JP4847196B2 - 局所的カソード防食方法 - Google Patents

Description

本発明は、直流迷走電流に対する電気抵抗が周囲に比べて低く且つ所定の条件下で直流迷走電流の値が大きくなる局所的な防食領域を対象にしたカソード防食方法に関する。

外部電源方式又は流電陽極方式を用い、防食対象物をカソードとする防食手法をカソード防食といい、パイプライン等の埋設金属構造物の腐食防止に対して最も有効な防食手法であることが知られている。

ところで、直流電気鉄道レールの下に埋設されているパイプライン等の埋設金属構造物には、直流電気鉄道車両の通過に伴って発生するレール漏えい電流及びレール流入電流（以下、レール漏えい電流とレール流入電流を併せて直流電鉄迷走電流という、直流電鉄迷走電流は直流迷走電流の一つの形態である）に起因する腐食リスクが生じる。特に、都市部においては、輸送力増強に対応する観点から、直流電気鉄道レールの過密化、変電所の新設或いは定格アップ、車両本数の増加、車両の高速化が進んでおり、また、電気エネルギーの利用効率向上のために回生制動車両の普及が拡大していることから、直流電鉄迷走電流による腐食リスクに対しては、十分な監視体制及びそれに基づく対策が必要な状況になっている。

このような直流電鉄迷走電流腐食に対するカソード防食方法としては、直流電気鉄道車両の通過に伴って発生する高速現象による腐食に対応するため、防食対象の状況変化に迅速に出力電流で対応できる外部電源方式が適している。

一般に、外部電源方式によって比較的大規模な対象物を防食する際には、一つの防食対象を絶縁された複数の区画に分けて、各区画にアノード，直流電源装置等からなる外部電源カソード防食システムを配備し、一つの区画における対象物の対地電位が防食電位以下、又はプローブがプローブ電流密度を指標としたカソード防食基準に合格になるように直流電源装置を定電位制御することが行われる。

図１は、定電位制御型外部電源カソード防食システムの構成を示した説明図である。照合電極Ｊ１で検出される防食対象物（パイプライン）Ｊの構造物対電解質電位（管対地電位）が防食電位以下になるように、直流電源装置Ｊ２を作動させてアノードＪ３から防食対象物に向けて防食電流Ｉ_CPを出力させるものである（下記特許文献１参照）。

そして、防食対象物が高抵抗率有機質塗覆装を施した埋設パイプラインの場合には、絶縁継手で区画した例えば２０〜３０ｋｍ程度の区間を一つの防食対象区間に設定して、そこに一つの外部電源カソード防食システムを配備することが行われており、一つの防食対象区間内に所定間隔（例えば１ｋｍ間隔）で設置されたプローブに流入するプローブ流入直流電流密度がカソード防食基準に合格するように、直流電源装置の出力が管理されている。

しかしながら、前述した直流電鉄迷走電流腐食の対策を考える場合に、トンネル内、踏切部或いは車両基地の地下部では、接地抵抗の低い構造からその周囲に比べて局所的に直流電鉄迷走電流に対する電気抵抗が低い状態になっており、トンネル内、踏切部或いは車両基地の地下に埋設されているパイプラインには、直流電鉄迷走電流に対する電気抵抗が更に低くなる雨天時や直流電気鉄道車両の通過時といった特定の条件下で局所的に高い直流電鉄迷走電流の腐食リスクが生じることになる。

このような局所的な現象に対して、広い防食対象区間に設けた一つの外部電源カソード防食システムで対処しようとすると、局所的な領域以外の領域で過防食になる虞があり、また、その局所的な領域とそれ以外の領域では管対地電位或いはプローブ直流電流密度の時間変動が異なることから、単一の制御で対応することができない問題が生じる。そこで、このような局所的な現象に対しては、防食対象区間全体のメインシステムに加えて、局所的な領域専用の小規模なシステムを別途設ける局所的カソード防食システムが有効であることが知られている。

近年、特に、直流電気鉄道の踏切部は、ブロック化された鉄筋コンクリートで構成される接地抵抗の低い鉄筋コンクリート構造物となっている場合が多く、そのため、元々レール漏れ抵抗の低い踏切構造物に加えて一段とレール漏れ抵抗が低くなり、踏切部の地下では強い電場が形成される傾向がある。また、踏切部の真下に埋設されるパイプラインは、重量自動車通過時の輪荷重を緩和するために、鋼製又はヒュームケーシングの中に敷設されており、ケーシング中のパイプラインの塗覆装に欠陥部がある場合、その箇所へカソード防食電流が流入し難い状態になる場合がある。更に、パイプラインの表面に施される塗覆装は、近年、電気抵抗率がより高く且つパイプライン材料への接着性が高くなっているので、塗覆装欠陥部が存在すると、そこから集中して腐食電流が電解質へ流出することになり、大きな速度で腐食現象が進行することになる。

したがって、踏切部と交差している箇所が多い都市部のパイプラインでは、前述した局所的な領域への対応が特に重要になっている。

特開平１−１５８６６４号公報

防食対象区間全体に対して踏切部等の局所的な領域を対象とした局所的カソード防食を行う場合には、大半は防食対象区間全体を防食するメインのカソード防食システムによって適正な防食が行われているので、腐食リスクが高くなる雨天時や直流電気鉄道車両の通過時等の所定条件時にのみ効果を発揮すればよい。したがって、局所的カソード防食システムでは、腐食リスクの高いときのみ効果的に防食電流を出力させる定電位制御型外部電源カソード防食システムを採用することが望ましい。

また、定電位制御型外部電源カソード防食システムにおけるアノードの寿命を長く保つこと、アノード近傍に埋設された他埋設金属構造物への直流干渉を起こさないようにすること、或いは稼働コストを考慮すると、定電位制御型外部電源カソード防食システムの直流電源装置の定格出力（通電電圧）は必要且つ十分な大きさにすることが望ましい。

しかしながら、踏切部等の局所的な領域に定電位制御型外部電源カソード防食システムを設置する場合に、回生制動車両の通過等によって時間と共に向きが反転する直流電鉄迷走電流が流れ、しかも直流電気鉄道車両通過時に大きな直流電鉄迷走電流によって強い電場が形成される領域に対して、必要且つ十分な防食効果が得られる直流電源装置の定格出力（通電電圧）を設定することは極めて困難である。

また、直流電鉄迷走電流の変動に伴って周辺電解質に大きな電場が発生すると共に、防食領域全体を対象とする主要なカソード防食システムの防食電流による大きなＩＲドロップ（主として防食電流と土壌抵抗との積）が存在するので、定電位制御を行おうとしても適正な定電位の設定を行うことができない問題がある。

更には、従来技術の飽和硫酸銅電極のような照合電極を用いた定電位制御型外部電源カソード防食システムは、照合電極の長期電位安定性が保証されておらず、前述した強い電場が形成される局所的な領域に照合電極を設置した場合に、照合電極電位がマイナス方向にシフトするとアノードからの出力電流が増加して過防食を誘起し、照合電極電位がプラス方向にシフトするとアノードからの出力電流が不足して防食電流不足による腐食誘起の事態が生じる虞がある。

本発明は、このような事情に対処することを課題とするものであり、直流迷走電流に対する電気抵抗が周囲に比べて低く且つ所定の条件下で直流迷走電流の値が大きくなる局所的な領域の防食対象に対して、定電位制御型外部電源カソード防食システムによる効果的なカソード防食を行うことができる方法及びシステムを提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明は以下の特徴を有する。

一つには、表面に塗覆装が施され且つカソード防食が適用されている埋設金属構造物に対して、直流迷走電流に対する電気抵抗が周囲に比べて低く且つ所定の条件下で直流迷走電流の値が大きくなる局所的な防食領域を対象にしたカソード防食方法であって、前記局所的な防食領域内に前記埋設金属構造物の塗覆装欠陥部を模擬したプローブを設置して前記埋設金属構造物に接続し、前記プローブによって計測されるプローブ直流電流密度の計測値から前記局所的な防食領域において直流迷走電流腐食リスクが高くなる条件を選択する条件選択工程と、前記局所的な防食領域における直流迷走電流の影響が低い設置地点を選択して定電位制御用検出電極を設置する電極設置工程と、前記局所的な防食領域近傍にアノードを設置するアノード設置工程と、前記設置地点で前記埋設金属構造物に排流点を設け、当該排流点に直流電源装置を介して前記アノード及び前記定電位制御用検出電極を接続する接続工程と、前記接続工程後、選択された前記条件下で、前記直流電源装置の出力を段階的に変更しながら前記プローブ直流電流密度を計測し、計測されたプローブ流入直流電流密度の最小値が最小所要プローブ流入直流電流密度以上になるように、前記直流電源装置の定格出力を設定する定格出力設定工程と、を有することを特徴とする。

また、一つには、前述した特徴に加えて、前記局所的な防食領域は、トンネル内、踏切部下或いは車両基地近傍の領域であり、前記条件選択工程では、前記プローブ直流電流密度の所定時間間隔毎に計測された計測値と該計測値と同時に計測された前記局所的な防食領域でのレール対地電位の計測値との正相関を確認し、統計的に有意な該正相関が確認できた場合には、雨天時で且つ前記局所的な防食領域を直流電気鉄道車両が通過或いは直流電気鉄道車両が収容されている時を前記条件として選択することを特徴とする。

また、一つには、前述した特徴に加えて、前記接続工程後に、前記直流電源装置をオンオフし、オンタイミングに同期して前記プローブ流入直流電流密度が増加することを確認することを特徴とする。

また、一つには、前述した特徴に加えて、前記電極設置工程では、地表面電位勾配がゼロ或いはゼロに近い地点を前記設置地点として選択することを特徴とする。

また、一つには、前述した特徴に加えて、前記アノード設置工程では、前記局所的な防食領域近傍の土壌抵抗率を計測し、該土壌抵抗率の最も低い地点を前記アノードの設置地点とすることを特徴とする。

このような特徴によると、直流迷走電流に対する電気抵抗が周囲に比べて低く且つ所定の条件下で直流迷走電流の値が大きくなる局所的な防食領域にある埋設金属構造物に対して定電位制御型外部電源カソード防食システムを適用するに際して、直流迷走電流によって強い電場が形成される局所的な防食領域内に照合電極を配置することなく、局所的な防食領域における直流迷走電流の影響が低い設置地点を選択して定電位制御用検出電極を設置しているので、長期電位安定性が保証された定電位制御を行うことができる。

そして、局所的な防食領域内には、埋設金属構造物に接続されて埋設金属構造物の塗覆装欠陥部を模擬するプローブが設置されており、定電位制御を行う際の直流電源装置の定格出力は、局所的な防食領域で最も直流迷走電流腐食リスクが高くなる条件を選択して、その条件下で計測されたプローブ流入直流電流密度の最小値が最小所要プローブ流入直流電流密度以上になるように設定されているので、埋設金属構造物の構造物対電解質電位がプラス側にシフトする緊急時にのみ直流電源装置が作動して、しかも局所的な防食領域の直流迷走電流腐食リスクを確実に抑止することが可能になる。

このような特徴を有する本発明によると、直流迷走電流に対する電気抵抗が周囲に比べて低く且つ所定の条件下で直流迷走電流の値が大きくなる局所的な領域の防食対象に対して、定電位制御型外部電源カソード防食システムによる効果的なカソード防食を行うことができる方法及びシステムを提供できる。

以下、本発明の実施形態に係る局所的カソード防食方法及びシステムを具体的に説明する。以下の説明では、埋設金属構造物を埋設パイプライン、局所的な防食領域を踏切部として説明するが、本発明は特にこれに限定されるものでない。

図２は、局所的カソード防食方法の概要を説明する説明図である。埋設パイプライン１は、表面に高抵抗率有機質塗覆装が施され且つカソード防食が適用されている埋設金属構造物であり、例えば、２０〜３０ｋｍ毎に絶縁継手１Ａ，１Ｂで防食領域が区画され、その一つの防食領域に一つの主外部電源カソード防食システム２が設置されて防食領域全域に防食電流Ｉ_CPを供給している。

これに対して、埋設パイプライン１を横切るように直流電気鉄道レール３が敷設されている場合には、埋設パイプライン１は主要幹線道路下に形成されることが多いので、踏切部３Ａ下に埋設パイプライン１が敷設されることになる。踏切部３Ａ下は、前述したようにブロック化された鉄筋コンクリートで構成される構造物が存在することが多く、レール漏れ抵抗が一段と低い状況になっており、特に雨天時に踏切部３Ａ上を直流電気鉄道車両が通過する際には大きな直流電鉄迷走電流が生じることになるので、その周辺に局所的な防食領域Ａを設定して局所的カソード防食システムを設置する必要性が生じる。

図３は、局所的カソード防食システムを説明する説明図である（同図（ａ）がシステム構成を示す説明図であり、同図（ｂ）が局所的な領域周辺の地表面電位を示す説明図である）。局所的カソード防食システムでは、前述した局所的な防食領域Ａを横切るように敷設され、表面が塗覆装１ｃで覆われ、前述したように主外部電源カソード防食システムによってカソード防食が適用されている埋設パイプライン１に対して、局所的な防食領域Ａ内に埋設パイプライン１の塗覆装欠陥部を模擬したプローブ１０を設置して埋設パイプライン１に接続し、局所的な防食領域Ａにおける直流電鉄迷走電流の影響が低い設置地点Ｂを選択して定電位制御用検出電極１１を設置し、局所的な防食領域Ａ近傍にアノード１２を設置し、前述した設置地点Ｂで埋設パイプライン１に排流点１３を設け、排流点１３に直流電源装置２０を介してアノード１２及び定電位制御用検出電極１１を接続している。

局所的な防食領域Ａとしての踏切部３Ａ下の地下部には、一般に、鉄筋コンクリート構造物４が設置されており、また、踏切部３Ａ下の埋設パイプライン１の周囲には、保護用のヒュームケーシング５が設けられ、埋設パイプライン１とヒュームケーシング５内の間隙にはモルタル６が充填されている。そして、鉄筋コンクリート構造物４の存在で直流電鉄迷走電流Ｉ_SCに対する電気抵抗が一段と低くなっている地下部には、特に雨天時に、回生制動機能を有する直流電気鉄道車両Ｔが踏切部３Ａを横断する直流電気鉄道レール３Ｒ上を通過する際に、直流電気鉄道レール３Ｒから地下部に漏れ出るレール漏えい電流と地下部からレールに流入するレール流入電流とからなる直流電鉄迷走電流Ｉ_SCが局所的に大きくなる傾向がある。

プローブ１０は、局所的な防食領域Ａにおけるカソード防食の状況を把握するために、例えば、ヒュームケーシング５内に充填されているモルタル６内に設置され、埋設パイプラインとの接続点１４との間の電流計１５によって、プローブ直流電流密度Ｉ_DCの計測がなされる。また、プローブ直流電流密度Ｉ_DCの変化が直流電気鉄道車両Ｔの通過に影響するものであることを確認するために、レール対地電位Ｒ／Ｓを計測するための照合電極１６と電圧計１７が直流電気鉄道レール３Ｒに接続されている。

アノード１２は、局所的な防食領域Ａにおいて、土壌抵抗率を計測し、土壌抵抗率の最も低い地点に設置される。これは、アノード１２の設置地点の土壌抵抗率が低いほど、アノード１２からの同じ出力電流（防食電流Ｉ_CP）に対して直流電源装置２０による通電電位を低くすることができ、電気エネルギーの効率的な利用が可能になるからである。

定電位制御用検出電極１１は、長期電位安定性を確保できるＭｇ電極等を採用することが好ましく、この定電位制御用検出電極１１と排流点１３との設置地点は、局所的な防食領域Ａを中心にした地表面電位勾配がゼロ或いはゼロに近い地点を選択する。

すなわち、踏切部３Ａのように直流電鉄迷走電流Ｉ_SCが集中する場合、踏切部３Ａの中心を電流源とみなし、直流電鉄迷走電流が二次元的広がりをもつものとして、地表面における電位は下記式（１）によって表すことができる。

そこで、踏切部３Ａから離れるに従って地表面における電位Ｖは、図３（ｂ）に示すようにゼロに近づく。よって、大地を流れる電流が直流電鉄迷走電流Ｉ_SCの場合には、踏切部３Ａから離れるに従って、地表面電位勾配がゼロに近づくことになる。地表面電位勾配Ｖ_r1r2は直流電鉄迷走電流Ｉ_SCと踏切部の中心からの距離によって下記式（２）によって表すことができる。

すなわち、地表面電位勾配Ｖ_r1r2は、踏切部の中心から距離ｒ₁と距離ｒ₂離れた地表面に設置された一対の照合電極３１，３２間の電圧計３０によって計測することができ、この地表面電位勾配Ｖ_r1r2がゼロ或いはゼロに近い地点を、直流電鉄迷走電流Ｉ_SCの影響が低い地点とみなすことできる。

直流電源装置２０のマイナス極となる排流点１３は、例えば、１ｍ間隔（ｒ₂−ｒ₁＝１（ｍ））の照合電極３１，３２で計測された地表面電位勾配Ｖ_r1r2が５ｍＶ未満となる地点に設定することができる。電圧計３０に接続された１ｍ間隔の照合電極３１，３２を踏切部３Ａ付近から徐々に埋設パイプライン１に沿って離していき、地表面電位勾配Ｖ_r1r2が５ｍＶ未満になったところを設置地点Ｂとし、そこに排流点１３を設ける。

そして、排流点１３の直近に定電位制御用検出電極１１をＭｇ電極等によって設置する。これによって、定電位制御用検出電極１１は強い電場の中になる踏切部３Ａから離れて直流電鉄迷走電流Ｉ_SCの影響を受けないので、安定した定電位制御を行うことができる。

直流電源装置２０は、図示の例では、通電電圧Ｅを印加する電源２１，出力電流Ｉを計測する電流計２２，制御電位Ｖrefを計測する電圧計２３，通電電圧Ｅを可変設定する可変抵抗器２４を備えている。

直流電源装置２０の通電電圧Ｅは、後述する局所的カソード防食方法の設定プロセスによって定格出力が定められ、踏切部近傍の他埋設金属構造物の直流干渉を誘起しないために、踏切部近傍のアノード１２からの出力電流を、踏切部下のプローブ流入直流電流密度の最小値が極力最小所要プローブ流入直流電流密度になるように、直流電源装置２０が定電位制御される。

このようなシステム構成に基づく局所的カソード防食方法は、図４に示す各工程によって行われる。

先ず、必要性の確認及び条件選択工程Ｓ１では、局所的な防食領域Ａに設置されたプローブ１０によって計測されるプローブ直流電流密度Ｉ_DCを評価して、局所的カソード防食が必要であるか否かが判断され、必要な場合には、プローブ直流電流密度Ｉ_DCの計測結果から局所的カソード防食が必要になる条件、すなわち、局所的な防食領域Ａにおいて直流電鉄迷走電流腐食リスクが高くなる条件が選択される。

すなわち、レール漏れ抵抗が低くなる雨天時を含めて計測されたプローブ直流電流密度Ｉ_DCの最小値が最小所要プローブ流入直流電流密度以上であれば、主外部電源カソード防食システムによるカソード防食で踏切部３Ａ下の局所的な防食領域Ａが有効に防食されていることになるので、このような場合には、局所的なカソード防食は不要と判断できる。また、プローブ流入直流電流密度の最小値が最小所要プローブ流入直流電流密度未満の場合があるとしても、主外部電源カソード防食システムの直流電源装置の出力電流を増加させることで解消できて、しかも主外部電源カソード防食システムの排流点付近が過防食にならない場合には、増加した出力電流で稼働される直流電源装置によるカソード防食で踏切部３Ａ下の局所的な防食領域Ａが問題なく防食されることになるので、この場合にも、局所的なカソード防食は不要と判断できる。

このような評価を行うために、本工程Ｓ１でのプローブ直流電流密度Ｉ_DCの計測は、前述した電圧計１７で計測されるレール対地電位Ｒ／Ｓと同時に、２チャンネルのＡ／Ｄコンバータを有する評価計測器でなされ、所定時間間隔毎に、例えば、０．１ｍｓｅｃのサンプリング間隔で２０ｍｓｅｃを単位計測期間としてプローブ電流密度Ｉが連続計測される。サンプリング間隔０．１ｍｓｅｃの連続計測によって、約時速１５０ｋｍで走行する直流電気鉄道車両の通過に伴うプローブ電流密度Ｉ及びレール対地電位Ｒ／Ｓの変化を的確に捉えることができる。

また、単位計測期間２０ｍｓｅｃ毎の２００個のサンプリング計測値から、プローブ直流電流密度Ｉ_DCを求め、基本計測期間（例えば、１１ｓｅｃ）でのプローブ直流電流密度Ｉ_DCの最小値Ｉ_DC ^minを抽出すると共に、その時の時刻ｔ^minでのレール対地電位Ｒ／Ｓ（ｔ^min）を抽出する。

そして、所定の計測期間における計測結果から、基本計測期間（例えば１１ｓｅｃ）でのプローブ流入直流電流密度の最小値Ｉ_DC ^min、その時の時刻ｔ^min、その時刻でのレール対地電位Ｒ／Ｓ（ｔ^min）のセットを抽出して、プローブ流入直流電流密度の最小値Ｉ_DC ^minが最小所要プローブ流入直流電流密度より小さくなる場合があり、且つこれを解消するために主外部電源カソード防食システムの直流電源装置の出力を増加させた場合に、この直流電源装置の排流点付近が過防食になると判断できる場合には、局所的カソード防食が必要であると判断でき、更に、プローブ流入直流電流密度の最小値Ｉ_DC ^minとレール対地電位Ｒ／Ｓ（ｔ^min）との間に統計的に有意な正相関があると認められる場合には、局所的カソード防食の必要性が直流電気鉄道車両の通過によるものと特定することができる。

この場合には、後述する定格出力設定の基礎となる計測値を抽出する条件を、踏切部３Ａを直流電気鉄道車両が通過する時且つ直流電鉄迷走電流に対する電気抵抗が特に低くなる雨天時にすることができる。

電極設置工程Ｓ２では、前述によって選択された条件下、すなわち直流電気鉄道車両通過時且つ雨天時に、踏切部３Ａの中心から徐々に離れるように、埋設パイプライン１に沿って前述した照合電極３１，３２を移動させ、地表面電位勾配Ｖ_r1r2がゼロ或いはゼロに近く（例えば、１ｍ当たり５ｍＶ未満）なる地点を選択し、そこを設置地点Ｂとする。そして、その設置地点Ｂにおいて排流点１３を定め、その近傍に定電位制御用検出電極１１を設置する。

アノード設置工程Ｓ３では、局所的な防食領域Ａにおける土壌抵抗率を計測し、その土壌抵抗率が最も低くなる地点にアノード１２を設置する。

接続工程Ｓ４では、排流点１３に直流電源装置２０を介してアノード１２及び定電位制御用検出電極１１を排流点１３がマイナス極になるように接続する。そして、接続工程Ｓ３後に、直流電源装置２０をオンオフして、オンタイミングに同期してプローブ直流電流密度Ｉ_DCが増加することを確認し、排流点１３に接続された直流電源装置２０によって局所的な防食領域Ａにおけるプローブ直流電流密度Ｉ_DCが制御可能であることを確認する。

具体的には、アノード１２と排流点１３との間に直流電源装置２０をオンさせることによって通電電圧Ｅを印加し、このときの通電電圧Ｅのオン時間を例えば４ｓｅｃ、オフ時間を例えば１ｓｅｃとし、オン時間の時に排流点１３の対地電位がマイナス側にシフトし、オフすると復極（通電前の対地電位に戻る）することを確認し、この際のオン時にプローブ直流電流密度Ｉ_DCが増加するのを確認する。ここで、オン時間（４ｓｅｃ）とオフ時間（１ｓｅｃ）を異なる時間にするのは、オンの効果を顕著にみることができるようにするためである。

そして、定格出力設定工程Ｓ５では、前述によって選択された条件下、すなわち直流電気鉄道車両通過時且つ雨天時に、直流電源装置２０の通電電圧Ｅを段階的に高くし（Ｅ₁＜Ｅ₂＜Ｅ₃，…）、これに対応して排流点１３の対地電位がよりマイナス側にシフトすることを確認し、各通電電圧Ｅにおいて、所定の計測期間でプローブ直流電流密度Ｉ_DCを計測する。プローブ直流電流密度Ｉ_DCの計測は、前述した工程Ｓ１と同様に行うことができる。そして、計測されたプローブ直流電流密度Ｉ_DCの最小値Ｉ_DC ^minが最小所要プローブ流入直流電流密度以上になるように通電電圧Ｅを決定して、その通電電圧を直流電源装置２０の定格出力にする。

このようなステップによって定格出力を定めた直流電源装置２０を稼働させる（工程Ｓ６）と、設定された定格出力時の通電電圧Ｅを印加した際の排流点１３の定電位制御用検出電極１１に対する電位が制御する定電位（制御電位）になる。排流点１３の対地電位が制御電位よりもマイナスの場合は、アノード１２からの出力電流はゼロになり、排流点１３の対地電位が制御電位よりもプラスの場合は、制御電位となるようにアノードから防食電流が出力されることになる。

局所的な防食領域Ａにおけるプローブ直流電流密度Ｉ_DCは、アノード１２近傍の他埋設金属埋設物への直流干渉を起こさないようにするために、極力カソード防食基準の最小所要プローブ流入直流電流密度に近い値に設定する。

ここで言うカソード防食基準とは、プローブ直流電流密度を指標としたカソード防食基準であり、最小所要プローブ流入直流電流密度を０．１Ａ／ｍ²と規定し、プローブ流入直流電流密度の最大値を４０Ａ／ｍ²と規定することができる。

［計測方法］
図５は、プローブ直流電流密度Ｉ_DC及びレール対地電位Ｒ／Ｓを計測する計測器の動作を説明する説明図である。

ここでは、１基本計測期間として１１ｓｅｃを設定し、この１基本計測期間を繰り返して、直流電鉄迷走電流の腐食リスクを評価する目的の場合は、雨天時において、直流電気鉄道車両の運行頻度、非運行時或いは運行頻度の極端に低い時間帯を考慮しながら、２４時間計測を行う。

〈Ａ：初期待機期間（１ｓｅｃ）〉；
非計測時には省電力のため計測回路の電源をオフにしており、計測開始（回路電源オン）後１秒間待機期間を設けることにより、計測回路を安定化させる。

〈Ｂ：プローブ直流電流密度及びレール対地電位計測期間（９．９８ｓｅｃ）〉；
サンプリング間隔０．１ｍｓｅｃでプローブ電流密度Ｉ及びレール対地電位Ｒ／Ｓを同時に計測して、単位計測期間２０ｍｓｅｃ毎の計測サンプリングを行う。

単位計測期間の開始（時刻ｔ₀）から、サンプリング時刻ｔ_n（ｔ₁，ｔ₂，…，ｔ₁₉₉，ｔ₂₀₀）とその時刻に計測されるプローブ電流密度Ｉ（ｔ_n）（Ｉ（ｔ₁），Ｉ（ｔ₂），…，Ｉ（ｔ₁₉₉），Ｉ（ｔ₂₀₀））及びレール対地電位Ｒ／Ｓ（ｔ_n）（Ｒ／Ｓ（ｔ₁），Ｒ／Ｓ（ｔ₂），…，Ｒ／Ｓ（ｔ₁₉₉），Ｒ／Ｓ（ｔ₂₀₀））をそれぞれセットで時系列順に保存する。

〈Ｃ：（Ｉ_DC ^min，Ｒ／Ｓ（ｔ^min），ｔ^min）の抽出・保存区間（０．０２ｓｅｃ）〉；
単位計測期間毎に、Ｉ（ｔ₁），Ｉ（ｔ₂），…，Ｉ（ｔ₁₉₉），Ｉ（ｔ₂₀₀）の平均値を演算し、この演算値が単位計測期間のプローブ直流電流密度Ｉ_DCとなる。１基本計測期間１１ｓｅｃ全体でのプローブ直流電流密度の最小値Ｉ_DC ^minを検索し、その最小値Ｉ_DC ^minを得た時刻ｔ^minを抽出して、更に時刻ｔ^minにおけるＲ／Ｓ（ｔ^min）を抽出する。そして、（Ｉ_DC ^min，Ｒ／Ｓ（ｔ^min），ｔ^min）をセットで保存する。

以上の１基本計測期間における抽出・保存が実行されると、これまでの単位計測で一時保存されたデータは消去される。

踏切部を通過する直流電気鉄道車両の速度を時速１５０ｋｍ、１両の車両の長さが２０ｍで１５両編成として車両の全長を３００ｍと仮定すると、踏切部のある点を通過するのに７．２ｓｅｃ要することになる。前述の計測方法ではデータのサンプリング間隔を０．１ｍｓｅｃに設定しているので、直流電気鉄道車両が踏切部を通過する時にプローブ直流電流密度Ｉ_DC及びレール対地電位Ｒ／Ｓが７２０００点計測されることになるので、この計測方法によって直流電気鉄道車両の踏切部通過による現象を十分確実に捉えることができる。

［通電電圧（定格出力）の設定方法］
接続工程Ｓ４後に、雨天時で且つ直流電気鉄道車両の踏切部通過が含まれるように計測期間を設定し、直流電源装置２０の通電電圧Ｅ₁を印加しながら前述した［計測方法］を実行する。そして、通電電圧Ｅ₂に変更して、再び同様にして前述した［計測方法］を実行する。

図６は、計測結果の一例をグラフ化したものである。グラフ上の点は１基本計測期間での（Ｉ_DC ^min，Ｒ／Ｓ（ｔ^min），ｔ^min）を示している。ここで、プローブ直流電流密度の極性は、直流電流が電解質からプローブに流入する向き（防食方向）をプラスとしている。

同図（ａ）で示した通電電圧Ｅ₁の印加時には、Ｉ_DC ^minが最小所要プローブ流入直流電流密度０．１Ａ／ｍ₂より小さくなる計測点が確認できる。これに対して、通電電圧Ｅ₂の印加時には、全てのＩ_DC ^minが最小所要プローブ流入直流電流密度０．１Ａ／ｍ₂以上になっており、この通電電圧Ｅ₂を基準にして直流電源装置２０の定格出力を設定することができる。

この際の通電電圧Ｅ₂の設定は、踏切部近傍の他埋設金属構造物の直流干渉を誘起しないために、Ｉ_DC ^minが極力最小所要プローブ流入直流電流密度０．１Ａ／ｍ²になるように設定される。

従来技術の説明図である。 局所的カソード防食方法の概要を説明する説明図である。 本発明の実施形態に係る局所的カソード防食システムを説明する説明図である（同図（ａ）がシステム構成を示す説明図であり、同図（ｂ）が局所的な領域周辺の地表面電位を示す説明図である）。 本発明の実施形態に係るカソード防食方法を示すフロー図である。 実施例の説明図である。 実施例の説明図である。

符号の説明

１ 埋設パイプライン（埋設金属構造物）
１Ａ，１Ｂ 絶縁継手
２ 主外部電源カソード防食システム
３，３Ｒ 直流電気鉄道レール
３Ａ 踏切部
４ 鉄筋コンクリート構造物
５ ヒュームケーシング
６ モルタル
１０ プローブ
１１ 定電位制御用検出電極
１２ アノード
１３ 排流点
１４ 接続点
１５ 電流計
１６ 照合電極
１７ 電圧計
２０ 直流電源装置
２１ 電源
２２ 電流計
２３ 電圧計
２４ 可変抵抗器
３０ 電圧計
３１，３２ 照合電極
Ａ 局所的な防食領域
Ｂ 設置地点
Ｔ 直流電気鉄道車両

Claims (5)

1. 表面に塗覆装が施され且つカソード防食が適用されている埋設金属構造物に対して、直流迷走電流に対する電気抵抗が周囲に比べて低く且つ所定の条件下で直流迷走電流の値が大きくなる局所的な防食領域を対象にしたカソード防食方法であって、
   前記局所的な防食領域内に前記埋設金属構造物の塗覆装欠陥部を模擬したプローブを設置して前記埋設金属構造物に接続し、前記プローブによって計測されるプローブ直流電流密度の計測値から前記局所的な防食領域において直流迷走電流腐食リスクが高くなる条件を選択する条件選択工程と、
   前記局所的な防食領域における直流迷走電流の影響が低い設置地点を選択して定電位制御用検出電極を設置する電極設置工程と、
   前記局所的な防食領域近傍にアノードを設置するアノード設置工程と、
   前記設置地点で前記埋設金属構造物に排流点を設け、当該排流点に直流電源装置を介して前記アノード及び前記定電位制御用検出電極を接続する接続工程と、
   前記接続工程後、選択された前記条件下で、前記直流電源装置の出力を段階的に変更しながら前記プローブ直流電流密度を計測し、計測されたプローブ流入直流電流密度の最小値が最小所要プローブ流入直流電流密度以上になるように、前記直流電源装置の定格出力を設定する定格出力設定工程と、
   を有することを特徴とする局所的カソード防食方法。
2. 前記局所的な防食領域は、トンネル内、踏切部下或いは車両基地近傍の領域であり、
   前記条件選択工程では、前記プローブ直流電流密度の所定時間間隔毎に計測された計測値と該計測値と同時に計測された前記局所的な防食領域でのレール対地電位の計測値との正相関を確認し、統計的に有意な該正相関が確認できた場合には、雨天時で且つ前記局所的な防食領域を直流電気鉄道車両が通過或いは直流電気鉄道車両が収容されている時を前記条件として選択することを特徴とする請求項１に記載された局所的カソード防食方法。
3. 前記接続工程後に、前記直流電源装置をオンオフし、オンタイミングに同期して前記プローブ流入直流電流密度が増加することを確認することを特徴とする請求項１又は２に記載された局所的カソード防食方法。
4. 前記電極設置工程では、地表面電位勾配がゼロ或いはゼロに近い地点を前記設置地点として選択することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載された局所的カソード防食方法。
5. 前記アノード設置工程では、前記局所的な防食領域近傍の土壌抵抗率を計測し、該土壌抵抗率の最も低い地点を前記アノードの設置地点とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載された局所的カソード防食方法。

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