JPH04331900A - 埋設金属管類の防食被覆損傷検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、地中に埋設した金属
管の外面に施された防食被覆の損傷を検知する装置に関
するものである。

【０００２】

【従来技術】一般に地中埋設金属管には、外面にアスフ
ァルト等のれき青質の、或いはポリエチレン等の熱可塑
性樹脂の被覆を施したり、必要により電気防食を併用し
て土壌腐食や電食等の腐食を防止する措置が講じられる
。とりわけ、防食被覆は金属管を腐食環境から遮断し防
食するうえで重要であり、電気絶縁性に優れピンホ−ル
等の欠陥が少ないことが望ましい。最近は電気絶縁性に
優れたポリエチレン被覆が広く採用され、さらに金属管
敷設工事の技術進歩が相俟って、防食被覆の損傷は工事
の際に見過した当て疵などが極く僅か散在する程度で、
防食被覆金属管を敷設できるようになった。防食被覆の
品質向上は埋設金属管の信頼性向上に著しく寄与する。 電気防食の併用により、金属管の防食が最も経済的、効
率的になる。

【０００３】しかし、いかに防食被覆の品質が優れてい
ても、多くの場合金属管が道路路面下に埋設されるので
、第三者の土木工事等で被覆や管体に損傷を受ける機会
がしばしばあって、その結果、腐食や破損による流体の
流出事故等を招くおそれがある。この種の事故を未然に
防止する方法として、一般に埋設金属管の管理者によっ
て巡回点検や第三者の土木工事に立ち合う等の維持管理
が実施されているが、管理がゆきとどかない夜間工事や
推進配管工事等もあり、目視による維持管理を補完する
管理手段が必要とされている。

【０００４】従来、防食の検知方法として、電気防食が
適用された埋設金属管では、「ガス導管防食ハンドブッ
ク」（社団法人日本ガス協会）４０〜５７ペ−ジに示す
管内電流測定法がある。これは、管内電流の変化から防
食被覆の損傷を検知する。この方法の概要を図６及び図
７に示す。図６は損傷検知の原理を示す。図６において
、管内電流測定回路は、埋設金属管２の長手方向に間隔
をおいて配置され直流電源装置２６に接続された端子８
及び９からなる電位差信号検出部６０と、この検出部６
０の検出信号を表示する直流電位差計２９で構成されて
いる。直流電源装置２６が出力する防食電流は、金属管
路に散在する被覆損傷部の金属を防食し金属管を帰路と
するので、検出部６０ではその金属管部分を帰路とする
防食電流を電位差に変換して検出し直流電位差計２９に
表示する。図７に、防食被覆に損傷が発生する前後の電
位差を直流電位差計で測定した値を示す。図７中のｅ０
　は地中を流れる迷走電流の一部が金属管２を経路する
ために生ずる雑音電圧、ｅ１は金属管２を帰路とする防
食電流Ｉによる電位差、ｅ２　　は時刻ｔにおいて新た
に防食被覆損傷３が生じ防食電流が（Ｉ＋△ｉ）に増加
した後の電位差、また、ｒは端子８と９の間の金属管の
直流電気抵抗を表わす。

【０００５】 被覆損傷３が生じる前の電位差 ｅ１　＝ｒ・Ｉ＋ｅ０　　　　　　　　　　　　　　（
Ｖ）・・・（１）被覆損傷３が生じた後の電位差 ｅ２　＝ｒ・（Ｉ＋△ｉ）＋ｅ０　　　　（Ｖ）・・・
（２）被覆損傷３が生じる前後の電位差の変化分△ｅ＝
ｅ２　−ｅ１ ＝ｒ・△ｉ　　　　　　　　　　　　　　　　　　（Ｖ
）・・・（３）即ち、直流電位差計２９が表示する電位
差ｅが、ｅ１　からｅ２に△ｅだけ変化する様子を監視
することにより新たな被覆損傷の発生を検知することが
できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法には
次のような問題があって防食被覆の損傷を正確に検知で
きないことがある。すなわち、金属管２の長手方向に離
して金属管２に接続する端子８と９の間隔は、施工面、
或いは維持管理面から、通常５０〜１００ｍ程度に制約
されるため、この間の金属管２の直流電気抵抗は小さく
、また新たな損傷が余り大きくない範囲では、新たな損
傷による防食電流の増加分が小さいので電位差ｅの変化
もごく僅かである。一方、金属管２には、直流電気鉄道
の漏れ電流や周辺の地中構造物の防食電流等が混じり合
い脈動した迷走電流の一部が流れ、端子８と９間で雑音
電圧を生じ防食電流による電位差に重畳する。この雑音
電圧は、直流分であることから除去が難しく、しかも変
動が大きいことから、損傷による防食電流のわずかな増
加分を検出するために、計器の感度を上げて小さな電位
差の変化を検知することが難しい。

【０００７】本発明は、防食被覆の小さい損傷を正確に
検知することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の検知装置は、外
面に防食被覆１を施して地中に埋設した金属管２と電極
５との間に交流信号発信器４を接続した発信部１００と
、金属管２の長手方向に間隔をおいて配置した端子８及
び９からなる電位差信号検出部６０と、前記検出部６０
に隣接して配置した金属管の端子６及び地中に埋設した
照合電極７からなる参照信号検出部５０と、この参照信
号検出部５０の信号を入力する波形整形器１６と、前記
電位差信号検出部６０の信号を入力する交流増幅器１４
と、掛算器１８とロ−パスフィルタ２０からなるロック
インアンプ７０と、このロックインアンプ７０とその出
力を表示する表示器８０からなる検知器９０を備え、発
信部１００から交流信号電流を通じて、参照信号検出部
５０により検出する金属管２の対地信号電圧と電位差信
号検出部６０により検出する金属管部分を流れる信号電
流によって生じる電位差をロックインアンプ７０に入力
し、波形整形器１６においてゲ−ト信号に整形した参照
信号と交流増幅器１４において増幅した電位差信号を掛
算器１８において乗算して二信号の周波数の和と差の成
分の信号に変換した後、ロ−パスフィルタ２０において
参照信号と非同期信号の雑音電圧を除去し、同期した信
号を出力して表示器８０に表示する構成としたことを特
徴とする。

【０００９】

【作用】この発明の検知装置の作用を、本発明の検知装
置の構成を示す図１、および、図１に示す金属管２と検
知装置の電気接続系の電気的等価回路を示す図４、を参
照して説明する。電気的等価回路（図４）のｒｄ　は電
極５の接地抵抗、２５はリモ−トア−スである大地、７
は地中においた照合電極、ｄＺｍ　は端子８と９の間の
金属管のインピ−ダンス、ｇは被覆損傷部３の漏れコン
ダクタンス、ｄＺ，ｄＹは金属管の分布定数、ｄＥは端
子６と照合電極７の間の信号電圧（金属管２の対地信号
電圧）、ｄＥｓ　は電極５と金属管２の間の信号電気（
発信部１００の金属管２の対地信号電圧）、である。

【００１０】ロックインアンプ７０において信号処理を
可能にするためには、参照信号のＳ／Ｎ比が十分大きい
ことが必要条件である。図４において、発信器４から電
極５，電極５の接地抵抗ｒｄ　，大地２５，被覆損傷部
３，金属管２、及び分布定数ｄＹ，ｄＺ、で構成する閉
回路に、交流信号電圧を印加して電流を通じる。この信
号電流により参照信号検出部５０では、発信器４の出力
電圧に比例し且つ同期した次式の対地信号電圧ｄＥが検
出される。

【００１１】 　　ｄＥ＝ｄＥｓ　×ｃｏｓｈ｛ｄγ（Ｌ−ｘ）｝／ｃ
ｏｓｈ（ｄγ・Ｌ）　（Ｖ）　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　・・・（４）　　ここで、ｄＥｓ　：発信部１００に
おける金属管２の対地信号電圧（Ｖ）　　　　　　　　
　　　　ｄγ：伝搬定数　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　（１／ｍ）。

【００１２】

【数１】

【００１３】 ｄＺ：金属管２の単位長さ当たりインピ−ダンス　　（
Ω／ｍ） ｄＹ：金属管２の単位長さ当たり漏れアドミタンス（Ｓ
／ｍ） Ｌ：金属管２の長さ　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　（ｍ）ｘ：発信器４から参照信号
検出部５０までの距離（ｍ）。

【００１４】（４），（５）式から、対地信号電圧ｄＥ
は、防食被覆の品質が優れた金属管路では漏れアドミタ
ンスｄＹが小さいので伝搬定数ｄγも小さく、従って、
減衰が小さいことが明らかである。通常、対地信号電圧
ｄＥは十分大きく雑音電圧を無視できるので、ロックイ
ンアンプ７０における参照信号の必要条件を十分満足す
る。

【００１５】一方、電位差信号検出部６０では、インピ
−ダンスｄＺｍ　とその部分を流れる信号電流ｄＩによ
り次式の電位差を検出する。

【００１６】 　　　　　　　　ｄｅ１　＝ｄＺｍ　・ｄＩ＋ｄｅ０　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（Ｖ）　
・・・（６） この信号電流ｄＩは次式のように表わされる。

【００１７】 　　　　　　　　ｄＩ＝ｄＩｓ　×ｓｉｎｈ｛ｄγ（Ｌ
−ｘ）｝／ｓｉｎｈ（ｄγ・Ｌ）　（Ａ）　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　・・・（７） 上式においてｄｅ０　は金属管２を経路とする迷走電流
等が起因した雑音電圧である。

【００１８】ロックインアンプ７０では、参照信号と前
記電位差信号を入力して参照信号と非同期の雑音電圧を
除去し、参照信号と同期した目的信号を次式の直流電圧
で出力する。

【００１９】 　　　　　　　　Ｘ１　＝｜ｄＺｍ　・ｄＩ｜ｃｏｓθ
１　　（Ｖ）　　　　　　　　　　　　　　　　　・・
・（８） 　　また、新たな被覆損傷３が生じて交流信号電流が（
ｄＩ＋△ｄｉ）に増加すると、上式の直流電圧は次式の
ように変化する。

【００２０】 　　　　　　　　Ｘ２　＝｜ｄＺｍ　・（ｄＩ＋△ｄｉ
）｜ｃｏｓθ２　　（Ｖ）　　　・・・（８′） 　　図５は、図４における電圧，電流の関係をベクトル
図で示す。図５のθ１　，θ２　はそれぞれ管対地信号
電圧と電位差（ｄＺｍ　・ｄＩ）及び｛ｄＺｍ　・（ｄ
Ｉ＋△ｄｉ）｝との位相差である。即ち、交流信号を使
用することにより雑音除去を容易にして、Ｓ／Ｎ比の良
い目的信号を抽出するので、微小な電位差を表示器８０
の利得を上げて表示することができる。従って、表示器
８０の電位差の変化の様子を監視することにより、新た
な防食被覆の損傷３を容易に検知することができる。

【００２１】

【実施例】次にこの発明の実施例を、図１から図３によ
って説明する。

【００２２】図１は、この発明の第一実施例を示し、検
知器９０の信号処理方式が一位相方式のロックインアン
プであることを特徴とする。その作用および効果は前項
で詳細に述べた。

【００２３】図２は、この発明の第二実施例を示し、検
知器９０において、交流増幅器１４及び波形整形器１６
と直列に接続した第一掛算器１８，第一ロ−パスフィル
タ２０からなる一位相方式のロックインアンプと、前記
交流増幅器１４及び波形整形器の出力の位相を９０度移
相する移相回路１７と直列に接続した第二掛算器１９，
第二ロ−パスフィルタ２１からなるもう一つの一位相方
式のロックインアンプと、その二つの出力信号を演算す
る第一演算回路２２、及び第二演算回路２３で構成する
二位相方式のロックインアンプ７０を用いたことを特徴
とする。この第二実施例における第一ロ−パスフィルタ
２０の出力は（８）式に示す通りである。また、第二ロ
−パスフィルタ２１の出力は参照信号の位相が９０度シ
フトしていることにより次式の直流電圧を出力する。

【００２４】 　　　　　　　　Ｙ１　＝｜ｄＺｍ　・ｄＩ｜ｓｉｎθ
１　　（Ｖ）　　　　　　　　　　　　　　　　　・・
・（９） 　　第１演算回路２２ではＸ１　，Ｙ１　の二信号を次
式の演算を行いその結果を出力する。

【００２５】

【数２】

【００２６】第２演算回路２３では前記二信号を次式の
演算を行いその結果を出力する。

【００２７】 　　　　　　　　θ１　＝１／ｔａｎ・（Ｙ１　／Ｘ１
　）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
・・・（１１） 　　いま、何等かの原因により交流信号電流がｄＩから
（ｄＩ＋△ｄｉ）に増加したとすれば、上記（９）〜（
１１）式はそれぞれ次のように変化する。

【００２８】 　　　　　　　　Ｙ２　＝｜ｄＺｍ　・（ｄＩ＋△ｄｉ
）｜ｓｉｎθ２　　（Ｖ）　　　・・・（９′）

【００２９】

【数３】

【００３０】 　　　　　　　　θ２　＝１／ｔａｎ・（Ｙ２　／Ｘ２
　）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・
・（１１′） 　　従って、この第二実施例によれば、（８）及び（８
′）式における電位差の変化に限らず、（１０）及び（
１０′）式における電位差の絶対値の変化や（１１）及
び（１１′）式における金属管２の対地信号電圧ｄＥと
電位差との位相差の変化を検知できるので、損傷部の詳
細な状況を知ることができる。

【００３１】図３は、この発明の第三実施例を示す。こ
の第三実施例では、発信部１００を金属管２上の任意の
一ヶ所に配置し、検知器９０を金属管２上の長手方向に
間隔をおいて複数組配置して防食被覆の損傷を生じた概
略地点を検知する方法の一部を示し、検知部２００は検
知部３００より発信器側に配置している。図３において
、発信器４から交流信号電流を通じると、各検知部にお
ける表示器８０はそれぞれ（８）〜（１１）式に示す電
位差及び位相を表示する。いま、検知部２００において
有意な電位差の変化を検知し、検知部３００では検知し
ていないとすれば、新たな被覆損傷３が検知部２００と
検知部３００の間で発生していることを察知できる。 また、検知部２００と検知部３００の両方において有意
な電位差の変化を検知したときには検知部３００から反
発信器側に損傷が発生したことを察知できる。このよう
に、隣接する検知部間の電位差や位相の変化を比較する
ことにより被覆損傷を生じた概略地点を知ることができ
る。また、第三実施例における各検知部２００，３００
の出力を遠隔集中監視することにより、埋設金属管２の
管理者が知らない間に生じた被覆や管体の損傷とその概
略位置を迅速に見逃すことなく検知することができる。

【００３２】なお、発信器４の出力周波数は、金属管２
の長手方向における対地信号電圧の減衰を抑制する上で
５００Ｈｚ以下の低周波数であることが望ましい。

【００３３】

【効果】この発明によれば、例えば直流電気鉄道の漏れ
電流等の迷走電流が大きくとも容易に除去してＳ／Ｎ比
の良い目的信号を抽出することができるので、表示装置
８０の利得を上げて被覆損傷３による電位差の微小な変
化を検知することができる。また、管対地信号電圧を参
照信号とすることにより発信部１００と検知部５０がは
なれていてもロックインアンプ７０による信号処理が可
能である。管対地信号電圧は、発信器４の出力周波数と
同期し、かつ、Ｓ／Ｎ比が大きいので、ロックインアン
プ７０の参照信号として必要な条件を満たしている。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の第一実施例の構成を示すブロック
図である。

【図２】　　本発明の第二実施例の構成を示すブロック
図である。

【図３】　　本発明の第三実施例の構成を示すブロック
図である。

【図４】　　図１の、金属管２，発信部１００および検
出器９０の電気接続系を電気的等価回路で表した電気回
路図である。

【図５】　　図４に示す等価回路における電圧，電流の
ベクトル図である。

【図６】　　従来提案されている管内電流測定装置の構
成を示すブロック図である。

【図７】　　図６に示す直流電位差計２９の検出値を示
すグラフである。

【符号の説明】

１：被覆　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　２
：金属管３：新たな損傷　　　　　　　　　　　　　　
４：発信器５：電極　　　　　　　　　　　　６，８，
９：金属管に接続した端子 ７：照合電極　　　　　　　　　　　　　　１４：交流
増幅器１６：波形整形器　　　　　　　　　　　　１７
：移相回路１８，１９：掛算器　　　　　　　　　　２
０，２１：ロ−パスフィルタ ２２，２３：演算回路　　　　　　　　　　　　　　５
０：参取信号検出部 ６０：電位差信号検出部　　　　　　７０：ロックイン
アンプ８０：表示器　　　　　　　　　　　　　　　　
９０：検知器１００：発信部　　　　　　　　　　　　
　　　　２６：直流電源装置２００，３００：検知部　
　　　　　　　　　　　　　　　２９：直流電位差計

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外面に防食被覆１を施して地中に埋設した
   金属管２と電極５との間に交流信号発信器４を接続した
   発信部１００と、金属管２の長手方向に間隔をおいて配
   置した端子８及び９からなる電位差信号検出部６０と、
   前記検出部６０に隣接して配置した金属管の端子６及び
   地中に埋設した照合電極７からなる参照信号検出部５０
   と、この参照信号検出部５０の信号を入力する波形整形
   器１６と、前記電位差信号検出部６０の信号を入力する
   交流増幅器１４と、掛算器１８とロ−パスフィルタ２０
   からなるロックインアンプ７０と、このロックインアン
   プ７０とその出力を表示する表示器８０からなる検知器
   ９０を備え、発信部１００から交流信号電流を通じて、
   参照信号検出部５０により検出する金属管２の対地信号
   電圧と電位差信号検出部６０により検出する金属管部分
   を流れる信号電流によって生じる電位差をロックインア
   ンプ７０に入力し、波形整形器１６においてゲ−ト信号
   に整形した参照信号と交流増幅器１４において増幅した
   電位差信号を掛算器１８において乗算して二信号の周波
   数の和と差の成分の信号に変換した後、ロ−パスフィル
   タ２０において参照信号と非同期信号の雑音電圧を除去
   し、同期した信号を出力して表示器８０に表示する構成
   としたことを特徴とする埋設金属管類の防食被覆損傷検
   知装置。