JP2012058190A

JP2012058190A - 埋設ケーブルまでの距離を推定する推定方法、及び試掘方法

Info

Publication number: JP2012058190A
Application number: JP2010204389A
Authority: JP
Inventors: Kuniyasu Masuda; 邦康増田; Hitoshi Ozawa; 仁小澤
Original assignee: Chubu Electric Power Co Inc
Current assignee: Chubu Electric Power Co Inc
Priority date: 2010-09-13
Filing date: 2010-09-13
Publication date: 2012-03-22
Anticipated expiration: 2030-09-13
Also published as: JP5711486B2

Abstract

【課題】埋設ケーブルまでの距離を簡単かつ正確に推定する。
【解決手段】埋設ケーブルまでの距離を推定する推定方法であって、埋設ケーブル上方の第一地点と、前記第一地点から距離Δ離れた第二地点の２地点で磁束密度Ｂをそれぞれ測定し、測定した２地点の磁束密度Ｂの比を計算することによって前記第一地点における磁束密度Ｂの変化率Ｗを算出し、算出した磁束密度Ｂの変化率Ｗに基づいて前記第一地点から埋設ケーブルまでの距離Ｌを推定する。
【選択図】図１０

Description

本発明は、埋設ケーブルまでの距離を推定する技術に関する。

変電所などの電力設備では構内に埋設ケーブルが埋設されているから、基礎の作り変えなど土木工事を行う際に、誤って損傷させないように、工事前に試掘して埋設ケーブルの位置を確認しておく必要がある。通常、試掘は作業者が手掘りで行っており、効率が悪かった。効率を上げるには、試掘の始めは重機で掘削し、埋設ケーブルに近づいてきたら、その地点で手掘りに切り替えればよい。一方、埋設ケーブルの埋められている深さは、図面に記載されているものの、図面に記載された深さに埋められている保証はなく、仮に、図面に記載された深さを信じて重機で掘削を行うと、埋設ケーブルが浅い場所に埋められている場合には、重機が接触して、埋設ケーブルを傷付けてしまう。そのため、埋設ケーブルまでの距離を正確に推定することが求められていた。

一方、下記特許文献１には、設置高さが異なる２個の磁気センサーを使用して、埋設ケーブルの発生する磁界を同時に計測し、得られた計測値をデータベースに参照することで、埋設ケーブルの埋設深さを求めるようにしている。

特許第４２８９５７８号公報

特許文献１の方法を用いれば、埋設ケーブルの深さを正確に特定することが可能である。しかし、データベースを構築することが必須となり、コスト高である。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、埋設ケーブルの埋設深さを、簡単かつ正確に推定できるようにする。

本発明は、埋設ケーブルまでの距離Ｌを推定する推定方法であって、埋設ケーブル上方の第一地点と、前記第一地点から距離Δ離れた第二地点の２地点で磁束密度Ｂをそれぞれ測定し、測定した２地点の磁束密度Ｂの比を計算することによって、前記第一地点における磁束密度Ｂの変化率Ｗを算出し、算出した磁束密度Ｂの変化率Ｗに基づいて、前記第一地点から埋設ケーブルまでの距離Ｌを推定する。

出願人の知見によると、磁束密度の変化率Ｗは、埋設ケーブルまでの距離Ｌによって変化し、電流値の大きさでは変化しない。従って、埋設ケーブルまで距離Ｌを、正確に推定することが可能となる。

本発明は、埋設ケーブルの位置を特定するために行う試掘方法であって、地面を掘削機械で掘削しながら、請求項１の推定方法を用いて、埋設ケーブルまでの距離Ｌを推定し、埋設ケーブルまでの距離Ｌが切替距離に達することを条件に、地面の掘削を掘削機械から手堀りに切り替える。尚、ここで言う地面とは、地表面及び掘削面の双方を含む概念である。

このようにすれば、試掘を効率よく行うことが可能である。また、掘削機械の接触によって、埋設ケーブルを傷付けることがない。

本発明によれば、埋設ケーブルまでの距離を、簡単かつ正確に推定できる。

一実施形態において埋設ケーブルの配置を示す図ケーブル周りの磁界密度の測定方法を説明する図距離Ｌと磁束密度Ｂの関係を示す図磁束密度の変化率の測定方法を示す図距離Ｌと磁束密度の変化率Ｗとの関係を示す図無限に長い線状電流と磁束密度との関係を示す図埋設ケーブルまでの距離Ｌの推定方法を説明する図距離Ｌと磁束密度の変化率Ｗとの関係を示す図磁界密度の分布を示す図試掘作業を示す図

本発明の一実施形態を図１ないし図１０によって説明する。
＜埋設ケーブルまでの距離Ｌを推定する推定方法＞
変電所構内には、図１に示すように、配電用（６．６ｋＶ級）の埋設ケーブル１ａ〜１ｃが埋設されている。埋設ケーブル１ａ〜１ｃは３相３線式であり、単芯ケーブルとなっている。埋設ケーブル１ａ〜１ｃは通常、放熱を考慮し、距離を５００ｍｍ程度離して横並び状に埋設されている。尚、変電所の構内に埋設された埋設ケーブル１ａ〜１ｃは、法律により埋設深さが定められており車両等の重量物の圧力を受ける場合であれば、埋設深さは１２００ｍｍ以上に決められている。

出願人は、地面から埋設ケーブル１ａ〜１ｃまでの距離Ｌを推定する推定方法を確立するにあたり、まず、ケーブル周囲の磁束密度Ｂに着目した。そして、埋設ケーブル周囲の磁束密度Ｂを測定する代わりに、図２に示すように、地表面ＧＬに置かれた電力ケーブル１０ａ〜１０ｃ周囲の磁束密度Ｂを磁界測定器２０にて測定した。尚、電力ケーブル１０ａ〜１０ｃは、埋設ケーブル１ａ〜１ｃと同じく、距離を５００ｍｍ程度離して横並び状に配置されている。

測定に使用した磁界測定器２０はＸ軸検出コイル、Ｙ軸検出コイル、Ｚ軸検出コイルを備えたものである。係る磁界測定器２０は、各検出コイルにて検出した各軸方向の磁束密度Ｂｘ、Ｂｙ、Ｂｚを表示すると共に、各軸方向の磁束密度Ｂｘ、Ｂｙ、Ｂｚを合成した合成値を表示する。以下、磁束密度Ｂとは、Ｂｘ、Ｂｙ、Ｂｚの合成値を指すものとする。

出願人は上記の磁界測定器２０にて、電力ケーブル１０ａ〜１０ｃのうち中央に位置する電力ケーブル１０ａから上方に１００ｍｍづつ離れた地点において磁束密度Ｂを計測し、そのような計測を電力ケーブル１０ａ〜１０ｃに流れる電流値が異なる状況下でそれぞれ行った。

図３は、測定結果をまとめたグラフであり、横軸がケーブル１０ａ〜１０ｃからの距離Ｌ、縦軸が磁束密度Ｂとなっている。磁束密度Ｂは、距離Ｌが８００ｍｍ以上では、概ね収束する傾向となり、電流値に関係なくほぼ同じ数値となった。一方、ケーブル１０ａ〜１０ｃからの距離Ｌが６００ｍｍ以下では、電流値が大きくなるに連れ、磁束密度Ｂは大きくなった。従って、距離Ｌが６００ｍｍ以下の領域では、磁束密度Ｂだけでは、電力ケーブル１０までの距離を推定出来ないことが分かった。

次に、出願人は、ケーブル１０ａ〜１０ｃ上方の各地点における磁束密度Ｂの変化率Ｗを、以下の（１）式に従って算出した。
Ｘ＝Ｂ１／Ｂ２・・・・・（１）
Ｂ１・・・・距離Ｌｍｍにおける磁束密度（図４参照）
Ｂ２・・・・距離Ｌ＋Δｍｍにおける磁束密度（図４参照）
尚、ここではΔを１００ｍｍとした。

図５は、距離Ｌと磁束密度Ｂの変化率Ｗの関係をグラフ化したものであり、横軸が距離Ｌ、縦軸が磁束密度Ｂの変化率Ｗとなっている。磁束密度Ｂの変化率Ｗは、電力ケーブル１０ａ〜１０ｃからの距離Ｌが短くなるに連れ増加する傾向となった。そして、磁束密度の変化率Ｗは、電流値に関係なく、距離Ｌが同じであれば概ね同じ数値となった。

距離Ｌが同じであれば、磁束密度の変化率Ｗが電流値に関係なく概ね同じ数値となる理由は、次のように考えられる。

一般に、無限に長い線状電流Ｉから距離Ｌの地点における磁束密度Ｂ１は、電流値をＩとすると以下の（２）式となる。また、距離Ｌ＋Δの地点における強る磁束密度Ｂ２は、電流値をＩとすると以下の（３）式となる（図６を参照）。
Ｂ１＝μＩ／（２π×Ｌ）・・・・・・（２）
Ｂ２＝μＩ／{２π×（Ｌ＋Δ）}・・・（３）
μ・・・透磁率
Δ・・・定数

そのため、（１）式を用いて、線状電流Ｉから距離Ｌの地点における磁束密度Ｂの変化率Ｗを求めると、下記（４）式に示すように距離Ｌのみを変数に持つ数式となる。
Ｗ＝（Ｌ＋Δ）／Ｌ・・・・・・・・・（４）

そして、電流が３相であったとしても、各相それぞれを発生源とする磁界の磁束密度Ｂの変化率Ｗが、電流値に関係なく、距離Ｌにのみ依存することに変わりはない。従って、図４に示すように、ケーブル１０ａ〜１０ｃからの距離が同じであれば、磁束密度の変化率Ｗは定数になるものと、考えられる。

以上のことから、次の方法で、３相３線の埋設ケーブルまでの距離Ｌを推定することが可能となる。
（ａ）埋設ケーブル上方の第一地点と前記第一地点からΔｍｍ離れた第二地点の２地点で磁束密度Ｂをそれぞれ測定する。
（ｂ）測定した２地点の磁束密度Ｂの比を計算することによって前記第一地点における磁界の変化率Ｗを算出する。
（ｃ）算出した磁束密度変化率Ｗに基づいて前記第一地点から埋設ケーブルまでの距離を推定する。

例えば、図７に示すように地面（第一地点）と、地面からΔｍｍ上方に離れた地点（第二地点）で、磁束密度Ｂ１、Ｂ２をそれぞれ測定する。そして、測定した２地点の磁束密度Ｂ１、Ｂ２の比を計算する。これにて、地面（第一地点）における磁束密度Ｂの変化率Ｗが求まる。

あとは、図５のグラフ（距離Ｌと磁束密度Ｂの変化率Ｗの相関特性）から、埋設ケーブル１ａ〜１ｃまでの距離Ｌを推定できる。すなわち、求めた変化率Ｗが、例えば「１．２」であれば、埋設ケーブル１ａ〜１ｃまでの距離Ｌは「約７５０」ｍｍと推定出来る。また、求めた変化率Ｗが、「１．３」であれば、距離Ｌは「約５００」ｍｍと推定出来る。

また、磁束密度Ｂの計測場所は、図７に示すＡ範囲内にあれば、距離Ｌの推定に影響を与えない。というのも、磁束密度Ｂの計測場所を、図４に示す電力ケーブル１０ｂの真上と電力ケーブル１０ｃの真上に変えて、磁束密度Ｂの変化率Ｗを調査したところ、距離Ｌと変化率Ｗの相関特性曲線は、計測場所が違っても、図８に示すように概ね一致する結果が得られたからである。

尚、図５のグラフ（距離Ｌと変化率Ｗの相関特性）は、電力ケーブル１０ａ、１０ｂ、１０ｃの配置が５００ｍｍずつ間隔を空けて水平に配置された時のものである。電力ケーブル１０ａ、１０ｂ、１０ｃの配置が異なれば、３相電流を発生源とする各磁界の相対関係（影響の及ぼし方）が変わる。

従って、電力ケーブル１０ａ〜１０ｃの配置が異なる場合には、事前試験を行って、その配置に対応する図５のグラフ（距離Ｌと変化率Ｗの相関特性）を得ておき、それに基づいて埋設ケーブル１ａ〜１ｃまでの距離Ｌを推定することが好ましい。

以上説明したように、本推定方法では、埋設ケーブル１ａ〜１ｃまでの距離Ｌを、電流値の影響を受けずに推定できる。そのため、埋設ケーブル１ａ〜１ｃまでの距離Ｌを正確に推定できる。

また、本推定方法では、２地点の磁束密度Ｂを測定し、その比から磁束密度Ｂの変化率Ｗを求めるだけで、埋設ケーブル１ａ〜１ｃまでの距離Ｌを推定できる。よって、高価な測定器を用いた測定や、高価な演算装置を用いた複雑な計算をする必要がなく、埋設ケーブル１ａ〜１ｃまでの距離Ｌを、簡単かつ安価に推定できる。

＜埋設ケーブルの位置を特定するために行う試掘方法＞
次に、変電所構内に埋設された埋設ケーブル１ａ〜１ｃを例にとって、本発明の試掘方法について説明を行う。
本試掘方法は、油圧ショベル等の掘削機械により地面を掘削し、埋設ケーブル１ａ〜１ｃまでの距離Ｌが切替距離（一例として５００ｍｍ）に達したら、スコップ等を使用した手堀りに切り替える方法をとっている。

このように、掘削機械と手堀りの２段階作業にしているのは、掘削面Ｆから埋設ケーブル１ａ〜１ｃがある程度離れている間は、掘削機械を使用して効率的に掘削作業を進め、埋設ケーブル１ａ〜１ｃが近くなったら、埋設ケーブル１ａ〜１ｃを傷付けないように手掘りで少しずつ掘削作業を進めるためである。

そして、本掘削方法では、以下説明するように、埋設ケーブル１ａ〜１ｃまでの距離が切替距離に達したかどうかを、磁界密度Ｂの変化率Ｗを利用して判定する。

さて、試掘を開始するにあたり、埋設ケーブル１ａ〜１ｃが、図１のＸ方向（埋設ケーブルを横断する方向）のどこに埋設されているのか特定する必要がある。これには地表面ＧＬの磁界密度ＢをＸ方向に沿って複数点計測し、Ｘ方向における磁界密度Ｂの分布Ｑを求めてやればよい。

磁界密度Ｂの分布Ｑは、図９に示すように山形の曲線になり、ピーク位置Ｐは中央の埋設ケーブル１ａの真上に概ね位置する。そのため、分布ＱのピークＰの位置からＸ方向における埋設ケーブル１ａ〜１ｃの位置を特定できる。

次に、Ｘ方向における埋設ケーブル１ａ〜１ｃの位置が特定出来たら、地表面ＧＬから埋設ケーブル１ａ〜１ｃまで距離Ｌを計測（推定）する。これは、埋設ケーブル１ａ〜１ｂが、何らかの理由で地表面ＧＬの近くに埋まっていると、試掘を行った際に、掘削機械が埋設ケーブル１ａ〜１ｃを傷付ける恐れがあるからである。

地表面ＧＬから埋設ケーブル１ａ〜１ｃまで距離Ｌを計測（推定）するには、図１０の（ａ）に示すように、埋設ケーブル１ａ〜１ｃの真上の位置にて、地表面ＧＬにおける磁束密度Ｂの変化率Ｗを算出する。具体的には、地表面ＧＬと地表面ＧＬからΔｍｍ離れた地点で、磁束密度Ｂ１、Ｂ２をそれぞれ測定し、磁束密度Ｂ１、Ｂ２の比を計算する。これにて、地表面ＧＬにおける磁束密度Ｂの変化率Ｗが求まる。尚、Δ＝１００ｍｍとしている。以下に行う計測も同様。

あとは、求めた変化率Ｗと図５のグラフ（距離Ｌと変化率Ｗの相関特性）から、地表面ＧＬから埋設ケーブル１ａ〜１ｃまでの距離Ｌが推定できる。通常であれば、埋設ケーブル１ａ〜１ｂは１２００ｍｍ〜１４００ｍｍに埋まっており、磁束密度の変化率Ｗは「１．１」となる。ここでは、埋設ケーブル１ａ〜１ｂが１２００ｍｍ〜１４００ｍｍに埋まっているものとして説明を続ける。

埋設ケーブル１ａ〜１ｃまでの距離Ｌが確認できたら、試掘を開始し、埋設ケーブル１ａ〜１ｃの真上の地表面ＧＬを掘削機械にて掘削する。そして、掘削機械による試掘の途中で、掘削面Ｆから埋設ケーブル１ａ〜１ｃまで距離Ｌを計測（推定）する。すなわち、図１０の（ｂ）に示すように、掘削面Ｆと、掘削面ＦからΔｍｍ離れた地点で磁束密度Ｂ１、Ｂ２をそれぞれ測定し、磁束密度Ｂ１、Ｂ２の比を計算する。

これにて、掘削面Ｆにおける磁束密度Ｂの変化率Ｗが求まる。あとは、求めた変化率Ｗと図５のグラフ（距離Ｌと変化率Ｗの相関特性）から、掘削面Ｆから埋設ケーブル１ａ〜１ｃまでの距離Ｌが推定できる。

そして、掘削面Ｆから埋設ケーブル１ａ〜１ｃまでの距離Ｌが、切替距離（一例として５００ｍｍ）より長ければ、更に、掘削機械による掘削を進める。そして、一定距離（一例として２００ｍｍ）堀り込む度に、掘削面Ｆと掘削面ＦからΔｍｍ離れた地点で磁束密度Ｂ１、Ｂ２をそれぞれ測定し、磁束密度Ｂ１、Ｂ２の比を計算して掘削面Ｆにおける磁束密度の変化率Ｗを求める。

このように、一定距離堀り進む度に、磁束密度Ｂの変化率Ｗを求めて、距離Ｌを推定しているのは、精度を上げるためである。すなわち、図５に示すように、磁束密度Ｂの変化率Ｗは、埋設ケーブル１ａ〜１ｃに遠い領域Ｌｆでは横ばいになるのに対して、埋設ケーブル１ａ〜１ｃに近い領域Ｌｎでは立ち上がる。そのため、埋設ケーブル１ａ〜１ｃに近い領域で磁束密度Ｂの変化率Ｗを調べれば、距離Ｌの推定精度が高くなる。

そして、掘削機械により地面を掘り進めてゆくと、埋設ケーブル１ａ〜１ｃまでの距離Ｌが次第に短くなってゆく。そのため、磁束密度の変化率Ｗは「１．１」から次第に大きくなってゆき、やがて「１．３」になる。

図５のグラフ（距離Ｌと変化率Ｗの相関特性）から明らかなように、変化率Ｗが「１．３」であれば、掘削面Ｆから埋設ケーブルＬまでの距離Ｌは「５００」であると推定できる。よって、切替距離（一例として５００ｍｍ）に達したと判断できる。

かくして、切替距離に達したと判断できたら、あとは、作業者の手掘りにより掘削が行われ、試掘が続けられる。やがて、埋設ケーブル１ａ〜１ｂは露出する。これにて、変電所の構内に埋設された埋設ケーブル１ａ〜１ｃの位置を特定することが出来る。

以上説明したように、本試掘方法では、掘削機械と手堀りの２段階作業にしているので作業効率がよい。また、磁束密度Ｂの変化率Ｗに基づいて距離Ｌを推定しているので、切替距離に達したかどうかを正確に判断できる。よって、埋設ケーブル１ａ〜１ｃに対する掘削機械の接触を確実に回避することが可能となる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）上記実施形態では、変電所構内に埋設された埋設ケーブルを例示したが、単心の埋設ケーブルであれば適用可能であり、例えば、発電所構内等、電力の発受送変電設備設置箇所において埋設された埋設ケーブルに適用することが可能である。尚、埋設ケーブルには３線をよりあわせたトリプレックス型のケーブルがあるが、係るケーブルは磁束が打ち消されるので、適用できない。

（２）上記実施形態では、距離Ｌと変化率Ｗの相関特性（図５のグラフ）を、埋設ケーブル１ａ〜１ｃを模擬した電力ケーブル１０ａ〜１０ｃを用いて、その周囲の磁界密度Ｂを実測することにより得たが、これを計算により算出することも無論可能である。

（３）上記実施形態では、Δ＝１００ｍｍとした例を挙げたが、例えば２００ｍｍなど決められた数値であればよく、１００ｍｍに限定されない。尚、Δを変更した場合には、距離Ｌと変化率Ｗの相関特性について、変更したΔに対応したものを使用して判定を行う必要がある。

１ａ、１ｂ、１ｃ…埋設ケーブル
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ…電力ケーブル
２０…磁界測定器
Ｂ…磁束密度
Ｆ…掘削面(地面の一例）
ＧＬ…地表面（地面の一例）
Ｗ…磁束密度の変化率

Claims

埋設ケーブルまでの距離Ｌを推定する推定方法であって、
埋設ケーブル上方の第一地点と、前記第一地点から距離Δ離れた第二地点の２地点で磁束密度Ｂをそれぞれ測定し、
測定した２地点の磁束密度Ｂの比を計算することによって、前記第一地点における磁束密度Ｂの変化率Ｗを算出し、
算出した磁束密度Ｂの変化率Ｗに基づいて、前記第一地点から埋設ケーブルまでの距離Ｌを推定することを特徴とする推定方法。
埋設ケーブルの位置を特定するために行う試掘方法であって、
地面を掘削機械で掘削しながら、請求項１の推定方法を用いて、埋設ケーブルまでの距離Ｌを推定し、
埋設ケーブルまでの距離Ｌが切替距離に達することを条件に、地面の掘削を掘削機械から手堀りに切り替えることを特徴とする試掘方法。