(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流式電気鉄道における回生車両の影響を受ける埋設金属パイプラインの電食防止システムであって、
回生車両の影響を受けて管対地電位がプラス側にシフトする前記埋設金属パイプラインの箇所に電線を介して接続され、前記埋設金属パイプラインの防食電位よりマイナス側の値の対地電位を示すアース電極と、前記電線間に接続される逆流防止器とを備え、
前記逆流防止器は、前記埋設金属パイプラインから前記アース電極に向かって流れる電流方向を順方向とし、前記埋設金属パイプラインの管対地電位が前記防食電位よりマイナス側の電位であり且つ前記アース電極の対地電位よりプラス側の電位で動作する電圧−電流特性を有するダイオードを備えていることを特徴とする埋設金属パイプラインの電食防止システム。
【請求項２】
前記埋設金属パイプラインが鋼製パイプラインであり、前記アース電極がマグネシウム（Ｍｇ）電極であることを特徴とする請求項１に記載された埋設金属パイプラインの電食防止システム。
【請求項３】
前記逆流防止器は、前記ダイオードに過剰電流が連続して流れた場合に過剰電流を遮断する電流遮断手段を前記ダイオードと直列に接続していることを特徴とする請求項１又は２に記載された埋設金属パイプラインの電食防止システム。
【請求項４】
前記逆流防止器は、前記ダイオードと直列又は並列に雷サージ遮蔽素子を接続していることを特徴とする請求項３に記載された埋設金属パイプラインの電食防止システム。
【請求項５】
前記直流式電気鉄道における変電所の近傍で、前記埋設金属パイプラインと前記直流式電気鉄道のレールとの間に選択排流器又は強制排流器が接続されており、前記埋設金属パイプラインにはカソード防食が施されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載された埋設金属パイプラインの電食防止システム。
【請求項６】
前記埋設金属パイプラインが交流誘導を受けていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載された埋設金属パイプラインの電食防止システム。
【請求項７】
直流式電気鉄道における回生車両の影響を受ける埋設金属パイプラインの電食防止方法であって、
回生車両の影響を受けて管対地電位がプラス側にシフトする前記埋設金属パイプラインの箇所を前記管対地電位の計測又は回生車両の運行状況からの予測によって特定し、
特定された前記箇所に電線を介して前記埋設金属パイプラインの防食電位よりマイナス側の値の対地電位を示すアース電極を接続すると共に、前記電線間に逆流防止器を接続し、
前記逆流防止器が備えるダイオードの電圧−電流特性を、前記埋設金属パイプラインから前記アース電極に向かって流れる電流方向を順方向とし、前記埋設金属パイプラインの管対地電位が前記防食電位よりマイナス側の電位であり且つ前記アース電極の対地電位よりプラス側の電位で動作するように設定することを特徴とする埋設金属パイプラインの電食防止方法。
【請求項８】
前記埋設金属パイプラインが鋼製パイプラインであり、前記アース電極がマグネシウム（Ｍｇ）電極であることを特徴とする請求項７に記載された埋設金属パイプラインの電食防止方法。
【請求項９】
前記直流式電気鉄道における変電所の近傍で、前記埋設金属パイプラインと前記直流式電気鉄道のレールとの間に選択排流器又は強制排流器が接続されており、前記埋設金属パイプラインにはカソード防食が施されていることを特徴とする請求項７又は８に記載された埋設金属パイプラインの電食防止方法。
【請求項１０】
前記埋設金属パイプラインが交流誘導を受けていることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載された埋設金属パイプラインの電食防止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、埋設された金属パイプラインの電食を防止するためのシステム及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
直流式電気鉄道車両のレール下に埋設された金属パイプラインには、直流式電気鉄道車両運行時にレールから大地に流出する電流（レール漏れ電流という）が流入することがあり、流入した電流が金属パイプラインを流れて接地抵抗の低い箇所で大地に流出すると、そこで電食が生じることになる。ここでの電食の定義は「地中などに埋設された金属体から電流が流出する際に電気分解作用によりその金属体が腐食する現象」（国土交通省鉄道局監修「解説  鉄道に関する技術基準（電気編）」参照）とする。レール漏れ電流の流出による直流迷走電流腐食を防止する方法の一つに選択排流法がある。ここでいう埋設金属パイプラインとは、ガスパイプライン，水道管，石油パイプライン，通信配線保護管等を含んでおり、ここでは、カソード防食がなされているものを前提にして以下に説明する。
【０００３】
選択排流法は、埋設金属パイプライン（以下単にパイプラインという）Ｐの管対地電位Ｐ／Ｓ（大地に設置された照合電極に対するパイプラインＰの電位）に対してレール対地電位Ｒ／Ｓ（大地に設置した照合電極に対するレールＲの電位）がよりマイナス側の場合に、選択排流器を介してパイプラインＰとレールＲ（或いはレールから変電所への引込線）とを電気的に接続し、パイプラインＰを流れる電流を直接大地に流出させずに電線を通してレールＲに帰流させる方法である（非特許文献１参照）。
【０００４】
選択排流法は、変電所の近傍箇所などでレールＲに電流が吸い上げられる現象が生じることを利用したもので、このような現象が生じる箇所を選択してパイプラインＰとレールＲを電線で接続し、電線を介してパイプラインＰからレールＲに向かう電流のみを許容することで、パイプラインＰから大地に電流を流出させないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】電気学会  電食防止研究委員会編「新版  電食・土壌腐食ハンドブック」電気学会発行，昭和５２年５月，ｐ．２３９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、都心部の直流式電気鉄道の車両はその殆どが、電力エネルギーの高効率化の観点から回生制動方式になっている。この方式では、回生車両が変電所と同じ役割を果たすので、回生車両通過位置はレール対地電位Ｒ／Ｓがマイナス値をとり、その位置近傍のパイプラインの管対地電位Ｐ／Ｓはプラス側の値となって、パイプラインに電食リスクが発生することになる。
【０００７】
図１は、前述した回生車両によるパイプラインの電食リスクを説明する説明図である。直流式電気鉄道回生車両が回生制動時に、同図（ａ）に示すように力行車両に電車線を介して回生電流を流す場合と、同図（ｂ）に示すように抵抗消費型やインバータ型の回生電力処理装置を有する変電所に電車線を介して回生電流を流す場合がある。ここでは、いずれの場合もパイプラインＰは、外部電源カソード防食システムによってカソード防食され（カソード防食電流が供給され）、変電所の近傍には選択排流器が設置されているものとする。同図（ａ），（ｂ）に示すように、回生車両の通過に起因して通過地点近傍で埋設されたパイプラインＰの管対地電位Ｐ／Ｓがプラス側にシフトすることによって、パイプラインＰに流入した電流が回生車両の通過地点近傍から大地に流出して電食リスクが発生することになる。同図（ｂ）の場合、変電所のレール対地電位Ｒ／Ｓがプラス値になるので、変電所のマイナス極のレールに接続された選択排流器は動作しないので、パイプラインＰに流入したレール漏れ電流は塗覆装欠陥部から大地に流出し、電食リスクが発生することになる。図中の白抜き矢印はレールＲ又はパイプラインＰに流入する電流を示し、黒塗り矢印はレールＲ又はパイプラインＰから大地に流出する電流を示している。
【０００８】
このように、回生車両によってレール対地電位Ｒ／Ｓがマイナス値をとり、その位置近傍のパイプラインＰの管対地電位Ｐ／Ｓがプラス側の値をとることによる電食リスクを、選択排流器の増設によって解消しようとすると、回生車両の影響が大きい箇所では必ずしもレールＲとパイプラインＰが近接しているとは限らないので、選択排流器をレールＲとパイプラインＰに接続することが困難な場合がある。また、変電所のように固定された設備とは異なり回生車両は移動するので、選択排流器の適切な設置箇所を設定しにくい問題がある。更には、車両の運行が頻繁な箇所で選択排流器の一端側をレールと接続することになるので、選択排流器の設置工事やメンテナンスを行い難いという問題もある。
【０００９】
これに対して、防食区間のカソード防食レベルを高めることで回生車両による電食リスクを回避しようとすると、回生車両によって管対地電位Ｐ／Ｓがプラス側にシフトする箇所はパイプラインＰの一部であってしかも回生車両の通過時にのみ影響が出るので、防食区間全体のカソード防食レベルを高めると回生車両の影響がないところでは過防食になる虞がある。またパイプラインＰの周辺に他の埋設金属体が存在する場合には干渉によって他の埋設金属体に電食リスクが生じることが問題になる。
【００１０】
また、前述したような回生車両による電食リスクを抱えたパイプラインＰが高圧交流送電線の送電電流や交流式電気鉄道の通過に起因する交流誘導を受けている場合がある。このような場合にはパイプラインＰの電食リスクは交流誘導によってさらに増長されることになるが、この場合の対策として、単に選択排流器の増設や強制排流器を設置しただけでは交流誘導による電食リスクを解消することができず、別途の交流誘導低減対策が必要になって多大の施工費を要する問題がある。
【００１１】
パイプラインＰに対しての回生車両の影響を放置すると、パイプラインＰの影響箇所で管対地電位Ｐ／Ｓがプラス側にシフトして電食リスクが高くなるだけでなく、レール漏れ電流が過剰にパイプラインＰに流入することになるので、既存の選択排流器の排流電流が増大することになり、これによってパイプラインＰの周辺に存在する他の埋設金属体に電食リスクが発生することにもなる。
【００１２】
本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、回生車両の影響によるパイプラインの電食リスクを、選択排流器を増設することなく、カソード防食レベルを高めることなく回避すること、換言すると、回生車両の影響によるパイプラインの電食リスクを、パイプラインの過防食やパイプラインの周辺に存在する他の埋設金属体への干渉を避けて回避すること、回生車両の影響を受けるパイプラインが高圧交流送電線の送電電流や交流式電気鉄道の通過に起因する交流誘導を受けている場合に、多大な施工費を要する交流誘導低減対策を講じることなく、交流誘導の影響を含めて回生車両の影響による電食リスクを回避できること、パイプラインにとっては局所的且つ限られた時間に及ぼされる回生車両の影響を必要最小限の電流流出で回避できること、既存の選択排流器の排流電流を増大させないこと、等が本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような目的を達成するために、本発明による埋設金属パイプラインの電食防止システム及び電食防止方法は、以下の各独立請求項に係る構成を少なくとも具備するものである。
【００１４】
直流式電気鉄道における回生車両の影響を受ける埋設金属パイプラインの電食防止システムであって、回生車両の影響を受けて管対地電位がプラス側にシフトする前記埋設金属パイプラインの箇所に電線を介して接続され、前記埋設金属パイプラインの防食電位よりマイナス側の値の対地電位を示すアース電極と、前記電線間に接続される逆流防止器とを備え、前記逆流防止器は、前記埋設金属パイプラインから前記アース電極に向かって流れる電流方向を順方向とし、前記埋設金属パイプラインの管対地電位が前記防食電位よりマイナス側の電位であり且つ前記アース電極の対地電位よりプラス側の電位で動作する特性を有するダイオードを備えていることを特徴とする埋設金属パイプラインの電食防止システム。
【００１５】
直流式電気鉄道における回生車両の影響を受ける埋設金属パイプラインの電食防止方法であって、回生車両の影響を受けて管対地電位がプラス側にシフトする前記埋設金属パイプラインの箇所を前記管対地電位の計測又は回生車両の運行状況からの予測によって特定し、特定された前記箇所に電線を介して前記埋設金属パイプラインの防食電位よりマイナス側の値の対地電位を示すアース電極を接続すると共に、前記電線間に逆流防止器を接続し、前記逆流防止器が備えるダイオードの電圧−電流特性を、前記埋設金属パイプラインから前記アース電極に向かって流れる電流方向を順方向とし、前記埋設金属パイプラインの管対地電位が前記防食電位よりマイナス側の電位であり且つ前記アース電極の対地電位よりプラス側の電位で動作するように設定することを特徴とする埋設金属パイプラインの電食防止方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の前述した特徴によると、回生車両の影響を受ける埋設金属パイプラインに対して、管対地電位がプラス側にシフトする箇所を特定して、その箇所に逆流防止器を介して埋設金属パイプラインの防食電位よりマイナス側の値の対地電位を示すアース電極を接続するので、アース電極から大地へ流出する電流によって、回生車両の影響を受けても埋設金属パイプライン自体から電流が大地へ流出することがなくなり、埋設金属パイプラインの電食リスクを回避することができる。
【００１７】
アース電極から大地への電流流出により、回生車両の影響によるパイプラインの電食リスクを、選択排流器を増設することなく、またカソード防食レベルを高めることなく回避することができるので、回生車両の影響によるパイプラインの電食リスクを、パイプラインの過防食やパイプラインの周辺に存在する他の埋設金属体への干渉を避けて回避することが可能になる。
【００１８】
また、回生車両の影響を受けるパイプラインが高圧交流送電線の送電電流や交流式電気鉄道の通過に起因する交流誘導を受けている場合には、埋設金属パイプラインに接続されるアース電極が交流誘導低減効果を併せて示すので、別途多大な施工費を要する交流誘導低減対策を講じることなく、交流誘導の影響を含めて回生車両の影響による電食リスクを回避することができる。
【００１９】
また、アース電極から大地へ電流が流出するのは、埋設金属パイプラインが回生車両の影響を受けるときだけに限られるので、パイプラインにとって局所的且つ限られた時間に及ぼされる回生車両の影響を必要最小限の電流流出で回避することができる。これによって、埋設金属パイプライン周辺の他の埋設金属体への干渉を引き起こすことなく、回生車両の影響による電食リスクを回避することができる。
【００２０】
レール漏れ電流などが埋設金属パイプラインに過剰に流入した場合にアース電極による電流流出作用が働くので、直流式電気鉄道の変電所近傍に設置される既存の選択排流器の排流電流を増大させることがない。これによって、排流電流の増大によって起こる干渉の問題を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】回生車両によるパイプラインの電食リスクを説明する説明図である。同図（ａ）は、直流式電気鉄道回生車両が回生制動時に、力行車両に電車線を介して回生電流を流す場合を示しており、同図（ｂ）は、直流式電気鉄道回生車両が回生制動時に、抵抗消費型やインバータ型の回生電力処理装置を有する変電所に電車線を介して回生電流を流す場合を示している。
【図２】本発明の一実施形態に係る埋設金属パイプラインの電食防止システム又は電食防止方法を説明する説明図であり、同図（ａ）が埋設金属パイプラインの敷設環境を含めたシステム構成を示しており、同図（ｂ）がシステムの動作確認を実行するためのシステム構成を示している。
【図３】本発明の実施形態に係る電食防止システムにおける逆流防止器の具体的な構成例を示した説明図である。
【図４】本発明の実施形態に係る電食防止システムの動作例を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を参照して説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る埋設金属パイプラインの電食防止システム又は電食防止方法を説明する説明図であり、同図（ａ）が埋設金属パイプラインの敷設環境を含めたシステム構成を示しており、同図（ｂ）がシステムの動作確認を実行するためのシステム構成を示している。
【００２３】
以下に示す実施形態では、パイプラインＰは歴青質塗覆装が施された鋼製パイプラインを例に挙げて説明するが、本発明の実施形態は特にこれに限定されない。パイプラインＰは外部電源方式などによってカソード防食が施されており、防食区間内のパイプラインＰにはカソード防食電流が供給されている。例えば、外部電源方式によって出力するカソード防食電流は、パイプラインＰの過防食を防止するために、直流式電気鉄道が走行しない夜間時におけるパイプラインＰの管対地電位Ｐ／Ｓが防食電位に合格する値に制御されている。
【００２４】
そして、パイプラインＰは回生車両の影響を受ける位置に埋設されている。回生制動方式の直流式電気鉄道車両は、レールＲ上を走行する車両の中、制動中の車両（回生車両）で発生した電流を力行中の車両（力行車両）に電車線を介して回生電流として供給することで電力エネルギーの高効率化を図っている。また、直流式電気鉄道の変電所の近傍では、パイプラインＰとレールＲとの間に選択排流器（又は強制排流器）が接続されており、パイプラインＰに頻繁に流入するレール漏れ電流をレールＲに戻す役割を果たしている。
【００２５】
このような環境下にあるパイプラインＰが更に交流誘導を受ける場合がある。パイプラインＰが高圧交流送電線や交流式電気鉄道に沿って敷設されている場合に、高圧交流送電線の送電電流や交流式電気鉄道の通過に起因する交流誘導を受けることになる。パイプラインＰが交流誘導を受けると、図１に示すようにプラス側にシフトしたパイプラインＰの管対地電位Ｐ／Ｓに交流誘導による電位の変化が重畳するので、パイプラインＰの電食リスクが更に増長されることになる。
【００２６】
このような環境下において、本発明の実施形態に係る埋設金属パイプラインの電食防止システムは、回生車両の影響を受けて図１（ａ），（ｂ）に示すように管対地電位Ｐ／Ｓがプラス側にシフトするパイプラインＰの箇所に電線２を介してアース電極１を接続し、更に、電極２間に逆流防止器３を接続している。
【００２７】
アース電極１は、パイプラインＰの防食電位（例えば−１２００ｍＶCSE（飽和硫酸銅電極基準））よりマイナス側の値の対地電位（大地Ｓに対する電位）を示す金属電極であり、例えば、鋼製のパイプラインＰに対しては−１３００ｍＶCSE程度の対地電位を示すマグネシウム（Ｍｇ）電極などが用いられる。
【００２８】
逆流防止器３は、アース電極１から入った電流がパイプラインＰに流入するのを防ぐ機能を有すると共に、パイプラインＰの管対地電位Ｐ／Ｓがアース電極１の対地電位よりプラス側に有る場合に設定された僅かな電位差であっても電流がパイプラインＰからアース電極１に向けて流れるような機能を有するものである。このような逆流防止器３の主要な機能は、パイプラインＰからアース電極１に向かって流れる電流方向を順方向とし、パイプラインＰの管対地電位Ｐ／Ｓが防食電位よりマイナス側の電位であり且つアース電極１の対地電位よりプラス側の電位で動作する電圧−電流特性を有するダイオードによって達成される。また、ダイオードは、アース電極１からパイプラインＰの方向（逆方向と称する）に電流を流さないようにするためには、十分な逆電圧まで逆方向電流を０にする電圧−電流特性を有する必要がある。
【００２９】
ここでいう防食電位とは、カソード防食によってパイプラインの電食を停止させるために必要な基準電位であって、例えば、鋼製パイプラインの場合には、防食電位を−１２００ｍＶCSEなどとしている。
【００３０】
このような本発明の実施形態に係る電食防止システムを用いた電食防止方法を説明すると、先ず、回生車両の影響を受けて管対地電位Ｐ／Ｓがプラス側にシフトするパイプラインＰの箇所を管対地電位Ｐ／Ｓの計測又は回生車両の運行状況などからの予測によって特定する。管対地電位Ｐ／Ｓの計測は、パイプラインＰに沿って所定間隔（ガスパイプラインの場合は一般に２５０ｍ間隔）で設置されているターミナルボックスにおいて、レール漏れ電流が顕著な状況下（例えば、雨天時）で回生車両の通過時間帯に所定時間の計測を行う。一般にレールＲのカーブ箇所や駅の手前などで回生制動が行われることが多いので、このような運行状況などから回生車両の影響を受けている箇所を予測して特定することもできる。
【００３１】
そして、特定されたパイプラインＰの箇所に電線２を介してアース電極１を接続すると共に、電線２間に逆流防止器３を接続する。逆流防止器３が備えるダイオードの電圧−電流特性は前述したとおりに設定される。
【００３２】
本発明の実施形態に係る電食防止システムの動作状態は、図１（ｂ）のシステム構成にて確認することができる。パイプラインＰには設置された照合電極（例えば飽和硫酸銅電極）１０が接続される電線中に電圧計１１が接続され、飽和硫酸銅電極基準の管対地電位Ｐ／Ｓ（ＶCSE）が計測される。また、アース電極（Ｍｇ電極）１とパイプラインＰとを接続する電線２には電流計１２が接続され、電線２を流れる流出電流ＭｇＩ（Ａ）が計測される。管対地電位Ｐ／Ｓ（ＶCSE）の計測値によって回生車両の影響による電食リスクが解消しているか否かを評価することができる。流出電流ＭｇＩ（Ａ）の計測は、直流成分であるＭｇＩDCによって正常動作確認とアース電極の寿命予測が可能になり、交流成分であるＭｇＩACによって交流誘導低減効果の評価が可能になる。
【００３３】
本発明の実施形態に係る電食防止システム及び電食防止方法の機能について説明する。図１に示すように、回生車両近傍のパイプラインＰの管対地電位Ｐ／Ｓがプラス側の値になり、この値が防食電位よりもプラス値になると、この地点はパイプラインＰから大地に電流が流出するので電食リスクが高くなる。この状況に対して、本発明の実施形態に係る電食防止システムを装備すると、パイプラインＰの管対地電位Ｐ／Ｓがプラス側にシフトした場合に、パイプラインＰ→アース電極１→大地Ｓの方向に電流が流れて、パイプラインＰ自体から直接電流が大地へ流出することはなくなり、パイプラインＰの電食リスクが解消される。この際、アース電極１の対地電位は管対地電位Ｐ／Ｓよりもマイナス側の値であるほど電食防止効果が高くなるので、そのような対地電位を示す金属材料がアース電極１として選択される。鋼製のパイプラインＰに対してはＭｇ電極を用いることができる。
【００３４】
直流式電気鉄道が運行する日中、回生車両の影響を受けない状況下では頻繁にレール漏れ電流がパイプラインＰに流入するので、パイプラインＰの管対地電位Ｐ／Ｓはアース電極１の対地電位よりもマイナス側の値になる時間が多い。このとき、アース電極１からパイプラインＰの方向に電流を流そうとする起電力が働くが、この電流を許容すると電流流入点付近に塗覆装欠陥がある場合にその部位の腐食リスクが高くなる不具合が生じる。また、流入電流が選択排流器に流れると、レール漏れ電流等の迷走電流のアース電極１への流入を誘起することになり、排流電流が増大して他埋設金属体の干渉リスクを高めることになってしまう。これを避けるためには、アース電極１からパイプラインＰに流れる電流を防止することが必要になり、前述した逆流防止器３の設置が不可欠になる。
【００３５】
更に本発明の実施形態に係る電食防止システムは、アース電極１をパイプラインＰと接続することで交流誘導低減効果が期待できる。一般に、高電気抵抗塗覆装（プラスチック塗覆装）パイプラインの交流誘導低減対策として、分散されたアース電極であるＭｇ電極をパイプラインと結線して、パイプラインの交流誘導電圧を低くすることが行われているが、前述したように回線車両の影響下で逆流防止器３なしにアース電極とパイプラインとを接続すると、アース電極からパイプラインに向かう電流による様々な不具合が生じる。本発明の実施形態に係るシステムでは、逆流防止器３を装備することで直接アース電極をパイプラインに接続する場合と比較すると交流誘導低減効果は低下するが、適度な交流誘導低減効果を発揮しながら回生車両の影響下での電食リスクを回避している。
【００３６】
図３は、本発明の実施形態に係る電食防止システムにおける逆流防止器の具体的な構成例を示した説明図である。逆流防止器３は、具体的には、電線２に直列に接続されるダイオード３０、ダイオード３０に直列に接続されるヒューズ（電流遮断手段）３１、ダイオード３０に直列に接続されるコイル３２、ダイオード３０に並列に接続される電源用保安器３３、ダイオード３０に並列に接続されるバリスタ３４を備える。コイル３２、電源用保安器３３及びバリスタ３４は雷サージ遮蔽素子として逆流防止器３内の回路に接続されるものである。
【００３７】
ダイオード３０に要求される電圧−電流特性は、前述したとおり、一つには、アース電極１からパイプラインＰの方向に電流を流さないようにするために、十分な逆電圧まで逆方向電流を０にできること、また一つには、パイプラインＰの管対地電位Ｐがプラス側にシフトした場合に適量の電流をパイプラインＰからアース電極１に向けて流すことができる立ち上がり特性（動作特性）を備えていることにある。
【００３８】
この立ち上がり特性について更に詳しく説明すると、ダイオード３０は、パイプラインＰの管対地電位Ｐ／Ｓがアース電極１の対地電位よりプラス側にシフトした場合に、パイプラインＰの防食電位に達する前に動作し始めるような立ち上がり特性を有している。これによって、パイプラインＰの管対地電位Ｐ／Ｓが防食電位に達する前にパイプラインＰからアース電極１に向けて電流が流れてアース電流１から大地Ｓに電流が流出され、パイプラインＰの管対地電位Ｐ／Ｓを低下させることになるので、管対地電位Ｐ／Ｓが防食電位に到達するのを未然に防止することができる。また、アース電流１の接続箇所を厳密に特定しなくても、管対地電位Ｐ／Ｓが防食電位に到達するまでにアース電極１から電流を大地Ｓに流出させて電食リスクを回避することができる。
【００３９】
ダイオード３０としては、パイプラインＰの管対地電位Ｐ／Ｓがアース電極１よりプラス側の値で、防食電位よりマイナス側の場合には、その状態ではパイプラインＰはカソード防食基準に合格しているので、パイプラインＰ→アース電極１→大地Ｓに流れる電流が比較的小さくなるような電圧−電流特性が求められる。このような電圧−電流特性によると、パイプラインＰにとっては局所的且つ限られた時間に及ぼされる回生車両の影響を必要最小限の電流流出で回避し、他埋設金属体の干渉リスクを問題のない範囲に抑えることができる。そして、仮に管対地電位Ｐ／Ｓが防食電位よりプラス側になってしまった場合には、管対地電位Ｐ／Ｓと防食電位との差が大きくなるほど、パイプラインＰ→アース電極１→大地Ｓに流れる電流が大きくなるような電圧−電流特性が求められる。このような電圧−電流特性によると、発生した電食リスクを速やかに解消させることができる。
【００４０】
このような電圧−電流特性を有するダイオード３０としては、ショットキー・バリア・ダイオードが適する。一例としては、アノード／カソード間電圧（順方向電圧VF）が約４０ｍＶ以上でダイオード３０が動作し、アノード／カソード間電圧（順方向電圧VF）が約１００ｍＶで約０．３ｍＡ程度の順方向電流ＩFが流れ、アノード／カソード間電圧（順方向電圧VF）が約１５０ｍＶで約２．１ｍＡ程度の順方向電流ＩFが流れる電圧−電流特性を有しているものが適する。逆方向電圧の電圧−電流特性は−６０Ｖ程度の高い逆方向電圧であっても殆ど逆方向電流を流さない特性を有するものが適する。
【００４１】
このような特性のダイオード３０を用いた場合、アース電極１の対地電位を約−１３００ｍＶCSEとすると、管対地電位Ｐ／Ｓが−１２６０ｍＶCSEでダイオード３０が動作してアース電極１から電流を少量流すことになり、管対地電位Ｐ／Ｓが防食電位である−１２００ｍＶCSEよりマイナス側の場合には０．３ｍＶ程度に抑えた電流の流出になる。そして、仮に管対地電位Ｐ／Ｓが防食電位を越えてしまい−１１５０ｍＶCSE程度までプラス側にシフトしたとすると、流出電流ＭｇＩを防食電位との差に応じて大きく増大させて２ｍＡを越える値にする。
【００４２】
一方、このダイオード３０に対して直列に接続され電流遮断手段となるヒューズ３１は、ダイオード３０に過剰電流が連続して流れた場合に過剰電流を遮断する機能を有する。仮に、ダイオード３０が動作して順方向電流ＩFを流しても管対地電位Ｐ／Ｓがマイナス側にシフトしない状況になった場合に、ショットキー・バリア・ダイオードはある程度アノード／カソード間電圧（順方向電圧VF）が大きくなると、無抵抗に近い状態で電流を流してしまう。このような状態で流出電流ＭｇＩが大きくなると、他の埋設金属体の干渉リスクが高くなる。これを回避するために、逆流防止器３にはヒューズ３１を内蔵しており、過剰電流がダイオード３０に連続して流れた場合にパイプラインＰとアース電極１との接続を遮断するようにしている。一例としては、ヒューズ３１は、定格電流を管対地電位Ｐ／Ｓが−１．０ＶCSEよりもプラス値で溶断する値とし、瞬時の雷電流には耐える溶断時間の長いスロー・ブロー型にしている。
【００４３】
図４は、本発明の実施形態に係る電食防止システムの動作例を説明する説明図であり、パイプラインＰの管対地電位Ｐ／Ｓがプラス側にシフトした場合のシステムの動作を示している。パイプラインＰの管対地電位Ｐ／Ｓがアース電極Ｐの対地電位（Ｍｇ対地電位）よりマイナス側の場合（図示Ｉの範囲）には、ダイオード３０における逆方向の電圧−電流特性によってアース電極１からの流出電流ＭｇＩはほぼゼロの状態が維持される。また、パイプラインＰの管対地電位Ｐ／ＳがＭｇ対地電位よりプラス側にシフトしても、設定されたダイオード３０の順方向電流立ち上がり電位よりマイナス側の場合（図示IIの範囲）には、やはりアース電極１からの流出電流ＭｇＩはほぼゼロの状態が維持される。
【００４４】
そして、パイプラインＰの管対地電位Ｐ／Ｓがダイオード３０の順方向立ち上がり電位よりプラス側にシフトすると（図示IIIの範囲）、ダイオード３０（ショットキー・バリア・ダイオード）の順方向動作が開始され、アース電極１からの流出電流ＭｇＩが流れ始める。
【００４５】
この際、ダイオード３０の順方向立ち上がり電位は防食電位よりマイナス側に設定されているので、パイプラインＰの管対地電位Ｐ／Ｓが防食電位に達するより前にアース電極１からの流出電流ＭｇＩが流れ始め、パイプラインＰの管対地電位Ｐ／Ｓがプラス側にシフトするのを抑制することになる。したがって、通常のシステムの動作では、パイプラインＰが回生車両の影響を受けてパイプラインＰの管対地電位Ｐ／Ｓがプラス側にシフトした場合であっても、管対地電位Ｐ／Ｓは図示IIIの範囲に止まることになり、管対地電位Ｐ／Ｓが防食電位を越えるのを未然に防ぐことができる。
【００４６】
そして、図示IIIの範囲に管対地電位Ｐ／Ｓが有ると言うことは、パイプラインＰの防食状態は防食管理基準に合格している良好な状態にあるということであるから、アース電極１からの流出電流ＭｇＩは必要最小限でよく、ダイオード３０の電圧−電流特性によって流出電流ＭｇＩが小さく抑えられている。これによって、パイプラインＰの管対地電位Ｐ／Ｓが図示IIIの範囲に止まっているときには、流出電流ＭｇＩが小さく抑えられることで、他の埋設金属体への干渉リスク発生の問題は生じない。
【００４７】
一方、他埋設金属体とのメタルタッチなどによって、パイプラインＰの管対地電位Ｐ／Ｓが防食電位よりプラス側にシフトした場合（図示IVの範囲）には、ダイオード３０の電圧−電流特性において順方向電流立ち上がり電位と防食電位との間に所定の電位差を設けているので、管対地電位Ｐ／Ｓが防食電位よりプラス側になった状態では十分に大きな順方向電流が流れることになる。これによって、電食リスクが高くなる状態を回避するようにアース電極１からの流出電流ＭｇＩが大きくなる。そして、流出電流ＭｇＩが大きい状態が続いてもパイプラインＰの管対地電位Ｐ／Ｓがマイナス側にシフトしない場合には、過剰に流出電流ＭｇＩが流れすぎるのを避けるために逆流防止器３のヒューズ３１が機能してパイプラインＰとアース電極１との接続が遮断されることになる。
【００４８】
以上説明したように、本発明の実施形態に係る埋設金属パイプラインの電食防止システム及び電食防止方法によると、回生車両の影響によるパイプラインＰの電食リスクを、選択排流器を増設することなく、カソード防食レベルを高めることなく回避することができる。すなわち、回生車両の影響によるパイプラインＰの電食リスクを、パイプラインＰの過防食やパイプラインＰの周辺に存在する他の埋設金属体への干渉を避けて回避することができる。回生車両の影響を受けるパイプラインＰが高圧交流送電線の送電電流や交流式電気鉄道の通過に起因する交流誘導を受けている場合に、多大な施工費を要する交流誘導低減対策を講じることなく、交流誘導の影響を含めて回生車両の影響による電食リスクを回避することができる。パイプラインＰにとっては局所的且つ限られた時間に及ぼされる回生車両の影響を必要最小限の電流流出で回避できるので、他埋設金属体の干渉リスクを問題のない範囲に抑えることができる。レール漏れ電流がパイプラインＰに頻繁に流入したとしても、アース電極１からの電流流出で対処できるので、既存の選択排流器の排流電流を増大させることがない。
【符号の説明】
【００４９】
１：アース電極（Ｍｇ電極），
２：電線，
３：逆流防止器，
３０：ダイオード，
３１：ヒューズ（電流遮断手段），
３２：コイル（雷サージ遮蔽素子），
３３：電源用保安器（雷サージ遮蔽素子），
３４：バリスタ（雷サージ遮蔽素子），
Ｐ：パイプライン，
Ｒ：レール，
Ｓ：大地
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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