光ファイバ心線を設けたことで、絶縁体のホット
スポット部が検出可能となって、絶縁性能が損なわれる
部分を予知できることになる。その結果、常に通電容量
を効率よく維持できる。また、外被にラマン散乱光ファ
イバ心線を設けたので、電力ケーブルの外気温の計測も
併せて行なうことができる。

また、請求項３または４の発明によれば、前記請求項１
また２の光ファイバ心線の端末部にパルス光を入射させ
て、光ファイバ心線内でラマン散乱が生じ、このラマン
散乱光の強度は温度に依存した関数で表わされること
で、ラマン散乱光強度から電力ケーブルの長手方向の温
度分布が求まる。したがって、１本のラマン散乱光ファ
イバ心線を設けることで、電力ケーブルの熱挙動を監視
できると共に、事故点検知が可能となる。また、ラマン
散乱光ファイバ心線を使用したので、熱電対で温度分布
を測定する方法と比較して測定作業が容易になると共に
安価に測定可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明を図示する実施例に基づいて説明する。

第１図に本発明の第１実施例による電力ケーブルを示
す。同図に示すように、電力ケーブル１は銅素線を複数
条撚り合せて各分割導体を構成したケーブル導体２に内
部半導電層３、ポリエチレン絶縁層（絶縁体）４、外部
半導電層５が順次設けられ、通常内部半導電層３、ポリ
エチレン絶縁層４および外部半導電層５は同時押出法に
より成形され、内部半導電層３とポリエチレン絶縁層４
との間、並びに絶縁層４と外部半導電層５との間は一体
化されている。そして、外部半導電層５の外周には半導
電性のクッションテープを巻回したクッション層６が設
けられ、さらにクッション層６に多数本の銅素線の螺旋
巻きにより遮蔽層８が設けられ、その上にプラスチッ
ク、金属等からなるケーブルシース９が被覆されてい
る。

また、遮蔽層８には、その金属線管の間に位置してクッ
ション層６の外周（絶縁層４の外周）に螺旋巻きされか
つ電力ケーブルの長手方向に沿って電気的に絶縁性を有
するラマン散乱光ファイバ心線７が周方向に４本設けら
れている。この光ファイバ心線７は第２図に示すように
光ファイバ素線7aにタルクパウダー等の潤滑用パウダー
またはアルミナ（Al₂O₃）等のセラミック層7bを被覆
し、このセラミック層7bの外周に銅、アルミニウム、ス
テンレス等の金属層7cを設けて構成されている。尚、本
実施例では、ラマン散乱光ファイバ心線７を絶縁層４の
外周に４本設けたが、これに限らず少なくとも１本以上
設けたものであってもよい。したがって、ラマン散乱光
ファイバ心線７を遮蔽層８の一部に設けたことにより、
光ファイバ心線７の端末部からパルス光を入射させれ
ば、光ファイバ心線７内でラマン散乱が生じ、このラマ
ン散乱光の強度から絶縁層４の長手方向における温度分
布が求まることになる。

このように本実施例によれば、絶縁性能を損なうことな
く、絶縁層４の長手方向における温度分布を測定するこ
とができる。また、ラマン散乱光ファイバ心線７を螺旋
巻きされた遮蔽層８の金属素線間に位置させて絶縁体４
の外周に螺旋巻きしかつ電力ケーブル１の長手方向に沿
って設けたので、この光ファイバ心線７を電力ケーブル
１に立て添えする（電力ケーブル１に平行に設ける）場
合に比較して長手方向の温度分布測定の分解能が上が
る。すなわち、このラマン散乱光ファイバ心線７の螺旋
巻きにより電力ケーブル１の長さ方向に対してのピッチ
は立て添えした場合よりも短くなるため電力ケーブル１
に対する温度分布測定の分解能は高くなるものである。

また、ラマン散乱光ファイバ心線７を４本など複数設け
れば、第１図からわかるように、それぞれの光りファイ
バ心線７で電力ケーブル１の周方向に離れた位置の温度
測定ができるので、電力ケーブル１の周方向の温度分布
測定ができる。

また、ラマン散乱光ファイバ心線７は螺旋巻きされてい
るため、電力ケーブル１が曲げ応力を受けたときに、電
力ケーブル１にラマン散乱光ファイバ心線７を立て添え
したときに比較してラマン散乱光ファイバ心線７への曲
げ応力は少なく、曲げ歪が少ないものになる。光ファイ
バ心線７は曲げ歪みにより導く光にロスが生じるものの
ため、実施例のラマン散乱光ファイバ心線７は前記のよ
あに曲げ歪みが小さくなることから導く光のロスが少な
い。

また、ラマン散乱光ファイバ心線７は、遮蔽層８の金属
線間に位置させて絶縁層４の外周に螺旋巻きしているの
で、従来の電力ケーブルの製造工程において、遮蔽層８
の形成のときに金属線と同時に巻き付けることにより電
力ケーブルに設けることができる。したがって、従来の
電力ケーブル１の製造工程を変えることなく電力ケーブ
ル１の温度分布測定を検出できる。

また、ラマン散乱光ファイバ心線７は遮蔽層８の金属線
間に位置してケーブルシース（外被）９に覆われるた
め、外部からの圧縮歪みを受けない。

また、ラマン散乱光ファイバ心線７は金属層7cに覆われ
ており、ファイバ心線７がこれが金属線間に位置しても
ケーブル導体２から生じる電界がラマン散乱光ファイバ
心線７に集中しない。したがって、従来の電力ケーブル
の電界分布を乱すことなく電力ケーブル１の温度分布を
検出することができる。特に実施例の遮蔽層８の金属線
とラマン散乱光ファイバ心線７との含めて等間隔に配列
されるものでは電界分布の乱れはなくあるいは少ない。

次に、第３図に示すような温度分布測定装置10を使用
し、絶縁層４の長手方向における温度分布を測定する方
法について説明する。同図において、ラマン散乱光ファ
イバ心線７を備えた電力ケーブル１は温度分布を測定し
ようとする送電系統に配設される。温度分布測定装置10
は光分岐器15を有し、この光分岐器15の一方のポートに
は光源14が、他方のポートには検出系が設けられてい
る。光源14には光源駆動装置13、パルスディレイ回路1
2、パルス発生器11が接続されており、パルス発生器11
から出力された信号は直接データ処理回路19に入力され
る一方、パルスディレイ回路２で所定時間遅らされたパ
ルス信号が光源駆動装置13に入力される。光源駆動装置
13はこの入力されたパルス信号にしたがって光源14を駆
動し、光源14からは周波数ω_０のパルス光が出射され
る。この光源14からのパルス光は光分岐器15を通って電
力ケーブル１内のラマン散乱光ファイバ心線７の端末部
に入射される。光ファイバ心線７内では周波数ω_０のレ
イリー散乱光の他に、周波数ω_０−ω_ｆ（ストークス
光）とω_０＋ω_ｆ（反ストークス光）の２成分からなる
ラマン散乱が生じる。

上記ラマン散乱光ファイバ心線７で生じたレイリー散乱
およびラマン散乱光の一部は光ファイバ心線７を戻り、
その端末部から出射され光分岐器15で分岐され、さらに
光分岐器16でストークス光と反ストークス光とに分岐さ
れ、これらの光の強度が各々受光器17,18で検出され、
この出力信号はデータ処理回路19に送出される。データ
処理回路19では光ファイバ心線７の温度を求めると共
に、パルス発生器11からのパルス信号と受光器17,18か
らのラマン散乱光の検出信号との時間差に基づき距離が
決定される。そして、表示器20において連続的にスキャ
ンすることで、ラマン散乱光ファイバ心線７の温度分布
を通して絶縁層４の長手方向の温度分布が得られること
になる。ここで、本実施例におけるラマン散乱光ファイ
バ心線７の測定温度範囲は−20〜＋150℃で、測定温度
精度は±１℃、そして測定距離は2km（分解能:1m）であ
る。

このように、本実施例によれば、２波長測定方式を採用
しているので、外乱の影響を受けることがない。また、
電力ケーブル１の絶縁層４の長手方向における温度分布
を１本のラマン散乱光ファイバ心線で測定できるので、
測定作業が容易であり、安価な温度分布測定用の電力ケ
ーブルを提供することができる。

第４図は本発明の第２実施例による電力ケーブルを示
し、前記第１実施例と同一の部分には同一の符号を付し
て説明すると、本実施例では第１図に示す電力ケーブル
１の外周に、順次クッション層31、アルミニウム製また
はステンレス製等のコルゲート管32および防食層33から
なる外被30を設けて電力ケーブル1Aを構成し、防食層33
にその長手方向に沿って電気的に絶縁性を有するラマン
散乱光ファイバ心線７を螺旋巻きしてある。この場合、
第４図（ｂ）に示すように光ファイバ心線７は防食層33
内においてコルゲート管32の外側の谷部内に位置してか
つ谷部に接するように螺旋巻きにより設けられている。
したがって、電力ケーブル1Aの布設時等に光ファイバ心
線７が損傷することなく保護される。そして、光ファイ
バ心線７の端末部からパルス光を入射させれば、光ファ
イバ心線７内でラマン散乱が生じ、このラマン散乱光の
強度から電力ケーブル1Aの長手方向における温度分布が
求まることになる。もちろん、前記第１実施例と同様
に、ラマン散乱光ファイバ心線７を立て添えした場合に
比較して電力ケーブル１に対する温度分布測定の分解能
は高くなる。また、ラマン散乱光ファイバ心線７はそれ
ぞれ周方向に離れているため周方向での温度分布測定が
できる。

次に、本実施例の電力ケーブル1Aの長手方向における温
度分布を測定する方法については、前記第１実施例のよ
うに第３図の温度分布測定装置10を使用して行なわれ
る。即ち、第１実施例と同様に電力ケーブル1Aは温度分
布を測定しようとする送電系統に配設され、外被30の防
食層33の長手方向に沿って設けられたラマン散乱光ファ
イバ心線７の端末部からパルス光を入射させて光ファイ
バ心線７中にラマン散乱を発生させ、このラマン散乱光
強度を検出し、ラマン散乱光強度に基づいて電力ケーブ
ル1Aの長手方向に温度分布を測定することができる。

また、第５図は本発明の第２実施例の変形例を示してお
り、この変形例では外被30におけるクッション層31の長
手方向に沿って電気的に絶縁性を有するラマン散乱光フ
ァイバ心線７を螺旋巻きして電力ケーブル1Bを構成して
いる。この変形例によれば、光ファイバ心線７はコルゲ
ート管32の内側谷部内に位置されて螺旋巻きして設けら
れるので、第４図に示す電力ケーブル1Aと比較して光フ
ァイバ心線７は一段と損傷しにくくなり、耐久性が向上
する。その他の構成、作用および温度分布測定方法は前
記第１実施例と同一であるのでその説明を省略する。

尚、本第２実施例において、ラマン散乱光ファイバ心線
７は周方向に４本設けたが、少なくとも１本設ければ上
記温度分布の測定が可能である。

このように第２実施例によれば、外被30にラマン散乱光
ファイバ心線７を設けた構成に拘らず、多数の電力ケー
ブルを積み重ねて布設した場合でもラマン散乱光ファイ
バ心線７が絶縁性を有することで、誘導障害が発生せず
正確に温度分布を測定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例による電力ケーブルを示す
概略断面図、第２図は第１図のラマン散乱光ファイバ心線を示す概略
断面図、第３図は本発明に使用される温度分布測定装置を示すブ
ロック図、第４図（ａ），（ｂ）は本発明の第２実施例による電力
ケーブルを示す概略断面図、部分縦断面図、第５図（ａ），（ｂ）は第４図の変形例を示す概略断面
図、部分縦断面図である。 1,1A,1B……電力ケーブル、２……ケーブル導体、４…
…ポリエチレン絶縁層（絶縁体）、７……ラマン散乱光
ファイバ心線、８……遮蔽層、10……温度分布測定装
置、30……外被、31……クッション層、32……コルゲー
ト層、33……防食層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者加治功東京都江東区木場１丁目５番１号藤倉電線株式会社内 (72)発明者竹鼻始東京都江東区木場１丁目５番１号藤倉電線株式会社内 (72)発明者三浦功東京都江東区木場１丁目５番１号藤倉電線株式会社内 (56)参考文献特開平１−267428（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ケーブル導体を絶縁体で絶縁し、該絶縁体
の外周に金属素線を螺旋巻きした遮蔽層を設け、該遮蔽
層の外周に外被を設けてなる電力ケーブルにおいて、前
記遮蔽層の金属素線間に位置させて絶縁体の外周に螺旋
巻きしかつ電力ケーブルの長手方向に沿って１以上のラ
マン散乱光ファイバ心線を設けたことを特徴とする電力
ケーブル。
【請求項２】ケーブル導体を絶縁体で絶縁し、該絶縁体
の外周に外被を設けてなる電力ケーブルにおいて、前記
外被がコルゲート管を有するものであって、電力ケーブ
ルの長手方向に沿いかつ前記コルゲート管の外側の谷部
内あるいは内側の谷部内に位置させて螺旋巻きして１以
上のラマン散乱光ファイバ心線を設けたことを特徴とす
る電力ケーブル。
【請求項３】ケーブル導体を絶縁体で絶縁し、該絶縁体
の外周に金属素線を螺旋巻きした遮蔽層を設け、該遮蔽
層の外周に外被を設けてなる電力ケーブルの温度分布測
定方法において、前記遮蔽層の金属素線間に位置させて
絶縁体の外周に螺旋巻きしかつ電力ケーブルの長手方向
に沿って設けた１以上のラマン散乱光ファイバ心線の端
末部からパルス光を入射させて該光ファイバ心線中にラ
マン散乱を発生させ、このラマン散乱光強度を検出し、
同ラマン散乱光強度に基づいて電力ケーブルの長手方向
の温度分布を測定することを特徴とする電力ケーブルの
温度分布測定方法。
【請求項４】ケーブル導体を絶縁体で絶縁し、該絶縁体
の外周に外被を設けてなる電力ケーブルの温度分布測定
方法において、前記外被をコルゲート管を有するものと
し、電力ケーブルの長手方向に沿いかつ前記コルゲート
管の外側の谷部内あるいは内側の谷部内に位置させて螺
旋巻きして設けられた１以上のラマン散乱光ファイバ心
線の端末部からパルス光を入射させて該光ファイバ心線
中にラマン散乱を発生させ、このラマン散乱光強度を検
出し、同ラマン散乱光強度に基づいて電力ケーブルの長
手方向の温度分布を測定することを特徴とする電力ケー
ブルの温度分布測定方法。