Verfahren und Schaltungsanordnung zum kathodischen Schutz metallischer Objekte Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zum katho- dischen Schutz metallischer Objekte vor der Einwir kung des sie umgebenden stromleitenden Mediums durch Aufrechterhaltung eines negativen Spannungs potentials zwischen dem Objekt und dem Medium.
Derartige Einrichtungen sind bereits bekannt und bestehen aus einem Stromkreis, dessen eine Elektrode vom zu schützenden Objekt und dessen Gegenelek trode von einem vom Objekt entfernt im Medium befindlichen Leiter gebildet wird. Ferner enthält der Stromkreis eine mit ihrem negativen Pol am Objekt angeschlossene Gleichstromquelle. Solche Einrichtun gen werden beispielsweise zum Schutz von in der Erde verlegten Metallrohren vor den korrodierenden elektrolytischen und chemischen Einwirkungen der stromleitenden Erde benützt und haben sich im all gemeinen bewährt.
Ein Nachteil der bisher bekann ten Einrichtungen dieser Art besteht aber darin, dass deren Schutzwirkung je nach den Erdbodenverhält nissen und dem Zustand der Gegenelektroden starken und unkontrollierbaren Schwankungen unterworfen ist. Die Schutzwirkung ist nämlich von der Poten tialdifferenz zwischen dem Objekt und der unmittel baren Umgebung abhängig und ist je nach Art und Ausdehnung des Objektes bei einem bestimmten Wert desselben optimal. Diese optimale Potentialdifferenz kann durch einen bestimmten Stromfluss über das zu schützende Objekt eingestellt werden und sollte auf diesem Wert bleiben.
Da aber die Stromstärke im gan zen Stromkreis ausser von den übergangswiderständen an den Elektroden vor allem vom Widerstand zwi schen dem Objekt und der weiter entfernten Gegen elektrode abhängt und diese Widerstände infolge der wechselnden Witterungsverhältnisse stark schwanken, ändert sich auch die einmal eingestellte Potentialdif- ferenz am Objekt und damit die erzielbare Schutzwir kung in unerwünschter Weise.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Beseiti gung dieses Mangels und betrifft ein derartiges Ver fahren zum kathodischen Schutz metallischer Objekte in einem stromleitenden Medium. Kennzeichnend hierfür ist, dass zwischen dem betreffenden Objekt und einer hiervon entfernt im Medium angeordneten zweiten Elektrode ein Stromfluss erzeugt und dabei entweder die über das Objekt fliessende Stromstärke oder die Potentialdifferenz zwischen Objekt und Me dium auf einem vorgegebenen Wert konstantgehal- ten wird.
Die erfindungsgemässe Schaltung zur Durchfüh rung dieses Verfahrens arbeitet mit einer regelbaren Stromquelle zur Erzeugung eines Stromflusses ge wünschter Stärke über das Objekt und kennzeichnet sich durch Mittel zur selbsttätigen Beeinflussung der Stromquelle.
Die erfindungsgemässe Schaltung ist nachstehend in zwei Ausführungsbeispielen anhand der Prinzip- schaltbilder der Fig. 1 und 2 näher erläutert.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist das zu schützende Objekt 1, hier beispielsweise eine me tallische, im Querschnitt gezeichnete Rohrleitung, die im Erdboden 2 liegt, wie üblich mit dem negativen Pol einer Gleichstromquelle 3 verbunden, deren posi tiver Pol an der in einiger Entfernung vom Objekt 1 in der Erde befindlichen Gegenelektrode 4 ange schlossen ist.
Für den im Stromkreis über die Gegen elektrode 4 und das Objekt 1 fliessenden Gleichstrom bildet das Objekt 1 die Kathode und besitzt gegen über ihrer unmittelbaren Umgebung in der Erde ein negatives Potential, das bei Einhaltung eines gewis sen optimalen Wertes einen zuverlässigen Schutz gegen elektrolytische und chemische Korrosion bietet.
Es ist leicht einzusehen, dass der sich je nach Witterung stark ändernde Widerstand des Stromkrei ses zwischen der Gegenelektrode 4 und dem Objekt 1 über die Erde entsprechende Schwankungen des Stro mes I und damit der Potentialdifferenz des Objekts 1 gegenüber dem Erdreich in der unmittelbaren Um gebung bewirkt, was höchst unerwünscht ist und die Schutzwirkung in unkontrollierbarer Weise beeinflusst. Auch etwa vorhandene oder in der Richtung wech selnde Erdgleichströme können Änderungen der Po tentialdifferenz ergeben und die Schutzwirkung ver mindern.
Zur Beseitigung dieses Mangels ist in der Schal tung nach Fig. 1 eine Stromquelle 3 vorgesehen, die seitens eines am Klemmenpaar 5 angeschlossenen und durch die Einrichtung 6 angedeuteten Steuerstrom kreises veränderbar ist. Dieser Regelstromkreis wird seitens einer Signalspannung beeinflusst, die an der Sonde 7 entsteht. Da die Sonde 7 in unmittelbarer Nähe des Objekts 1 im Erdreich sich befindet, ist die von der Sonde gelieferte Signalspannung. direkt ab hängig von der Potentialdifferenz zwischen dem Ob jekt 1 und dessen unmittelbarer Umgebung.
Durch geeignete Ausbildung des von der Sonde 7 als Signal quelle gespeisten Steuerstromkreises 6 und des Strom versorgungsgerätes 3 kann erreicht werden, dass die über das Objekt 1 fliessende Stromstärke automatisch derart geändert wird, dass sich stets ein gewünschter Wert der Potentialdifferenz am Objekt 1 gegenüber der Umgebung einstellt, und zwar unabhängig von irgendwelchen Änderungen des Widerstandes der Erdstrecke zwischen dem Objekt 1 und der Gegen elektrode 4.
Vorzugsweise ist der Steuerstromkreis 6 mit einem Verstärker versehen, beispielsweise einem mehrstufi gen Magnetverstärker, der angenähert leistungslos sei tens der Signalspannung an der Sonde 7 gesteuert werden kann und über die Anschlüsse 5 die Strom quelle 3 entsprechend beeinflusst.
Falls erwünscht, kann entweder am Steuerstrom kreis 6 oder an der Stromquelle 3 ein Regler 8, hier als Regelwiderstand angedeutet, zur Einstellung des erwünschten Sollwertes von I vorgesehen sein. Fer ner kann der im Steuerstromkreis 6 vorhandene Ver stärker über ein Messinstrument 9 die am Objekt 1 herrschende Potentialdifferenz anzeigen.
Naturgemäss ist die von der Sonde 7 gelieferte Signalspannung relativ klein. Es hat sich deshalb als vorteilhaft erwiesen, das Material der Sonde 7 derart zu wählen, dass dieselbe mit dem Objekt 1 zusammen eine möglichst grosse galvanische Spannung ergibt und selbst möglichst wenig anfällig gegen Korrosion ist.
Die Fig. 2 zeigt ein Prinzipschema eines weiteren Ausführungsbeispiels, bei welchem der Strom I in dem von der Stromquelle 10 gespeisten Stromkreis über die Gegenelektrode 4 und das zu schützende Objekt 1 selbsttätig angenähert konstant gehalten wird. Hierzu wird eine Stromquelle 10 konstanter Stromergiebigkeit bei wechselnder Belastung verwen det, beispielsweise ein Magnetverstärker mit den bei- den Kernen<B>11</B> und 12, der Steuerwicklung 13, den beiden Erregerwicklungen 14 und 15 und dem Voll- weggleichrichter 16.
Derartige Magnetverstärker sind allgemein bekannt und liefern bei Speisung mit Wech selstrom über das Klemmenpaar 17 an den Ausgangs klemmen 18 einen in weitem Bereich von der Be lastung praktisch unabhängigen Strom 1, wobei die Klemmenspannung sich automatisch dem erforder lichen Wert anpasst. Falls erwünscht, kann die Span nung am Klemmenpaar 18 durch ein Instrument 19 angezeigt werden, um die Widerstandserhöhung im Erdstromkreis und die eventuelle Zunahme der Kor rosion an der Gegenelektrode 4 feststellen und mit dem Anfangswert vergleichen zu können.
Bei geeigneter Dimensionierung einer derartigen Stromquelle 10 mit weitgehend konstanter Strom ergiebigkeit kann also ebenfalls erreicht werden, dass der Strom über das als Kathode geschaltete Objekt 1 praktisch unabhängig von den Widerstandsschwan kungen im Stromkreis über die Erde und die Gegen elektrode 4 ist.
Natürlich kann der Magnetverstärker 10 auch eine andere geeignete Schaltung besitzen. Beispiels weise kann ein derartiger Verstärker mit einer vom Strom I unabhängigen Steuerwicklung versehen und das Klemmenpaar 18 unmittelbar im Gleichrichter 16 angeschlossen werden. Dann erfolgt eine Stromkon- stanthaitung entsprechend der jeweiligen Sättigungs- charakteristik der Kerne 11 und 12. Durch einen ge trennten, einstellbaren Steuerstrom über die Steuer wicklung 13 kann dann die Sättigungscharakteristik und der Arbeitspunkt auf derselben den jeweiligen Verhältnissen angepasst werden.