(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に埋設される金属製パイプラインに交流信号を供給し、金属製パイプラインの表面電位の変化から塗覆装の損傷発生の有無を検知する方法であって、
金属製パイプラインへの交流信号の供給は、信号発生装置とパイプラインとの間にコイルを直列に接続する状態で行い、コイルのインダクタンス値を、交流信号の周波数および電圧の値に応じて選択することを特徴とする埋設パイプラインの塗覆装損傷検知方法。
【請求項２】
地中に埋設される金属製パイプラインに交流信号を供給し、金属製パイプラインの表面電位の変化から、塗覆装の損傷発生の有無を検知する装置であって、
交流信号の出力側から金属製パイプラインへの供給経路に直列に接続されるコイルを備えることを特徴とする埋設パイプラインの塗覆装損傷検知装置。
【請求項３】
前記金属製パイプラインに沿って間隔をあけて設定される複数箇所で、金属製パイプラインを流れる信号電流および表面電位を計測し、
全部の計測箇所で表面電位の変化が同時に発生し、金属製パイプラインに沿う一方側の計測箇所では信号電流が増加し、他方側の計測箇所では信号電流が減少するときに塗覆装の損傷発生を検知し、全部の計測箇所で信号電流が同方向に変化するときにノイズと判断することを特徴とする請求項１記載の埋設パイプラインの塗覆装損傷検知方法。
【請求項４】
前記金属製パイプラインの端点で、交流信号の電流のみを選択的に吸収しながら、
塗覆装に対する損傷検知を行うことを特徴とする請求項１記載の埋設パイプラインの塗覆装損傷検知方法。
【請求項５】
前記金属製パイプラインに沿って間隔をあけて設定される複数箇所で、金属製パイプラインを流れる信号電流および表面電位を、交流信号供給箇所からの距離に対応してそれぞれ周波数を選択して計測し、
計測結果に基づいて塗覆装の損傷発生の有無を検知することを特徴とする請求項１記載の埋設パイプラインの塗覆装損傷検知方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長距離にわたって埋設される金属製パイプラインを腐食から保護するための塗覆装が、土木工事用の重機等によって受ける損傷発生を検知するための埋設パイプラインの塗覆装損傷検知方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、都市ガスなどを輸送するために地中に埋設される金属製のパイプラインには、腐食防止のための塗覆装が施されている。塗覆装は、電気絶縁性の合成樹脂から成り、金属製パイプラインを構成する導管の金属製の管本体を覆って、土壌中の水分による表面腐食を防止している。
【０００３】
パイプラインが埋設された後は長期間にわたって使用されるけれども、埋設場所付近で地面の掘削工事が行われることがある。たとえばショベルカーのバックホーや掘削ドリルのオーガなどの掘削用重機が衝突すると、パイプラインの塗覆装は損傷を受けやすい。塗覆装が損傷を受けると、導管が腐食して都市ガスなどの漏れを引起こすので、塗覆装の損傷は緊急に修復させる必要がある。このため、埋設されているパイプラインの近傍で掘削工事が行われていないかを監視する車両を走行させて常時パトロールを行うなど、損傷探知のために多大な労力をかける必要がある。しかも、外見からは塗覆装が損傷を受けているか否かを判定することは非常に困難である。
【０００４】
図７は、埋設パイプラインの導管の塗覆装の損傷を検知するための典型的な先行技術を示す。（ａ）は検知のための基本的構成を示し、（ｂ）は検知状態の一例を示す。導管１には、信号発生装置２から損傷検出用の交流信号を供給するための接続端子３が設けられる。信号発生装置２は、接続端子３と周囲の土壌に対する接続のための接地電極４との間に交流信号を発生させる。導管１の金属製の管本体と周囲の土壌との間には電気絶縁性の塗覆装が介在され、交流信号が与えられると塗覆装がコンデンサとして作用し、塗覆装中に変位電流が流れる。掘削用重機が塗覆装を損傷させると、導管１の金属製の管本体と周囲の土壌との間の絶縁抵抗が低下して電流が流れやすくなり、図７（ｂ）に示すように導管１の金属製本管の表面電位も変動する。したがって、金属製の管本体の表面電位の変動や金属製の管本体に流れる導管電流の変動を検出することによって、塗覆装の損傷を検知することができる。このような基本的な考え方を応用した先行技術は、たとえば本件出願人による特開平７−１２８１８９などでも開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図７（ａ）に示すように、信号発生装置２の出力を直接導管１に接続すると、信号発生装置２の出力インピーダンスが小さいときには接続端子３の部分の導管１の管本体の表面電位である管電位は、図７（ｂ）に示すようにほとんど変化しない。時刻ｔ１に塗覆装に損傷が生じたとしても、信号発生装置２の僅かな出力インピーダンスや信号発生装置２から接続端子３への接続リード線のインピーダンスによって、僅かな電位の降下が観測されるのみである。
【０００６】
地中に埋設されるパイプラインの導管１に流れる交流信号電流は、パイプラインの埋設箇所の近傍に電気鉄道や工場、変電所などが存在すると、そのような外部環境によって発生する雑音成分による擾乱を受け、塗覆装が損傷を受けていないのにも拘わらずに損傷発生と誤って判断したり、損傷が発生しているのに検出することができなくなるおそれがある。特に、信号発生装置２から遠距離で塗覆装に損傷が発生するような場合は、損傷の検知が非常に困難である。
【０００７】
電流と電位とを組合わせて、抵抗値として比較する考え方も、たとえば特開平７−１２８２７２などで開示されているけれども、ノイズによる変動に対する誤検出の回避は困難である。
【０００８】
本発明の目的は、簡単な構成で信号検出の感度を向上させ、ノイズによる誤検知の発生を防止することができる埋設パイプラインの塗覆装損傷検知方法および装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、地中に埋設される金属製パイプラインに交流信号を供給し、金属製パイプラインの表面電位の変化から塗覆装の損傷発生の有無を検知する方法であって、
金属製パイプラインへの交流信号の供給は、信号発生装置とパイプラインとの間にコイルを直列に接続する状態で行い、コイルのインダクタンス値を、交流信号の周波数および電圧の値に応じて選択することを特徴とする埋設パイプラインの塗覆装損傷検知方法である。
本発明に従えば、地中に埋設される金属製パイプラインに交流信号を供給する際に、直列にコイルを接続し、コイルのインダクタンス値を交流信号の周波数および電圧の値に応じて選択して行うので、金属製パイプラインの塗覆装の損傷時に生じる周囲の土壌との間でのインピーダンスの変化を検知する信号検出感度を上げて、金属製パイプラインの表面電位から容易に検知することができる。
【００１０】
さらに本発明は、地中に埋設される金属製パイプラインに交流信号を供給し、金属製パイプラインの表面電位の変化から、塗覆装の損傷発生の有無を検知する装置であって、
交流信号の出力側から金属製パイプラインへの供給経路に直列に接続されるコイルを備えることを特徴とする埋設パイプラインの塗覆装損傷検知装置である。
本発明に従えば、出力側からコイルを介して金属製パイプラインに交流信号を供給するので、金属製パイプラインの塗覆装の損傷によるインピーダンス変化を、表面電位の変化から容易に検出することができる。金属製パイプラインの防食用に電気防食を行っているような場合であっても、防食電流に影響を与えずに信号検出感度を上げて損傷検知を効率的に行うことができる。
【００１１】
さらに本発明は、前記金属製パイプラインに沿って間隔をあけて設定される複数箇所で、金属製パイプラインを流れる信号電流および表面電位を計測し、
全部の計測箇所で表面電位の変化が同時に発生し、金属製パイプラインに沿う一方側の計測箇所では信号電流が増加し、他方側の計測箇所では信号電流が減少するときに塗覆装の損傷発生を検知し、全部の計測箇所で信号電流が同方向に変化するときにノイズと判断することを特徴とする。
本発明に従えば、金属製パイプラインに沿って間隔をあけて複数箇所で金属製パイプラインを流れる信号電流および表面電位を計測すると、塗覆装の損傷発生時には、全計測箇所で表面電位が変化すると同時に、交流信号の供給地点から損傷発生箇所までの間では信号電流が増加し、損傷発生箇所から信号供給地点に関して遠去かる側では信号電流が減少する。ノイズによる変化は、信号電流に関して全ての計測箇所で同じように発生するので、信号電流の変化の方向が全部の計測箇所で同様であるか否かでノイズか塗覆装の損傷検知かを判別することができる。
【００１２】
さらに本発明は、前記金属製パイプラインの端点で、交流信号の電流のみを選択的に吸収しながら、
塗覆装に対する損傷検知を行うことを特徴とする。
本発明に従えば、金属製パイプラインの端点で交流信号の電流のみを選択的に吸収するので、交流信号の供給位置から端点までの距離が長くなっても、充分な信号電流をパイプラインに沿って流すことができ、塗覆装の損傷に対する検知感度を向上させることができる。
【００１３】
さらに本発明は、前記金属製パイプラインに沿って間隔をあけて設定される複数箇所で、金属製パイプラインを流れる信号電流および表面電位を、交流信号供給箇所からの距離に対応してそれぞれ周波数を選択して計測し、
計測結果に基づいて塗覆装の損傷発生の有無を検知することを特徴とする。
本発明に従えば、地中に埋設される金属製パイプラインには複数の周波数の交流信号を重畳して供給する。表面電位は交流信号の周波数が高いほど供給地点からの距離による減衰が大きいけれども、信号電流は逆に周波数が低いほど距離による減衰は小さくなる。したがって、検知地点で距離に応じて周波数を選択し、たとえば交流信号の供給地点から遠く離れた地点では表面電位は低周波、信号電流は高周波を選ぶことによって確実に損傷検知を行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態の概略的な構成を（ａ）で示し、（ｂ）では損傷検知の状態を示し、（ｃ）では損傷検知の対象となる導管の断面構成を示す。（ａ）に示すように、埋設パイプラインの導管１１には、損傷検知用の交流信号を発生する信号発生装置１２からの出力が接続端子１３を介して供給される。信号発生装置１２は、接続端子１３と土壌に対する電気的接続を行うための接地電極１４との間に交流信号を供給する。接続端子１３における周囲の土壌を基準とした電位は、（ｂ）に示す管電位として計測可能である。導管１１は、（ｃ）に示すような断面構成を有し、鋼などの金属製の管本体１５の周囲を、電気絶縁性の合成樹脂による塗覆装１６が覆って、管本体１５の表面が腐食しないように保護している。管本体１５と周囲の土壌との間に介在する塗覆装１６は、コンデンサとして作用し、交流の信号電流に対応する変位電流が流れて、塗覆装１６に損傷箇所があれば、図１（ｂ）の時間ｔ２に示すように、管電位が低下する。
【００１５】
本実施形態では、管電位の低下をより確実に検出するため、信号発生装置１２と接続端子１３との間に、コイル１７を直列に接続している。コイル１７のインダクタンス値は、信号発生装置１２から発生する信号の周波数および電圧の値に応じて適切に選択される。たとえば信号として与える交流の周波数は１５Ｈｚであり、インダクタンスは４０ｍＨ程度である。このインダクタンス値は、周波数が１５Ｈｚでは４Ω程度のインピーダンスとなり、塗覆装１６が損傷を受けたとき、損傷点と大地間のインピーダンスは重機の種類や損傷の程度によって異なり１００〜２００Ω程度となる。
【００１６】
図２は、地中に埋設される都市ガスの供給用の導管１１によるパイプラインに沿って設けられる総合的な塗覆装損傷検知システムの全体的な構成を示す。導管１１の長さは１００ｋｍ以上にもおよび、その中間付近に信号発生装置１２からの交流信号を供給する。導管１１の軸線方向で接続端子１３の両側には、電流センサ１８，１９を設置する。電流センサ１８，１９は、たとえばＣＴと略称されるカレントトランスであり、導管１１中を流れる信号電流を検出することができる。信号発生装置１２が設けられている導管１１の中間部分には、損傷検知装置２０も設置される。損傷検知装置２０は、接続端子１３から導管１１の表面電位を検出するための電位検出手段２１と、各電流センサ１８，１９を介して導管１１に流れる信号電流を検出する電流検出手段２２，２３を含む。電位検出手段２１および電流検出手段２２，２３からの検出出力は、損傷判別手段２４に与えられ、電位検出結果と電流検出結果とを総合して図１に示す塗覆装１６に損傷が発生しているか否かを判別する。中央の損傷検知装置２０には、さらに損傷が発生した区間を特定するための区間特定手段２５と、後述するように他の損傷検知装置との間でデータ通信を行うための通信処理手段２６が含まれる。
【００１７】
パイプラインの導管１１の軸線方向に沿って、間隔をあけて複数の損傷検知装置３０，４０が設置される。各損傷検知装置３０，４０には、それぞれ中央の損傷検知装置２０の電位検出手段２１および電流検出手段２２，２３と同様な電位検出手段３１，４１および電流検出手段３２，４２がそれぞれ含まれる。電位検出手段３１，４１は、導管１１に設ける接続端子３３，４３に接続され、その部分での導管１１の表面電位を検出する。各損傷検知装置３０，４０には、損傷検知装置２０の損傷判別手段２４および通信処理手段２６と同様な損傷判別手段３４，４４および通信処理手段３６，４６も含まれる。電流検出手段３１，４１は、導管１１に流れる信号電流を、電流センサ３８，４８を介してそれぞれ検出する。
【００１８】
中央の損傷検知装置２０と、導管１１に沿って設けられる複数の損傷検知装置３０，４０との間は、通信回線５１，５２，５３，５４でデータ通信可能に接続される。中央の損傷検知装置２０の区間特定手段２５は、損傷判別手段２４によって塗覆装に損傷が発生したことが検知されると、通信処理手段２６，３６，４６を介して他の損傷検知装置３０，４０でも同様な電位変化を伴う損傷の検知が行われているかを調べる。各損傷検知装置２０，３０，４０の電位検出手段２１，３１，４１が同時に同じような電位変化を検出しているときには、複数の損傷検知装置２０，３０，４０が検出する電流の変化が、特定の損傷検知装置２０，３０，４０が設けられている位置から、導管１１の軸線方向の一方側ではたとえば電流が増加し、他方側では電流が減少するような変化を生じているか否かに従って、塗覆装１６の損傷が発生しているか否かを判断する。
【００１９】
図３および図４は、塗覆装に対する損傷発生点から、信号発生装置１２の接続地点に関して下流側および上流側に損傷検知装置３０，４０を設置した場合について、電位および電流の検出実験結果を上側および下側でそれぞれ示す。縦軸の目盛は、電位および電流の相対値を示す。この場合、塗覆装に対する損傷は▲１▼，▲２▼，▲３▼，▲３▼，▲４▼，▲５▼，▲６▼の時点で模擬的に与えている。図３および図４に示すように、電位に対する雑音の変動の影響は、電流の変動に対する雑音の影響よりも一般的に小さい。損傷の発生によって、損傷点の下流側でも上流側でも同様に電位が減少する。信号源である信号発生装置１２から離れる下流側では、電流の検出値が小さくなるので、図３では電流の変化を図４の４倍で表示している。下流側では、損傷地点で土壌中に信号電流が多く流出してしまうので、信号電流は減少する。損傷地点の上流側では、損傷地点で土壌中に流出する電流が増加した分だけ多く流れる。▲１▼〜▲６▼以外の時点での変化に示すように、電位も雑音によって変化するけれども、雑音による電位の変化には電流の変化が伴わない。
【００２０】
図５は、本発明の実施の他の形態として、導管１１の長さが長くなるときに、信号電流および導管電流を増加させて、ノイズによる誤検知の発生を防止するための構成を示す。（ａ）が本実施形態の基本的構成を示し、（ｂ）は比較のため図１および図２に示される実施形態の構成を示す。本実施形態の信号電流６０ａおよび導管電流６１ａ，６２ａを、（ｂ）に示す信号電流６０ｂおよび導管電流６１ｂ，６２ｂよりも増加させるためには、土壌中を流れる土壌電流６３ａ，６４ａも土壌電流６３ｂ，６４ｂより増加させる必要がある。このため導管１１の両端付近に、信号電流吸収装置６５，６６を設け、信号発生装置１２から発生する交流信号と周波数および位相を合わせて選択的に信号電流を吸収する。これによって遠方のパイプラインの端部でも雑音電流に打勝てるだけ充分な導管電流６１ａ，６２ａを流すことができ、損傷の検知性能を向上させることができる。このように導管電流６１ａ，６２ａを増加させることができると、雑音に対する検知のＳ／Ｎ比が向上し、塗覆装の損傷の誤検知による誤警報の発生や、損傷検知不能の事態を避けることができる。
【００２１】
図６は、本発明の実施のさらに他の形態として、図１に示す信号発生装置１２から複数の周波数で交流信号を導管１１に供給し、電位計測と電流計測とを異なる周波数で同時に行うことによる損傷検知感度の向上効果を示す。たとえば３つの周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３は、１５Ｈｚ，１００Ｈｚ，２００Ｈｚである。（ａ）に示すように、電位計測によって計測される電位は、周波数が高いほど距離による減衰が大きいので、信号源からの距離が大きくなると周波数が低い方が小さい減衰の状態で計測することができる。一方（ｂ）に示すように、電流の計測値は、周波数が高いほど距離による減衰が小さいので、信号源からの距離が増大したときに計測される電流値は大きくなる。このように周波数がｆ１＜ｆ２＜ｆ３の関係があるときには、信号源から遠い地点での計測には、周波数が低い信号の電流計測と周波数が高い信号の電流計測とを行うことによって、確実な損傷検知が可能となる。
【００２２】
信号電流検出装置６５，６６は、たとえばＬＣ共振回路やフィードバック制御による周波数同期機能を備える交流定電流回路などで実現することができる。信号電流の増加は、信号発生装置１２が発生する交流信号の振幅を増加させても可能ではあるけれども、交流電圧の振幅が増大すると、正側のピークで導管１１の表面の電位が土壌よりも正側になる可能性があり、導管１１の表面電位を土壌よりも負に保っておく必要がある防食の観点から、振幅の増大には限度がある。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、交流信号の周波数および電圧に対応するインダクタンスを有するコイルを交流信号の金属製パイプラインへの供給経路に直列に接続するだけで、ノイズによる誤検知のおそれが少なくなって金属製パイプラインの表面電位の変化をより確実に検出することができ、簡単な構成で塗覆装の損傷発生の有無を検知する信号検出の感度を向上させることができる。
【００２４】
さらに本発明によれば、コイルを交流信号の出力側から金属製パイプラインへの供給経路に直列に接続するだけで、ノイズによる誤検知が少なくなり、金属製パイプラインの表面電位の変化から塗覆装の損傷発生の有無を検知するための信号検出感度を向上させることができる。
【００２５】
さらに本発明によれば、複数の計測箇所での金属製パイプラインの表面電位の変化とその際の信号電流の変化の方向とから、容易に塗覆装の損傷かノイズかを判別することができ、ノイズが多い環境であっても、塗覆装の損傷検知を高感度で行うことができる。
【００２６】
さらに本発明によれば、パイプライン中を流れる信号電流を効率的に増加させることができるので、パイプラインが遠距離にわたって埋設されていても、ノイズによる誤検知を防ぎ、塗覆装の損傷検知を感度よく行うことができる。
【００２７】
さらに本発明によれば、複数の周波数を交流信号として重畳して埋設パイプラインに供給するので、信号供給地点と計測地点との距離に応じて周波数を選択し、ノイズによる誤検知を生じにくくして塗覆装の損傷検知の感度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態による基本的な構成を示すブロック図と、検知結果の一例を示すタイムチャートと、検知対象となる導管１１の構成を示す軸直角断面図である。
【図２】図１の実施形態を適用した総合的な塗覆装損傷検知システムの概略的な構成を示すブロック図である。
【図３】図２のシステムによる検知結果の一例を示すタイムチャートである。
【図４】図２のシステムによる検知結果の一例を示すタイムチャートである。
【図５】本発明の実施の他の形態の基本的な構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施のさらに他の形態による電位および電流計測結果を示すグラフである。
【図７】典型的な先行技術による塗覆装損傷検知のための基本的構成を示すブロック図とその検知状態の一例を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１１  導管
１２  信号発生装置
１３，３３，４３  接続端子
１４  接地電極
１５  管本体
１６  塗覆装
１７  コイル
１８，１９，３８，４８  電流センサ
２０，３０，４０  損傷検知装置
２１，３１，４１  電位検出手段
２２，２３，３２，４２  電流検出手段
２４，３４，４４  損傷判別手段
２５  区間特定手段
２６，３６，４６  通信処理手段
５１〜５４  通信回線
６５，６６  信号電流吸収装置
【図１】
0003737203.tif 000002
【図２】
0003737203.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003737203.tif 000005
【図５】
0003737203.tif 000006
【図６】
0003737203.tif 000007
【図７】
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