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Elektrische Vorrichtung zum Kathodenschutz von Metallgegenständen gegen Korrosion infolge vagabundierender Ströme
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Vorrichtung zum Kathodenschutz von
Metallgegenständen gegen Korrosion infolge vagabundierender Ströme. Es sind bereits derartige Vorrich- tungen bekannt, bei welchen dem Metallgegenstand ein in bezug auf seine Umgebung negatives Poten- tial aufgedrückt wird. Eine derartige bekannte Einrichtung zeigt jedoch lediglich den vorhandenen Po- tentialunterschied an bzw. löst bei Umkehr des Potentialunterschiedes ein Signal aus.
Es muss dann das dem Metallgegenstand aufgedrückt negative Potential stets von Hand aus den vorliegenden Verhältnissen angepasst bzw. nachgeregelt werden und dies stellt eine umständliche und zeitraubende Aufgabe dar, da sich erfahrungsgemäss das Potential der Umgebung des Metallgegenstandes unter Einfluss atmosphärischer und sonstiger Bedingungen relativ häufig und rasch ändert.
Im Prinzip wäre es möglich, dem zu schützenden Metallgegenstand ein derart hohes negatives Po- tential ständig aufzudrucken, dass eine Potentialumkehr und dadurch eine Schädigung des Metallgegen- standes durch Korrosion nicht in Frage kommt. Eine derartige Einrichtung würde jedoch einen ständigen Energieverlust mit sich bringen, welcher aus ökonomischen Gründen vermieden werden soll.
Die Erfindung besteht nun im wesentlichen darin, dass die das negative Potential liefernde Spannungs- quelle automatisch in bezug auf Spannung und abgegebenen Strom so geregelt wird, dass der Potential- unterschied zwischen dem Metallgegenstand und seiner Umgebung in den Grenzen der Empfindlichkeit konstant gehalten wird, wobei der Regelkreis der Vorrichtung einen magnetischen Verstärker aufweist, der vom Netz mittels Transformator gespeist und von der durch einen Verstärker verstärkten Differenz zwischen der Potentialdifferenz zwischen Metallgegenstand und Umgebung einerseits und einer vorherbestimmten stabilisierten und einstellbaren Bezugsspannung anderseits gesteuert wird. Die erfindungsgemä- sse Schaltung vermeidet bewegliche und sich dadurch abnützende Teile und ist daher keinem Verschleiss unterworfen.
Darüber hinaus wird die Potentialdifferenz zwischen dem zu schützenden Metallgegenstand und seiner Umgebung automatisch stets auf einen vorherbestimmten Wert eingeregelt, so dass ein sicherer Schutz des zu schützenden Metallgegenstandes bei relativ geringem Energiebedarf erzielt wird.
Weitere Kennzeichen und Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung, welches in der Zeichnung schematisch dargestellt ist.
Fig. 1 zeigt das grundsätzliche Schema der erfindungsgemässen Vorrichtung, Fig. 2 das gesamte elektrische Schaltbild einer automatischen Vorrichtung für Kathodenschutz von Metallgegenständen. Die Fig. 3 und 4 bzw. 5 und 6 zeigen je ein Chassis bzw. eine Schalttafel für die Verstärkerelemente bzw. für die Schaltelemente des Regelkreises in Vorder- bzw. Seitenansicht.
In Fig. 1 wird die Spannung einer variablen Gleichstromquelle G zwischen dem zu schützenden Rohr bzw. Metallgegenstand T und einer in den Boden versenkten Streuelektrode D angelegt. Dies wird insbesondere in der kathodischen Zone vorgenommen. Die zwischen dem Metallgegenstand T und einer in den Boden versenkten Messelektrode E auftretende Spannung, welche am Voltmeter 36 abgelesen werden kann, wird einem Verstärker zugeführt, welcher auf die regelbare Gleichstromquelle G derart zurückwirkt, dass die Potentialdifferenz zwischen dem Metallgegenstand T und der Streuelektrode D praktisch konstant gehalten wird.
Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, besteht die Vorrichtung zum Kathodenschutz von Metallgegenständen im wesentlichen aus einem Regelkreis und aus einem Verstärkerkreis.
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Der Potentialunterschied zwischen dem Metallgegenstand und dem Boden wird tiber eine Messelektro- de E (Fig. 1) mit hohem Widerstand bzw. durch unmittelbaren Anschluss an den Metallgegenstand an den
Klemmen 6 und 41 (Fig. 2) abgegriffen und kann an dem Voltmeter 36 abgelesen werden. Dieser Poten- tialdifferenz wird eine stabilisierte, durch das Potentiometer 24 einstellbare Bezugsspannung überlagert.
Die auf diese Weise erhaltene Differenz zwischen der Potentialdifferenz zwischen Metallgegenstand und
Umgebung einerseits und der Bezugsspannung anderseits wird an das Gitter des ersten Systems 7 einer
Doppeltriode gelegt, während an das Gitter des zweiten Systems 8 der Doppeltriode die stabilisierte Be- zugsspannung gelegt wird. Wenn nun die Potentialdifferenz zwischen dem Boden und dem Metallgegen- stand von ihrem Sollwert abweicht, so wird das Gleichgewicht an der den elektronischen Vorverstärker- kreis bildenden Brücke gestört und es tritt am Ausgang dieses Kreises ein Signal auf, das der Abweichung der Potentialdifferenz zwischen Metallgegenstand und Boden vom Sollwert entspricht.
Dieses Signal wird einem elektronischen Verstärker zugeftihrt, welcher aus zwei Kaskaden besteht, von denen die erste brückenartig ausgebildet ist und wie der Vorverstärker aus einer Doppeltriode 9 und 10 aufgebaut ist. Dieser Kaskade wird das am Ausgang des Vorverstärkers auftretende Signal aufgedrückt,
Die zweite Kaskade besteht aus zwei in Gegentaktschaltung liegenden Pentoden 11 und 12, auf deren parallelgeschaltete Gitter das von der ersten Kaskade kommende Signal aufgedruckt wird. Dadurch wer- den die Gitterte nach der Signalamplitude mehr oder weniger vorgespannt.
Die Speisespannungen für die oben beschriebenen Vorrichtungen werden von einem Transformator 13 mit mehreren Sekundärwicklungen entnommen, welcher über einen Stecker 40 vom Netz gespeist wird.
Die Primärwicklung ist mit mehreren Anzapfungen versehen, welche über den Umschalter 60 angeschlos- sen werden können.
Der. magnetische Verstärker besteht aus einer sättigbaren Reaktanz, welche aus zwei Kernen aus ma- gnetischem Material gebildet ist, die miteinander derart verbunden sind, dass sie einen einzigen magne- tischen Kreis mit einem Doppeljoch und drei Schenkeln bilden. Um den mittleren Schenkel sind die
Kontrollspule l, die Polarisationsspule 2 und die Kompensationsspule 3 und um die beiden andern Schenkel die beiden Sperrspulen 4 und 5 angeordnet (sogenannte"bridge-amplistat"-Anordnung). An die Kontrollspule 1 wird die am Ausgang des elektrischen Verstärkers auftretende Spannung gelegt. Die Polarisationsspule 2 wird von einem einen Brtickengleichrichter enthaltenden Stromkreis gespeist, welcher seine
Spannung ebenfalls von einer Sekundärwicklung des Transformators 13 erhält.
Die beiden Sperrspulen 4 und 5 sind mit jenem Stromkreis verbunden, welcher den für den kathodischen Schutz erforderlichen Gleichstrom liefert. Die Schaltung ist derart gewählt, dass der Strom in der Polarisationsspule 2 eine Erhöhung des Blindwiderstandes der Sperrspulen 4 und 5, der Strom in der Kontrollspule 1 hingegen eine Verminderung des Blindwiderstandes der Sperrspulen 4 und 5 bewirkt.
Der Stromkreis, der den für den kathodischen Schutz erforderlichen Gleichstrom liefert, besteht aus einem Transformator 14 und aus vier Gleichrichterelementen in Brückenschaltung mit den Speisepunkten 15,16, 17 und 18. Sowohl die Primär- als auch die Sekundärseite des Transformators 14 ist mit Anzapfungen versehen, welche durch die Umschalter 50 bzw. 51 angeschlossen werden können. Die Anspeisung erfolgt vom Netz über einen Stecker 45 und einen Hauptschalter 47. Die Anzapfungen an der Primärwicklung gestatten den Anschluss an verschiedenen Netzspannungen, die Anzapfungen an der Sekundärseite gestatten eine Änderung der sekundären Leerlaufspannung von zehn zu zehn Volt.
Die Trockengleichrichter sind als Selenoxyd-Gleichrichter ausgebildet und mit den beiden Sperrspulen 4 und 5 derart verbunden, dass sich ein selbstsättigender Gleichstromkreis ergibt.
Das an der Klemme 41 auftretende negative Potential wird nun dem zu schützenden Metallgegenstand aufgedruckt, während die Klemme 42 an die Streuelektrode D angeschlossen wird. Der Zweck der übrigen elektrischen bzw. elektronischen Elemente, welche in der Beschreibung bisher nicht erwähnt wurden, ist für den Fachmann ohne weiteres verständlich, so dass diese Elemente nicht näher beschrieben werden. & wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Bezugszeichen in den Fig. 3 - 6, welche die zugehörigen Schalttafeln. darstellen, mit den Bezugszeichen des elektrischen Schaltbildes in Fig. 2 bzw. des grundsätzlichen Schemas in Fig. 1 übereinstimmen.
Die Schalttafeln der Fig. 3 und 4 beziehen sich auf die Schaltelemente des Regelkreises, in Übereinstimmung mit Fig. 2 bedeuten darin : 45 ein Verbindungsstecker zum Netz, 46 eine Steckdose zum Anschluss anderer Geräte, 15,16, 17 und 18 die Anschlussklemmen für die Speisepunkte der Brückengleichrichterschaltung, 41 und 42 die Klemmen zum Anschluss an den zu schützenden MetaUgegenstand bzw. an die Steuerelektrode, 58 eine Klemme zur Erdung des Chassis, 55 ein Amperemeter für Gleichstrom, 47 ein Hauptschalter, 57 eine Signallampe, 49 eine Schmelzsicherung, 48 ein Umschalter für das Amperemeter, 56 ein Voltmeter für Gleichstrom, 52 und 53 zwei Druckknöpfe zum Einschalten der
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Geräte 55 bzw. 56,50 und 51 ein Umschalter für die Primär-bzw.
Sekundäranzapfungen des Transfor- mators 14, 43 und 44 Anschlussklemmen für ein transportables Amperemeter und 54 ein thermisches Re- lais.
Die Schalttafeln der Fig. 5 und 6 beziehen sich auf die Verstärkerelemente. Es bedeuten darin : 40 ein Verbindungsstecker zum Netz, 39 eine Steckdose zum Anschluss anderer Geräte, 41 eine Klemme zum Anschluss an das zu schützende Rohr in der kathodischen Zone, 6 eine Klemme zum Anschluss an die im Boden versenkte Messelektrode E, 22, 23 ein Schalter für die dazugehörigen variablen Widerstände,
38 ein Umschalter für diese Widerstände, 4 und 5 die Anschlussklemmen für die dazugehörigen Sperrspu- len, 47 ein Amperemeter, 61 der dazugehörige Umschalter, 62 eine Signallampe, 59 ein Schalter und
60 ein Umschalter für den Transformator 13,36 ein Voltmeter und 24 ein Potentiometer.
Wie ersichtlich, sind die zur Anspeisung des Regelkreises dienenden Schaltelemente und die Verstärkerelemente auf getrennten Chassis angeordnet.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrische Vorrichtung zum Kathodenschutz von Metallgegenständen gegen Korrosion infolge vagabundierender Ströme, bei welcher dem Metallgegenstand ein in bezug auf seine Umgebung negatives Potential erteilt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die dieses Potential liefernde Spannungsquelle automatisch in bezug auf Spannung und abgegebenen Strom so geregelt wird, dass der Potentialunterschied zwischen dem Metallgegenstand und seiner Umgebung in den Grenzen der Empfindlichkeit konstant gehalten wird, wobei der Regelkreis der Vorrichtung einen magnetischen Verstärker aufweist,
der vom Netz mittels Transformator gespeist und von der durch einen Verstärker verstärkten Differenz zwischen der Potentialdifferenz zwischen Metallgegenstand und Umgebung einerseits und einer vorherbestimmten stabilisierten und einstellbaren Bezugsspannung anderseits, gesteuert wird.