JPH0129312B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は複数区画よりなる表皮電流発熱管に関
する。更に詳しくは、２次誘導回路が相互に金属
的には接触せず絶縁又は絶縁に近い、複数区画よ
りなり、かつ単一電源に対し直列である誘導表皮
電流発熱管の回路（以下表皮電流発熱管の回路を
単に発熱管回路と呼ぶ）において、発熱管回路の
何れかにおける短絡事故（絶縁不良を含む）によ
る電流異状を、電源付近において容易に検出する
ようにしたものに関する。

ここで表皮電流発熱管について説明すると、表
皮電流発熱管とは、強磁性管とその中に通された
絶縁電線とからなり、前記電線に交流電流を通じ
たとき、これに対応して逆方向の交流電流が前記
強磁性管の内表面付近に集中されて流れるような
回路を有するものをいう。このような表皮電流発
熱管の有する回路には大きく分けて２種類ある。
第１のものは前記強磁性管とその中に通された絶
縁電線との、各一端が交流電源に電気的に接続さ
れ、各他端は相互に電気的に接続されたもので、
直列表皮電流発熱管と呼ばれる。このような回路
を持つ表皮電流発熱管の例は特公昭40−12128号
（日本特許第460224号）明細書に記載されている。
第２の種類のものは前記絶縁線の両端が交流電源
に電気的に接続されて閉回路を形成し、前記強磁
性管の両端は相互にできるだけインピーダンスが
低くなるように電気的に接続されて閉回路（２次
誘導回路）を形成しているものである。このよう
な回路を持つ表皮電流発熱管の例は特公昭46−
588号（日本特許第612750号）明細書に記載され
ていて誘導表皮電流発熱管と呼ばれる。但し該特
許明細書にいう表皮電流発熱管においては電流が
強磁性管の外側に実質的に流出しないよう、その
厚みに一定の限定が加えられているが、本明細書
ではそのような限定のあるものもないものも含め
て総称する。電流が強磁性管の外側に流出しない
ようにするためには他の手段がある。例えば特開
昭56−130551号に開示されているように並列する
強磁性管の肉厚が薄くてもそれらを比較的短かく
し、相互に密に配置すればよい。

いずれの種類の表皮電流発熱管においても強磁
性管は、その横断面形状において、円形に限られ
ず例えば三角形、三日月形のものがありうる。前
記強磁性管の管壁の一部は加熱さるべき強磁性材
料の輸送管の管壁で構成されているものがありう
る。前記強磁性管は途中で切断された形になつて
いて、この形において形成されている隣り合う各
端が互に電気的に接続されているものがありう
る。又前記強磁性管の横断面形状は完全に閉じた
形になつていなくて、微小な隙間のあるものがあ
りうる。このようなものの例としては、横断面円
形の強磁性管にその長さ方向に切れ目を入れた
（これによつて切れ目を入れた長さに相当する前
記強磁性管の部分の発熱量を小さくすることがで
きる）ものがある。また他の例としては強磁性材
料の輸送管に横断面がＬ字形や円孤形等を持つ強
磁性材料の部材をそのくぼみが該輸送管に面する
ように乗せ、該部材のすそに当たる２つの端部と
該輸送管との間を千鳥溶接することによつて構成
された強磁性管がある。

本発明の対象とする発熱管回路は、主として温
度保持を必要とする重油又は或る種の原油のパイ
プラインや鉄道のレールの融雪などに用いられる
比較的長い発熱管の回路であり、本発明はそのよ
うな長距離の電気発熱体の場合に経済性を発揮す
るものである。

例えば、前記パイプラインでは、そのルートに
おいて一部は陸上、他部は海底の地中のように、
周囲温度等の条件が相違する場合や海底の部分は
電気防蝕するが、陸上部分はこれを行う必要がな
いような場合がしばしばある。このような場合前
記それぞれの部分で発熱体の発熱量を変更する必
要があつたり、あるいは防蝕電流が防蝕を必要と
しない部分に流出して電力の無駄が発生しないよ
うにするため、一本のパイプラインを必要区画に
分割し相互に絶縁する必要が出てくる。この場合
当然のこととしてこれに付設された電気発熱体が
この分割絶縁を短絡しないよう、一般的に言つて
その発熱体も分割し相互に絶縁する等の配慮が必
要になる。

また鉄道のレールでは、レールに沿つて電気発
熱体を設けてレール付近の凍結、融雪等に利用さ
れることがしばしばある。鉄道のレールにおいて
も信号電流が他のレール区画に流出しないような
絶縁が行われているが、この絶縁を前記発熱体で
短絡しないように、発熱体を分割し相互に絶縁す
る等の配慮が必要になる。

このような配慮をしたものの例としては、パイ
プラインの場合について、特許第570099号（特公
昭44−25672号）「複数区画からなる発熱体への給
電方式」があり、鉄道のレールの場合について、
特許第872268号（特公昭52−1525号）「電気加熱
レール」がある。これらの例では先に述べたよう
に発熱管回路は複数区画に分割絶縁され、かつ相
互に直列であり電源は複数の区画からなる１組に
単一共通である。

前記公知発明の概要を第１図によつて説明す
る。

第１図においては例として直列表皮電流発熱管
が上下２組ある場合を示している。この図におい
て発熱管回路は電源変圧器３を共通する強磁性発
熱管１をもつ第１区画の発熱管回路と、これと直
列になる強磁性発熱管１′をもつ第２区画のそれ
があり、第１、第２区画で上の組を作つており、
下の組は電源変圧器１０３を共通にする強磁性発
熱管１０１をもつ第１区画の発熱回路と、これと
直列になる強磁性発熱管１０１′をもつ第２区画
の発熱回路よりなつている。以下前記強磁性発熱
管（前記表皮電流発熱管における強磁性管に等し
い。）を単に「発熱管」という。

図において２，１０２はそれぞれ発熱管１，１
０１に通された、２′，１０２′はそれぞれ発熱管
１′，１０１′に通された絶縁電線で、４，１０４
はそれぞれの区画を絶縁する変圧器、５，６，
５′，６′は上の組の第１、第２区画の発熱管回路
のための接続であり、下の組も同様の接続１０
５，１０６，１０５′，１０６′を持つている。

被加熱物体である、例えば、パイプラインは、
図示されていないが、その全長にわたつて、布設
された発熱管と電気的に一体であり、このパイプ
ラインの絶縁は絶縁フランジであるが、絶縁体７
によつて代表されているものとする。

接地８，８′，１０８，１０８′等は第１図では
それぞれ１個所で示されているが、通常その全長
に沿つて分布しているとしても良い。そして２つ
の発熱管１，１′の間には絶縁７があり、金属的
には接続されていないが、接地８，８′が数オー
ム内至は数十オームの程度の抵抗値となるように
通常50〜100ｍおきに設けられているので完全な
絶縁でなくそれに近い状態である。

発熱管１０１，１０１′の回路も発熱管１，
１′の回路同様であり、この上下２組で同一パイ
プラインを加熱するために用いられているとして
も良いし、別々のパイプライン（多分この場合に
はこれらのパイプラインは余り離れていなくて並
行する）と考えても良い。

そして通常の運転状態において上の組の第１区
画の発熱管回路には電流i₁が、第２区画のそれに
は電流i₁′が、下の組の第１区画の発熱管回路には
電流i₂が、第２区画には電流i₂′が流れているもの
とする。

このような回路で上又は下の組の第１区画の発
熱管回路の電線２又は１０２の何れかで絶縁不良
が発生した場合は問題は簡単で電流i₁又はi₂が定
常値と相違するから差動リレー１０が動作して図
示されてはいないが警報又は電源遮断することが
可能になる。

そして第１図のような結線では絶縁変圧器４又
は１０４の負荷回路である第２区画の発熱管回路
に例えば図の１１で絶縁不良が発生しても、この
回路の電流i₁′の変化は絶縁変圧器４を介してi₁に
影響して、差動リレー１０を動作させることが可
能で、絶縁不良による事故の拡大を防止できる。

この方法は上下２つの組の回路のうち、どちら
かの１つの微少電流変化、例えば２％程度の電流
変化でも検出可能であり、単に２つの回路の短絡
電流のみならず、発熱体である管１、電線２等は
温度によつてその抵抗が変化し、従つて電流も変
化するので、２つの回路が別々のパイプラインを
加熱保温している場合、それぞれのパイプライン
の温度異状さえも検出可能である。

第１図では電源変圧器３に対し、絶縁変圧器４
が１台、電源変圧器１０３に対し、絶縁変圧器１
０４が１台対応する場合を示したが、絶縁変圧器
は１台のみでなく、必要によつては絶縁変圧器４
の更に負荷側に別の絶縁変圧器を設けて第３区画
の発熱管回路を作ることもできるが、差動リレー
１０の動作については先に述べたのと同一であ
る。

次に第２図は前記特公昭52−1525号「電気加熱
レール」に開示された回路の１例であり、１２は
電源変圧器、１３は第１区画の発熱管回路と第２
区画の発熱管回路を電気的には絶縁しているが、
磁気的には結合させて給電するための絶縁変圧器
である。他の番号は第１図と同様の意味をもつも
のと考えてよい。

そうするとこのような回路で１０で示す差動リ
レーは第１区画でおきた電線２又は１０２の絶縁
不良では動作するが、第２区画側、例えば図の１
１で示す絶縁不良に対しては差動リレー１０は動
作しない。

以上第１，２図で説明した公知の回路では高価
な絶縁変圧器を必要とするのみならず、第２図に
示したものでは電源変圧器側とは絶縁された、第
２区画側の絶縁不良に対しては差動リレー１０を
動作させることはできない。

本発明では相互に絶縁された複数区画の発熱管
回路間に絶縁変圧器を置かないで単一の共通電源
を使用し、しかもリレーを設けた最初の発熱管回
路の区画以外の区画の発熱管回路においても電線
の絶縁不良などによる故障電流の検出を可能にし
ようとするものである。

本発明は単一共通の電源及び共通の１次回路を
持つ複数区画の相互に直列である誘導表皮電流発
熱管において、それぞれの表皮電流発熱管の２次
回路（以下「発熱管２次回路」という）を相互に
絶縁し、又はそれに近いものにし、それぞれの発
熱管回路に短絡事故が生じた際の電流異状を前記
電源付近において検出する差動リレーを設け、そ
れぞれの発熱管２次回路をインピーダンスをもつ
て接続し、前記インピーダンスは、前記複数区画
の表皮電流発熱管のうち最も電源に近い区画以外
の区画において短絡事故が生じたとき、その区画
及びそれより電源に近い区画を接続するものにお
いて１〜1000ｍＡの電流が流れるようなものとし
てなる複数区画の表皮電流発熱管を要旨とする。

本発明を第３図によつて説明する。第３図にお
いて特記しない番号は第１図と同じ意味である
が、１２は電源変圧器で、電源に近い発熱管１と
１０１との作る第１区画の発熱管回路は、図示さ
れていないが、海底パイプラインを加熱保温して
いるものとし、この部分のパイプラインは電気防
蝕を必要としているので、防蝕電源１５が装備さ
れている。電源より遠い発熱管１′と１０１′との
作る第２区画の発熱管回路は、図示されていない
が、前記海底パイプラインに接続される陸上パイ
プラインを加熱保温しており、この部分は電気防
蝕を必要としていないので海底部分の防蝕電流
が、陸上部に流出して損失とならないようにパイ
プラインは絶縁フランジによつて接続されるがそ
れに伴つて発熱管２次回路も前記の区画に区分さ
れ絶縁７が必要になる。

一方発熱管１，１′，１０１，１０１′に通され
る絶縁電線２，２′，１０２，１０２′はそれ自体
絶縁被覆されているから、これらは海底及び陸上
のパイプラインの絶縁フランジを短絡することは
ない。

さてこのような回路で、いま接地８，８′及び
特別に設けられる予定のインピーダンス１４の存
在を考慮外とすれば、第１区画の電線２又は１０
２と発熱管１又は１０１との間に絶縁不良が発生
した場合には差動リレー１０（過電流リレーでも
良い）が動作するが、第２区画の電線２′又は１
０２′に絶縁不良、例えば電線２′に絶縁不良１１
が発生しても差動リレー１０は動作しないことは
説明するまでもない。

しかし実際のパイプラインではパイプラインと
大地との間の絶縁は完全でなく、海底部分の接地
８は望ましくないが、存在しうるし、陸上部の接
地８′はパイプラインが石油類を通すときは静電
気除去のために必要になることもある。

従つて接地８，８′は時には数オーム程度と絶
縁７を不完全ではあるが短絡しており、このため
に絶縁不良１１において発生した地絡電流はこの
短絡を通つて差動リレー１０を動作させるかも知
れない。

本発明ではこのような接地８，８′による不確
実さを避けるためインピーダンス１４を設けてい
る。

このインピーダンス１４の値は、差動電流リレ
ー１０が動作する電流値（通常１〜1000ｍＡ好ま
しくは10〜500ｍＡ）となるようにアース８，
８′を考慮して決定される。インピーダンスの種
類はリアクトル、レジスタンス、コンデンサ又は
これらの組合わせがありうる。例えば防蝕電流
（直流）をできるだけ通さないものが望ましいこ
ともある。この目的のためには差動電流リレー１
０の動作電流（交流）は通すが、防蝕電流（直
流）を通さないものが望ましく、従つてコンデン
サが理想的である。

しかしコンデンサも防蝕電圧は直流数ボルトと
低いが電線２′又は１０２′等の絶縁不良の位置、
程度によつてコンデンサにかかる交流電圧が変化
するのでこれに耐えるものでなければならない。

以上はパイプラインの場合について説明した
が、前記した鉄道のレールの場合についても本発
明を同様に適用することが可能である。

第３図では発熱管回路の区画が２つ、従つてイ
ンピーダンス１４が１個の場合について説明した
が、区画が３以上でも相互にインピーダンス１４
で接続して行けば、いずれの区画の絶縁不良も検
出できるようになる。インピーダンス１４の数が
多くなれば、これらは相互に直列に接続されるか
ら、これらのインピーダンスの総和が１番大きく
なる区画、すなわち差動リレー１０から見て最遠
の区画の発熱管回路における絶縁不良に対しても
差動リレー１０が動作するようなインピーダンス
の値を選ばなければならぬことは勿論である。

なお差動リレー１０は第３図では電源変圧器の
２次巻線の中央と、第１区画発熱管回路の接続５
とを接続する点とを結ぶ位置に置いたが第１図に
示されるように、第３図においても電線２，１０
２にそれぞれ変流器を挿入してその電流差をとる
ように接続しても良い。この方がむしろ一般的で
あるかも知れない。

以上の説明においては絶縁電線２，１０２，
２′，１０２′および発熱管１，１０１，１′，１
０１′等の材質、寸法等について触れなかつたが、
これらは相互に等しい場合は勿論、不等であつて
も本発明が適用できることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１，２図は公知の複数区画発熱回路の図、第
３図は本発明の複数区画発熱管回路の図である。 これらの図において、番号は各図に共通で次の
ものを表わす。１，１０１，１′，１０１′は強磁
性発熱管、２，１０２，２′，１０２′は前記強磁
性管に通された絶縁電線、３，１０３および１２
は電源変圧器、４，１０４，１３は絶縁変圧器、
５，６，１０５，１０６，５′，６′，１０５′，
１０６′は前記発熱管相互又はこれと電線を結ぶ
接続、７は各発熱区画を絶縁する絶縁フランジ、
ソケツト等の絶縁物、８，８′，１０８，１０
８′は発熱管又はそれと１体に電気的に接続され
たパイプ又はレールの接地、９，１０９は変流
器、１０は差動リレー、１１は電線の絶縁不良、
１４は各発熱区画を接続するインピーダンス、１
５は電気防蝕の電源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 単一共通の電源及び共通の１次回路を持つ複
   数区画の相互に直列である誘導型の表皮電流発熱
   管において、前記それぞれの表皮電流発熱管の２
   次回路を相互に絶縁し、又はそれに近いものに
   し、それぞれの発熱管回路に短絡事故が生じた際
   の電流異状を前記電源付近において検出する差動
   リレーを設け、それぞれの発熱管２次回路をイン
   ピーダンスをもつて接続し、前記インピーダンス
   は、前記複数区画の表皮電流発熱管のうち最も電
   源に近い区画以外の区画において短絡事故が生じ
   たとき、その区画及びそれより電源に近い区画を
   結ぶものにおいて１〜1000ｍＡの電流が流れるよ
   うなものとすることを特徴とする複数区画の表皮
   電流発熱管。