JP2005274508A - 外磁コイルユニットおよびそれを用いた配管腐食状態診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 塗覆装管のようにそのままの状態では電極を取り付けることができない配管について腐食状態診断方法を実施すること、すなわち、配管の塗覆装を剥がしたりする必要がなく、簡便に配管の腐食状態を診断することを可能にする外磁コイルユニットおよびそれを用いた配管腐食状態診断方法を提供すること。
【解決手段】 環状コア６に導線７を巻回して形成され、導電性の配管８を外囲可能な環状コイル１と、環状コイル１に電力を供給し、電磁誘導により配管８に対して配管電位差を印加する電源手段２と、環状コイル１の環内に挿入した配管８とは異なる導電体３と、導電体３に並列接続した抵抗部４と、抵抗部４にかかる抵抗電圧を測定する電圧測定手段５とを備えた外磁コイルユニット。
【選択図】 図１

Description

本発明は、建物に取り付けられた配管の地下埋設部分における腐食状態を診断するために使用する外磁コイルユニットおよびそれを用いた配管腐食状態診断方法に関する。

現在、地中には水やガスなどのユーティリティを消費者が生活する建物内へ供給するための様々な種類の配管が埋設されている。このような配管は、道路の下などに埋設された本支管（外管）を介して各建物の敷地内へ内管として引き込まれ、建物内部へ至る。そのような配管において腐食が発生した場合、その腐食部分から水漏れやガス漏れといった問題が発生するため、そのような問題を避けるために様々な防食方法が行われており、また配管の腐食の有無を検査する方法も提案されている。但し、配管が道路の下などの地中に埋設されている場合、建物の地下の地中に埋設されている場合、建物内部のコンクリート中及び建物の地下に埋設されている場合等には、配管を掘り出すこと無しに配管の腐食の有無を検査することが要求される。

ここで、埋設されている配管には、ポリエチレン管のように腐食が発生しない配管や、金属管の表面にプラスチックライニングを施した配管など様々な配管があるため、すべての種類の配管に対して同じ腐食検査方法を適用することはできない。

そこで従来では、例えば、プラスチックライニング管のような塗覆装が施された配管については、誘導コイルを用いて塗覆装管の周囲を取り囲む磁界を形成することによって配管に電位差を付与し、塗覆装管から発生する環状の磁界を検出コイルにより測定する方法が行われていた。

この方法では、誘導コイルおよび検出コイルが共に配管の立ち上がり部分に取り付けられる。電磁誘導により誘導コイルに磁界を発生させると、この立ち上がり部より下流側において配管が建物の鉄筋等と接触し、上流側の配管埋設部に被覆損傷がある場合、配管、鉄筋、および土壌との間に電流が流れてループが形成され、配管埋設部においてマクロセル腐食が発生する。このとき、検出コイルは、配管に流れる電流によって生じた磁界を検出し、配管がマクロセル腐食状態にあると判断する。

上記の従来の腐食検査方法では、誘導コイルによって形成した環状の磁界により配管に生じた電位差を測定するために、配管に電極を取り付ける必要があった。ところが、配管に塗覆装が施されている場合、その塗覆装を剥がすことができないと電極を取り付けることができない。また、たとえ塗覆装を剥がすことができたとしても、塗覆装を剥がしてそこに電極を取り付ける作業は非常に手間がかかるため効率的ではない。さらに、塗覆装を剥がして検査をした後は、配管に再度塗覆装を施さなければならず、このためのコストがかかる。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、塗覆装管のようにそのままの状態では電極を取り付けることができない配管について腐食状態診断方法を実施すること、すなわち、配管の塗覆装を剥がしたりする必要がなく、簡便に配管の腐食状態を診断することを可能にする外磁コイルユニットおよびそれを用いた配管腐食状態診断方法を提供する点にある。

本発明に係る外磁コイルユニットの特徴構成は、環状コアに導線を巻回して形成され、導電性の配管を外囲可能な環状コイルと、前記環状コイルに電力を供給し、電磁誘導により前記配管に対して配管電位差を印加する電源手段と、前記環状コイルの環内に挿入した前記配管とは異なる導電体と、前記導電体に並列接続した抵抗部と、前記抵抗部にかかる抵抗電圧を測定する電圧測定手段とを備えた点にある。

本構成の外磁コイルユニットであれば、電圧測定手段によって、環状コイルの環内に挿入した前記配管とは異なる導電体に並列接続した抵抗部にかかる抵抗電圧を測定することにより、配管にかかる電位差を測定することができる。すなわち、環状コイルの環内に挿入した配管とは異なる導電体を模擬配管としており、配管に電極等を直接取り付けていないので、本構成の外磁コイルユニットを用いれば、配管に塗覆装が施されていてもその塗覆装を剥がすことなく簡便に配管にかかる電圧を測定し、その結果から配管の地下埋設部分の腐食状態を診断することが可能となる。

また、本発明に係る配管腐食状態診断方法の特徴構成は、建物内から地下に渡って配設される導電性の配管に配管電位差を付与して前記配管の地下埋設部分における配管側接地抵抗値を測定し、前記配管の地下埋設部分が腐食状態にあるか否かを判定する配管腐食状態診断方法であって、前記配管に設けた配管電流測定手段で測定した配管電流値と、上記の外磁コイルユニットの電圧測定手段で測定した前記抵抗電圧とから、前記配管側接地抵抗値を測定する点にある。

本構成の配管腐食状態診断方法であれば、配管の地下埋設部分における配管側接地抵抗値を測定するにあたり、配管とは異なる導電体を環状コイルの環内に挿入した外磁コイルユニットを使用しているので、配管に電極等を直接取り付けたり、配管の塗覆装を剥がしたりすることなく、配管の地下埋設部分が腐食状態にあるか否かの判定を簡便に行うことができる。

本発明の配管腐食状態診断方法では、前記環状コイルの電磁誘導によって前記抵抗部に発生する抵抗電圧をＶ_２、前記導線の巻回数をｎ、前記環状コイルの環内断面積をＳ、前記環状コイルの環内磁束密度をＢ、ｋを定数、前記抵抗部の抵抗値をＲとしたとき、Ｒ≧ｋ・Ｖ_２／（ｎＳＢ）となる条件を満たすように、前記抵抗値Ｒを決定することも可能である。

本構成の配管腐食状態診断方法であれば、環状コイルの環内に挿入した配管とは異なる導電体に並列接続した抵抗部の抵抗値Ｒが、Ｒ≧ｋ・Ｖ_２／（ｎＳＢ）となる条件を満たすことにより、配管の腐食状態をより正確且つ簡便に診断することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明は以下の実施の形態および図面に記載される構成に限定されるものではない。

図１は、配管の腐食状態を診断する方法に用いる本発明の外磁コイルユニット１００の構成を示す概略図である。外磁コイルユニット１００は、環状コイル１、電源手段２、導電体３、抵抗部４、電圧測定手段５を備えている。以下、外磁コイルユニット１００の各構成要素について詳しく説明する。

環状コイル１は、例えば、鉄などの金属材料からなる環状コア６に導線７を巻回して形成されている。環状コア６に対する導線７の巻回数は、設計に応じて任意に変更することが可能である。また、環状コイル１は、検査対象である導電性の配管８を外囲可能に形成されている。なお、「導電性」とは、配管８自身が導電性であることを意味する。従って、塩化ビニル配管等は導電性の配管ではないが、金属製の配管に絶縁性の塗覆装が施されている場合は導電性の配管を意味する。

環状コイル１の具体例としては、図２（ａ）に示すように、環状コイル１の一部を切欠いて、この切欠き部分から配管８を出し入れ可能にした構成や、図２（ｂ）に示すように、環状コイル１を開閉可能にして、配管８を受け入れる構成が挙げられる。また、図１および図２では、方形の環状コア６が示されているが、このような形状に限定されるものではなく、円形の環状コアを有する環状コイルを使用することも勿論可能である。

電源手段２は、環状コイル１に電力を供給している。そして、環状コイル１に電磁誘導を引き起こし、これにより配管８に対して配管電位差を印加することができる。電源手段２は、例えば、周波数が１ｋＨｚの交流電源を用いることができる。

導電体３は、配管８とは異なるものであって、環状コイル１の環内に挿入されて配管８の代用となる模擬配管として機能することができる。導電体３は、図１のような棒状の導電体であってもよいし、電気回路の一部を成すように環状にした導電体であってもよい。

抵抗部４は、導電体３に並列接続されている。この抵抗部４は、環状コイル１の電磁誘導による誘導対象となるものであり、模擬配管としての導電体３の両端の電位差がこの抵抗部４にかかる電圧として測定される。

電圧測定手段５は、抵抗部４にかかる抵抗電圧を測定することができるように、抵抗部４に対して並列に接続されている。電圧測定手段５は、公知の電圧計を使用することができる。

本発明の外磁コイル１００は以上のような構成であるが、環状コイル１を通る磁束が飽和状態であれば、環状コイル１に付加された一次電圧に関係なく導電体３にかかる二次電圧が決定される。ここで磁束の飽和状態が達成される条件（すなわち、抵抗部４の最適な抵抗値）について検討する。

まず、環状コイル１および電源手段２から構成される回路を一次側回路とし、導電体３、抵抗部４、および電圧測定手段５から構成される回路を二次側回路とする。導電体３に電流Ｉ_２を流すために電源手段２によって一次側回路にかけられる電圧をＶ_１ｓｉｎ（ωｔ）（最大電圧はＶ_１となる）、環状コイル１における導線７の巻回数をｎ、環状コイル１の環内における磁束密度をＢ、環状コイル１の環内における断面積をＳ、電源手段２の周波数をωとした場合、一次側回路の電圧と二次側回路の電圧とがｎ：１の電圧トランスとして作用するためには、下記の飽和の式（１）を満たす必要がある。
２^１／２Ｖ_１≦ｎＳＢω （１）
また、電流Ｉ_２の変化割合に対する電圧Ｖ_１の相互インダクタンスをＭとすると、
Ｖ_１＝−Ｍ・ｄＩ_２／ｄｔ （２）
が成立する。ここで、（１）および（２）から、
−２^１／２Ｍ・ｄＩ_２／ｄｔ≦ｎＳＢω （３）
が得られる。二次側回路の抵抗値（すなわち、抵抗部４の抵抗値）をＲ_２とし、二次側回路における加電圧（すなわち、抵抗部４にかかる抵抗電圧）をＶ_２ｓｉｎ（ωｔ）（最大電圧はＶ_２となる）とすると、
−２^１／２Ｍ・Ｖ_２ωｃｏｓ（ωｔ）／Ｒ_２≦ｎＳＢω （４）
となる。従って、（４）より、
−２^１／２Ｍ・Ｖ_２／（ｎＳＢ）≦Ｒ_２ （５）
が得られる。ここで、−２^１／２Ｍ＝ｋ（比例定数）とすると、二次側回路の抵抗値（抵抗部４の抵抗値）をＲ_２は、最終的に、
ｋ・Ｖ_２／（ｎＳＢ）≦Ｒ_２ （６）
の関係式を満たす必要がある。
式（６）の条件を満たせば、一次側回路の誘起電圧Ｖ_１に関係なく、配管８の地下埋設部分に腐食が発生しているか否かの判定が可能となる。

このようにして本発明を用いると、二次側回路の抵抗値（抵抗部４の抵抗値）Ｒ_２が、Ｒ_２≧ｋ・Ｖ_２／（ｎＳＢ）となる条件を満たすことにより、配管の腐食状態をより正確且つ簡便に診断することが可能となる。

（実施例１）
次に、実施例１として、上記関係式（６）を本発明に適用し、二次側回路の抵抗値Ｒ_２と一次側回路および二次側回路の電圧値Ｖ_１，Ｖ_２との関係を測定し、図３のグラフに示した。本実施例では、一次側回路における誘起電圧Ｖ_１を３０００ｍＶの一定電圧とし、抵抗部４の抵抗値を０．１Ωから１０ｋΩまで変化させて、二次側回路における加電圧（抵抗部４にかかる抵抗電圧）Ｖ_２を測定した。

その結果、上記条件においては、抵抗部４の抵抗値が１０Ω以上であれば、二次側回路における加電圧（抵抗部４にかかる抵抗電圧）Ｖ_２は１００ｍＶで略一定であった。このように、抵抗部４の抵抗値を１０Ω以上とすることが、二次側回路における加電圧（抵抗部４にかかる抵抗電圧）Ｖ_２を測定するための１つの条件となる。言い換えると、抵抗部４の抵抗値が１０Ω以上であれば、一次側回路の誘起電圧Ｖ_１に関係なく、配管８の地下埋設部分に腐食が発生しているか否かの判定が可能となる。

（実施例２）
次に、実施例２として、図４のように一つの一次側回路Ａに対して二つの二次側回路Ｂ，Ｂ’を設け、各二次側回路Ｂ，Ｂ’の抵抗の抵抗値を１０Ω〜１０ｋΩで変化させ、それぞれの回路にかかる電圧を測定した。なお、この実施例２では、例えば、二次側回路Ｂを配管と想定し、二次側回路Ｂ’を模擬配管である導電体と想定している。測定結果を以下の表１に示す。

二つの二次側回路Ｂ，Ｂ’において、１０Ω〜１０ｋΩの抵抗の組み合わせを変えて電圧の測定を行ったところ、各二次側回路Ｂ，Ｂ’に加わる電圧はいずれの組み合わせにおいてもそれぞれ１０１ｍＶ、１００ｍＶであり、略同じ電圧値であることが確認された。このように、本発明によれば、模擬配管となる二次側回路の電圧測定結果を実際の測定対象の配管にかかる電圧とみなすことができる。従って、仮に測定対象の配管に塗覆装が施されていて電極等を直接取り付けることができない状況であっても、本発明の外磁コイルユニットを用いれば、塗覆装を剥がすことなく簡便に配管にかかる電圧を測定し、その結果から配管の地下埋設部分の腐食状態を診断することが可能となる。

次に、本発明の外磁コイルユニット１００を使用した配管腐食診断方法について説明する。図５は、外磁コイルユニット１００を建物の配管８に設置した状態を示す模式図である。本発明の配管腐食診断方法は、建物内から地下に渡って配設される導電性の配管８に配管電位差を付与して配管８の地下埋設部分８ｂにおける配管側接地抵抗値を測定し、この測定結果から配管８の地下埋設部分８ｂが腐食状態にあるか否かを判定するものである。この腐食状態の判定を行うための配管側接地抵抗値は、配管８に設けた配管電流測定手段１０で測定した配管電流値と、外磁コイルユニット１００の電圧測定手段５で測定した抵抗電圧とから求めることができる。そして、この配管側接地抵抗値に基づいて、例えばコンピュータ等の判定手段１１が配管８の地下埋設部分８ｂの腐食状態を診断することができる。判定手段１１が行う配管の腐食状態の診断ロジックの一例を次に示す。

（ステップ１）
まず、判定手段１１が、測定された配管側接地抵抗値と自身が格納している配管側接地抵抗閾値とを比較し、配管側接地抵抗値が配管側接地抵抗閾値よりも大きい場合、配管８の地下埋設部分８ｂは絶縁されていると判定し、よって配管８の地下埋設部分８ｂにおける腐食（マクロセル腐食）はないと診断する。

一方、配管側接地抵抗値が配管側接地抵抗閾値よりも小さい場合、配管８の地下埋設部分８ｂは絶縁されていないと判定し、さらに詳細な次のステップ２の診断を行う。

（ステップ２）
次に、配管側接地抵抗値と判定手段１１が格納している第２配管側接地抵抗閾値とを比較し、配管側接地抵抗値が第２配管側接地抵抗閾値よりも大きい場合、配管８の地下埋設部分８ｂの腐食速度は大きいと診断する。

一方、配管側接地抵抗値が第２配管側接地抵抗閾値よりも小さい場合、配管８の地下埋設部分８ｂの腐食速度は小さいと診断する。

以上のように、本発明の配管腐食診断方法では、配管８に設けた配管電流測定手段１０で測定した配管電流値と、外磁コイルユニット１００の電圧測定手段５で測定した抵抗電圧とから求めた配管側接地抵抗値を、判定手段１１に格納されている配管側接地抵抗閾値および第２配管側接地抵抗閾値と比較することによって、配管８の地下埋設部分８ｂが腐食状態にあるか否かの判定を簡便に行うことができる。また、本発明では配管８の代わりとなる模擬配管として導電体３を使用しているので、配管８の塗覆装を剥がして電極を直接取り付けたりする必要もなくなり、コスト面においても有利である。

配管の腐食状態を診断する方法に用いる本発明の外磁コイルユニットの構成を示す概略図 環状コイルの具体例を示す図 二次側回路の抵抗値と一次側回路および二次側回路の電圧値との関係を示すグラフ 一つの一次側回路に対して二つの二次側回路を設けた外磁コイルユニットを示す概略図 外磁コイルユニットを建物の配管に設置した状態を示す模式図

符号の説明

１ 環状コイル
２ 電源手段
３ 導電体
４ 抵抗部
５ 電圧測定手段

Claims (3)

1. 環状コアに導線を巻回して形成され、導電性の配管を外囲可能な環状コイルと、
   前記環状コイルに電力を供給し、電磁誘導により前記配管に対して配管電位差を印加する電源手段と、
   前記環状コイルの環内に挿入した前記配管とは異なる導電体と、
   前記導電体に並列接続した抵抗部と、
   前記抵抗部にかかる抵抗電圧を測定する電圧測定手段と
   を備えた外磁コイルユニット。
2. 建物内から地下に渡って配設される導電性の配管に配管電位差を付与して前記配管の地下埋設部分における配管側接地抵抗値を測定し、前記配管の地下埋設部分が腐食状態にあるか否かを判定する配管腐食状態診断方法であって、
   前記配管に設けた配管電流測定手段で測定した配管電流値と、請求項１に記載の外磁コイルユニットの電圧測定手段で測定した前記抵抗電圧とから、前記配管側接地抵抗値を測定する配管腐食状態診断方法。
3. 前記環状コイルの電磁誘導によって前記抵抗部に発生する抵抗電圧をＶ_２、前記導線の巻回数をｎ、前記環状コイルの環内断面積をＳ、前記環状コイルの環内磁束密度をＢ、ｋを定数、前記抵抗部の抵抗値をＲとしたとき、
   Ｒ≧ｋ・Ｖ_２／（ｎＳＢ）
   となる条件を満たすように、前記抵抗値Ｒを決定する請求項２に記載の配管腐食状態診断方法。

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