JPH028437B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は直列型表皮電流発熱管に通された絶縁
電線の故障区画位置発見回路に関する。

前記直列型表皮電流発熱管とは、本質的に、強
磁性管とその中に通された絶縁電線とを含み、そ
れらの各一端は交流電源の２つの端子に接続さ
れ、各他端は相互に接続されてなるものである。

この発熱管の原理等を第１図について簡単に説
明する。この図において、１は強磁性管例えば鋼
管を材料とする発熱管、２はこの発熱管に通され
た絶縁電線で、接続電線３と共に交流電源４に対
し直列に接続されている。このような場合発熱管
１の肉厚ｔと、交流電流の表皮の深さ（電流が管
内表皮付近に一様に流れると仮定しときの流れの
幅）ｓとの間に一定の関係（ｔ≧2s）があると、
発熱管に流れる電流ｉは発熱管外表面に流出しな
いので、例えばパイプラインとこの発熱管が金属
的に接触しても漏電せず、安全な発熱体としてパ
イプラインを加熱保温できる。

近時はこの表皮電流発熱管は数キロメートル、
さらには数10キロメートルの長いパイプラインの
加熱保温に利用されるようになつたが、現在まで
のところ万一発熱管に通される絶縁電線の絶縁破
壊等による異状５が発生しても、その異状発生位
置を公知の検知方法又は装置をもつて電源位置に
おいて知ることは不可能に近く、前記絶縁電線を
電線のジヨイントボツクスの位置において幾つか
に区分し、メガーテスト等によつてその区分を発
見する他なかつた。

このような場合通常の電力ケーブル等の絶縁位
置を発見する公知の装置の利用が考えられるが、
表皮電流発熱管においては電力ケーブル等と異
り、第１図を見れば明らかな如く、絶縁電線２の
絶縁破壊は電線２を通す強磁性管である発熱管と
の間に発生する。

そうすると例えば公知の電源４側から発熱管１
内に電圧パルスを送り、その反射波によつて絶縁
破壊位置５を知るような方法では、発熱管１が強
磁性体であるためパルスの減衰が大きく、電源４
より数キロメートルの絶縁破壊位置を知ることは
困難である。従つて前記メガーテストの場合と同
様図示されてはいないがジヨイントボツクス（表
皮電流発熱管を構成するときに管内絶縁電線を接
続するボツクス）の間隔をパルスの有効範囲内に
あるように小さくして絶縁破壊位置を知る他な
い。

他の公知方法、例えばマレーループ法もパイプ
ラインが陸上にある場合は面倒ながら実用可能で
あるが、パイプラインが海底のように水底にある
場合は殆んど実用不可能である。

それは第１図に示される発熱管１の外表面はパ
イプライン加熱の場合、すべての位置で接地され
ていると考えられるので、ブリツジの構成ができ
ないからである。

本発明の目的は、このような困難を排除し、所
定の位置、例えば電源の位置において、前記直列
型表皮電流発熱管の管内絶縁電線の故障位置を知
りうる手段を提供することである。

すなわち本発明は１系列の直列型表皮電流発熱
管において、これをその長さ方向に２以上の区画
に区分するが電気的には接続し、 (a) それぞれの区画の両端における、前記表皮電
流発熱管の強磁性管に通された絶縁電線に流れ
る両電流の差を測定する手段及びこの差が一定
値以上になつたとき、これを所定の位置に報知
する報知線、並びに、 (b) それぞれの区画の両端における、前記表皮電
流発熱管に通された絶縁電線と該強磁性管との
間の両電圧の差を測定する手段及びこの差が一
定値以上に上昇したとき、これを所定の位置に
報知する報知線 のうちの少なくとも１つを設けてなる前記直列型
表皮電流発熱管である。

前記１系列の直列型表皮電流発熱管とは１つの
電源の２つの端子から給電される１組の強磁性管
及びその管の内に通された絶縁電線からなる直列
型表皮電流発熱管をいう。

本発明における直列型表皮電流発熱管は、先に
第１図について説明した原理を有するものをいう
が、この原理を有する限り、各種の変型を有する
ものを包含する。例えば、強磁性管の断面が円形
の他三角形を有するもの、強磁性管の材質がある
区間で他の部分と異なつているもの、強磁性管が
ある区間で長さ方向にスリツトを有するもの、管
内に通される絶縁電線の電源から遠い一端の付近
にインピーダンス（特にコンデンサー）の挿入さ
れたもの、ある区間で強磁性管内に短絡用の導体
のおかれたもの等を包含する。

前記(a)の要件は、もう少しかみくだいて説明す
ると、前記表皮電流発熱管の１つの区画に着目し
たとき、この区画の両端において管内絶縁電線に
流れる電流値が各々存在する。この両電流値の差
は管内絶縁電線に故障がないときは、一定であ
が、故障が生ずると大きくなる。これを前記報知
線で電源位置などの所定位置に知らせようとする
ものである。

前記(b)の要件は前記表皮電流発熱管の１つの区
画に着目したとき、この区画の両端において前記
強磁性管とその中に通された絶縁電線との間に電
圧が各々存在する。この両電圧の差は管内絶縁電
線に故障がないときは一定であるが、部分的又は
全体的断線が生ずると大きくなる。これを前記報
知線で電源位置などの所定位置に知らせようとす
るものである。

次に本発明を第２図によつて説明しよう。第２
図において１，１′，１″は第１図の強磁性管１が
３つの区画に区分された強磁性発熱鋼管で電気的
には接続２７，２７′で接続されている。これら
の接続２７，２７′は、導電性材料からなるパイ
プラインの加熱の場合は、接地３１と同様に、パ
イプラインがその役割を果たす。この区分は例示
で、各区画の長さその他物理特性は必ずしも等し
くする必要はないが、ここではほぼ等しいと考え
ておく。

２はこれら発熱管に通された絶縁電線又はケー
ブルで、接続電線，３，３′と共に電源４に直列
回路を作るように接続されている。５は電線２絶
縁破壊位置を例示しており、６は電線２の断線位
置を例示した。この絶縁破壊は、断線は同時に発
生するわけではないことは勿論であるが、説明の
都合上第２図はその両方５，６が示してある。

２３，２４，２５，２６は電線２に流れる電流
を各区画の端部又は区分位置Ａ，BC，Ｄにおい
て測定するための変流器であるが、電流値が小さ
いときは回路電圧が低いときは省略できる。

７，８，９，１０，１１，１２は前記変流器に
接続された電流値測定比較装置で、比較は相隣る
７，８；９，１０；１１，１２間で行われ、通常
の状態では回路電流がｉ（通常の状態では管の長
さ方向に実質的に一定とみなすことができる。）
であるとすると何れの変流器にもｉが流れている
ので、例えば８，１０，１２の何れからも接続電
線２０，２０′，２０″さらに報知線２を通して故
障区画発見器３２に報知がなされることはないよ
うに構成されている。

しかし第２図で５の位置で絶縁破壊があつたと
すると変流器２４，２５の電流値は相違するの
で、電線１８′によつて接続された比較装置９，
１０間の相違となり、比較装置１０より２０′，
２１を通して発見器３２に到達する。この際故障
電流isは絶縁破壊の程度、電源よりの距離によつ
ても相違するが接続２７′より発熱管１″の内表皮
さらに接地３１，接続電線３′を通つて電源４に
帰る回路となる。従つて変流器２５，２６の電流
値はIsと同じ値であるから比較装置１１，１２は
動作しないし、変流器２３，２４の電流値もその
値はisではないがともにゼロかゼロでなくても相
等しいので比較装置７，８も動作しない。

よつて、もしこの場合報知線２１が２本の電線
よりなり、比較装置１０において、２本の電線間
が閉路となるようにできておれば、この２本の電
線の抵抗を発見器３２において測定して装置１０
と発見器３２の間の距離を知り、絶縁破壊５が、
発熱管１′において発生していることが確認でき
る。

通常区画の端部又は区分位置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ間
の距離は絶縁電線２の接続間隔によつて決定され
るので、その値は300〜2000ｍ位が通常であるか
ら、仮にパイプラインの全長が30Kmで各１Km毎に
ケーブルが接続されるとすると、報知線２１の抵
抗値を約30分の１，即ち約３％以上の正確さで測
定できれば絶縁破壊５の位置が確定できる。これ
は公知の方法で十分可能である。

また区画の区分位値、例えばＢおける変流器２
４，比較装置８，９，後述する電圧測定比較装置
１３，１４、接続２０，２２，接続電線２８等は
ひとまとめにして、必要であれば水密箱の中に収
められる。

以上は絶縁電線２の絶縁破壊の場合についての
べたが、６に示すような絶縁電線２の断線に対し
ては変流器２４，２５，２６に流れる電流が相等
しくゼロとなり故障区画の発見は不可能である。

しかし、この場合には以下にのべる方法によれ
ば故障区画の発見ができる。すなわち第２図にお
いて電圧測定比較装置１３，１４は接続電線２８
で、同１５，１６は接続電線２９で、同１７は接
続電線３０で絶縁電線２に接続され接地３１との
間の電圧を測定するようにされている。この場合
強磁性管１，１′，１″も接地されているから結局
前記絶縁電線と強磁性管との間を測定することに
なる。

そうすると例えば発熱管１の長さ（Ａ，Ｂ間の
長さ）が1000ｍとすると、通常この発熱管１の両
端にかかる電圧は300〜700Vであるから、電圧測
定比較装置１３は300〜700Vの値を示すが、ここ
では仮に500Vとしておく。

しかしもし断線６が発生したとすると電線２に
流れる電流はゼロになるので、電線２は電源と断
点６との間の全長にわたつて電源４の電圧例えば
1500Vとなる。従つて電線１９，１９′によつて
接続された電圧測定比較装置１３，１４，１５，
１６，１７のうち１３は例えば平常状態の電圧
500Vより高くなりその異状は接続電線２２，報
知線２１を通して発見器３２に到る。もし断線６
が５の位置に発生したとすると、比較装置１４の
電圧はゼロ、比較装置１５の電圧は1500Vとなつ
てやはり接続電線２２′，報知線２１を通つて発
見器３２に到るが、比較装置１６，１７の電圧は
等しく1500Vであるから比較装置１７は動作しな
い。従つて断線区画位置の発見が可能になるが、
その方法の１例は前記た絶縁破壊の方法と同じで
良い。

従つて両方法で用いる報知線は別々に設けずに
共通の１つの線を用いることができる。

第２図において、１８，１８′，１８″および１
９，１９′は前者が相隣る電流測定比較装置間を
接続する電線、後者は相隣る電圧測定比較装置間
を接続する電線であり、必要本数を１本の線で代
表した。

以上にのべたように本発明装置によれば、相隣
る表皮発熱管区画の電流値を比較することによつ
て発熱管に通された絶縁電線の絶縁不良さらには
絶縁破壊の発生した区画の発見が、さらに電圧値
を比較することによつて断線区画の発見が容易に
できることとなり、近時実施内至は計画されてい
る加熱保温を必要とする長距離パイプライン、特
に海底ラインの安全性、信頼性を高くし、さらに
万一異状発生の場合にも異状点の発見を容易に
し、早期の修理に役立つ。

以上は表皮電流発熱管が単相で電源４に対し３
本直列した場合についてのべたが、３相の場合
は、以上にのべた単相の方法が３組各相に行なわ
れることとなるだけである。この場合発見装置３
２などは共用できるかも知れない。

なお本発明装置では故障区画位置しか発見でき
ないが、通常本発明のような絶縁電線が金属管
（発熱管）に収められているような場合は、通常
の金属管工事に見られるように電線の接続は接続
箱内でのみ認可されているので故障の生じた正確
な位置を知ることは必要でなく、故障区画さえ発
見できればよく、その区画の電線は健全な部分も
含めて全長に亘り交換される。

前記強磁性管１と管内絶縁電線２の接続点付近
にインピーダンス（好ましくはコンデンサー）３
３を挿入してもよい。これによつて、各区画特に
電源から最も遠い区画又はそれに近い区画におけ
る絶縁電線に流れる両電流の差が大きく出て、絶
縁不良をより鋭敏に検知することができる（これ
については一般の直列型表皮電流発熱管について
特願昭58−170286号ですでに提案した。）更にイ
ンピーダンス３３がコンデンサーである場合に
は、直列型表皮電流発熱管回路の力率を良くし、
さらには電源４の電圧を低くして電源変圧器の容
量を小さくし絶縁電線の定格を低くできる効果を
期待することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置が適用される表皮電流発熱
管の原理図、第２図は本発明を、相互に電気的に
は接続されているが３つに分割された表皮電流発
熱管の場合について説明するための原理的回路図
である。 これらの図において、１，１′，１″は発熱管と
なる強磁性（鋼）管、２はこれらに通される絶縁
電線又はケーブル、３，３′は電線４に対して発
熱管が負荷回路となるための接続電線、５は絶縁
不良又は破壊の例示的位置、６は断線の例示的位
置、７，８；９，１０；１１，１２は変流器２
３，２４，２５，２６に流れる電流を相隣るこれ
ら変流器の間で測定比較できる装置、１３；１
４；１５；１６，１７は絶縁電線２のそれぞれの
位置における発熱管（又は大地）との電圧を測定
比較できる装置、１８，１８′は相隣る電流測定
比較装置のための、電線１９は同じく電圧測定比
較装置のための電線である。２０；２０′，２
０″は故障区画報知線２１と電流測定比較装置を
接続する電線であり、２２，２２′，２２″は報知
線２１と電圧測定比較装置を接続する電線であ
る。２７，２７′は３区画に区分された表皮電流
発熱管の電気的接続である。２８，２９，３０は
Ｂ，Ｃ，Ｄの区分位置における絶縁電線２の発熱
管１，１′，１″（又は大地）との間の電圧測定比
較のための結線である。３２は故障区画発見装置
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ １系列の直列型表皮電流発熱管において、こ
   れをその長さ方向に２以上の区画に区分するが電
   気的には接続し、 (a) それぞれの区画の両端における、前記表皮電
   流発熱管に通された絶縁電線に流れる両電流の
   差を測定する手段及びこの差が一定値以上にな
   つたとき、これを所定の位置に報知する報知
   線、並びに、 (b) それぞれの区画の両端における、前記表皮電
   流発熱管の強磁性管に通された絶縁電線と該強
   磁性管との間の両電圧の差を測定する手段及び
   この差が一定値以上に上昇したとき、これを所
   定の位置に報知する報知線 の内の少なくとも１つを設けたことを特徴とする
   故障区画発見回路を有する表皮電流発熱管。 ２ (a)のみを設けたことを特徴とする第１項記載
   の表皮電流発熱管。 ３ (b)のみを設けたことを特徴とする第１項記載
   の表皮電流発熱管。 ４ (a)及び(b)の両方を設けたことを特徴とする第
   １項記載の表皮電流発熱管。 ５ 前記(a)及び(b)における報知線が共通である第
   ４項記載の表皮電流発熱管。 ６ 前記報知線が２本の電線からなり、これらの
   電線の前記所定の位置と故障区画間の電気抵抗を
   測定する手段によつて、電源と故障区画間の距離
   を推定できるようにしたことを特徴とする第１〜
   ５項のいずれかに記載の表皮電流発熱管。