CH336240A - Method and circuit arrangement for cathodic protection of metallic objects - Google Patents

Method and circuit arrangement for cathodic protection of metallic objects

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CH336240A
CH336240A CH336240DA CH336240A CH 336240 A CH336240 A CH 336240A CH 336240D A CH336240D A CH 336240DA CH 336240 A CH336240 A CH 336240A
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Kuenzler Hans
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Kuenzler Hans
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23FNON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F13/00Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection
    • C23F13/02Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection cathodic; Selection of conditions, parameters or procedures for cathodic protection, e.g. of electrical conditions
    • C23F13/04Controlling or regulating desired parameters

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

  

  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.



  Method and circuit arrangement for cathodic protection of metallic objects The present invention relates to a method and a circuit arrangement for cathodic protection of metallic objects from the effects of the current-conducting medium surrounding them by maintaining a negative voltage potential between the object and the medium.



  Such devices are already known and consist of a circuit, one electrode of which is formed by the object to be protected and the counter electrode of a conductor located away from the object in the medium. The circuit also contains a direct current source connected to the object with its negative pole. Such Einrichtun conditions are used, for example, to protect metal pipes laid in the ground from the corrosive electrolytic and chemical effects of the conductive earth and have generally proven themselves.

   A disadvantage of the previously known devices of this type is that their protective effect is subject to strong and uncontrollable fluctuations depending on the soil conditions and the state of the counter-electrodes. The protective effect is dependent on the potential difference between the object and the immediate environment and is optimal at a certain value depending on the type and extent of the object. This optimal potential difference can be set by a certain current flow through the object to be protected and should remain at this value.

   However, since the current strength in the entire circuit depends on the resistance between the object and the more distant counter-electrode, apart from the contact resistances at the electrodes, and these resistances fluctuate greatly as a result of the changing weather conditions, the potential difference on, once set, also changes Object and thus the achievable protective effect in an undesirable manner.



  The present invention aims to eliminate this deficiency and relates to such a process for cathodic protection of metallic objects in a conductive medium. A characteristic of this is that a current flow is generated between the object in question and a second electrode located away from it in the medium and either the current flowing through the object or the potential difference between object and medium is kept constant at a predetermined value.



  The inventive circuit for implementing this method works with a controllable current source to generate a current flow of the desired strength over the object and is characterized by means for automatically influencing the current source.



  The circuit according to the invention is explained in more detail below in two exemplary embodiments using the basic circuit diagrams in FIGS. 1 and 2.



  In the embodiment of Fig. 1, the object to be protected 1, here for example a me-metallic, drawn in cross section pipeline, which is in the ground 2, connected as usual to the negative pole of a DC power source 3, the positive pole of which in some Distance from object 1 located in the ground counter electrode 4 is closed.

   For the direct current flowing in the circuit via the counter electrode 4 and the object 1, the object 1 forms the cathode and has a negative potential compared to its immediate surroundings in the earth, which, if a certain optimal value is maintained, provides reliable protection against electrolytic and chemical Corrosion offers.

        It is easy to see that the resistance of the electric circuit, which changes greatly depending on the weather, between the counter electrode 4 and the object 1 causes corresponding fluctuations in the current I and thus the potential difference between the object 1 and the earth in the immediate vicinity which is highly undesirable and affects the protective effect in an uncontrollable manner. Any earth direct currents that may exist or change in direction can also result in changes in the potential difference and reduce the protective effect.



  To eliminate this deficiency, a power source 3 is provided in the circuit according to FIG. 1, which is variable on the part of a connected to the pair of terminals 5 and indicated by the device 6 control circuit. This control circuit is influenced by a signal voltage that is generated at the probe 7. Since the probe 7 is in the immediate vicinity of the object 1 in the ground, the signal voltage supplied by the probe is. directly dependent on the potential difference between the object 1 and its immediate surroundings.

   By suitably designing the control circuit 6 fed by the probe 7 as a signal source and the power supply device 3, it can be achieved that the current flowing through the object 1 is automatically changed in such a way that there is always a desired value of the potential difference at the object 1 compared to the environment sets, regardless of any changes in the resistance of the earth path between the object 1 and the counter electrode 4.



  The control circuit 6 is preferably provided with an amplifier, for example a multistage magnetic amplifier, which can be controlled with almost no power being the signal voltage at the probe 7 and via the connections 5 influences the current source 3 accordingly.



  If desired, a regulator 8, indicated here as a variable resistor, can be provided for setting the desired setpoint value of I either on the control circuit 6 or on the current source 3. Furthermore, the Ver present in the control circuit 6 can more strongly display the potential difference prevailing at the object 1 via a measuring instrument 9.



  The signal voltage supplied by the probe 7 is naturally relatively small. It has therefore proven advantageous to choose the material of the probe 7 in such a way that it, together with the object 1, results in the greatest possible galvanic voltage and is itself as little susceptible to corrosion as possible.



  2 shows a basic diagram of a further exemplary embodiment in which the current I in the circuit fed by the current source 10 is automatically kept approximately constant via the counter electrode 4 and the object 1 to be protected. For this purpose, a current source 10 of constant current yield with changing load is used, for example a magnetic amplifier with the two cores 11 and 12, the control winding 13, the two excitation windings 14 and 15 and the full-wave rectifier 16.

   Such magnetic amplifiers are well known and deliver when fed with Wech selstrom via the pair of terminals 17 at the output terminals 18 a wide range of the loading practically independent current 1, the terminal voltage automatically adjusts to the required value. If desired, the voltage on the pair of clamps 18 can be displayed by an instrument 19 in order to determine the increase in resistance in the earth circuit and the possible increase in corrosion on the counter electrode 4 and to compare it with the initial value.



  With a suitable dimensioning of such a power source 10 with a largely constant current yield it can also be achieved that the current via the object 1 connected as a cathode is practically independent of the resistance fluctuations in the circuit via the earth and the counter electrode 4.



  Of course, the magnetic amplifier 10 can also have any other suitable circuit. For example, such an amplifier can be provided with a control winding that is independent of the current I and the pair of terminals 18 can be connected directly in the rectifier 16. A current constant line then takes place in accordance with the respective saturation characteristic of the cores 11 and 12. A separate, adjustable control current via the control winding 13 can then be used to adapt the saturation characteristic and the operating point to the respective conditions.

 

Claims (1)

PATENTTANSPRÜCHE I. Verfahren zum kathodischen Schutz metalli scher Objekte vor der Einwirkung des sie umgeben den stromleitenden Mediums durch eine negative elektrische Potentialdifferenz zwischen dem Objekt und dem Medium, dadurch gekennzeichnet, dass zwi schen 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 Potential- differenz zwischen Objekt und Medium auf einem vorgegebenen Wert konstantgehalten wird. PATENT CLAIMS I. A method for the cathodic protection of metallic objects from the action of the current-conducting medium surrounding them by a negative electrical potential difference between the object and the medium, characterized in that between the object in question and a second electrode located away from it in the medium A current flow is generated and either the current intensity flowing through the object or the potential difference between the object and the medium is kept constant at a specified value. 1I. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, mit einer regel baren Stromquelle zur Erzeugung eines Stromflusses gewünschter Stärke über das Objekt, gekennzeichnet durch Mittel zur selbsttätigen Beeinflussung der Stromquelle. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass durch eine dem Objekt benach barte, im gleichen Medium befindliche Sonde ein von der Potentialdifferenz zwischen Objekt und Medium abhängiges Signal abgeleitet und durch dasselbe die über das Objekt fliessende Stromstärke geregelt wird. 2. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die von der Sonde gelieferte Signal spannung zur angenähert leistungslosen Steuerung eines Verstärkers verwendet wird. 3. 1I. Circuit arrangement for carrying out the method according to claim I, with a controllable current source for generating a current flow of the desired strength over the object, characterized by means for automatically influencing the current source. SUBClaims 1. The method according to claim I, characterized in that a signal dependent on the potential difference between the object and the medium is derived by a probe adjacent to the object and located in the same medium, and the current intensity flowing through the object is regulated by the same. 2. The method according to dependent claim 1, characterized in that the signal voltage supplied by the probe is used for approximately powerless control of an amplifier. 3. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die von der Sonde gelieferte Signal spannung einem Messinstrument zum Anzeigen der am Objekt herrschenden Potentialdifferenz zugeführt wird. 4. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass als Stromquelle eine solche mit angenähert konstanter Stromergiebigkeit unabhängig von der Belastung durch den Stromkreis verwendet wird. 5. Verfahren nach Unteranspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, dass die von der Stromquelle gelieferte Spannung zwecks überwachung des Zustandes des Erdstromkreises angezeigt wird. Method according to dependent claim 1, characterized in that the signal voltage supplied by the probe is fed to a measuring instrument for displaying the potential difference prevailing on the object. 4. The method according to claim 1, characterized in that a power source with an approximately constant power output is used regardless of the load by the circuit. 5. The method according to dependent claim 4, characterized in that the voltage supplied by the power source is displayed for the purpose of monitoring the state of the earth circuit.
CH336240D 1955-09-19 1955-09-19 Method and circuit arrangement for cathodic protection of metallic objects CH336240A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1521957B1 (en) * 1962-12-22 1969-12-11 Contre La Corrosion S E C C O Device for uninterrupted, operator-free monitoring of the quality of the cathodic protection of systems

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DE1521957B1 (en) * 1962-12-22 1969-12-11 Contre La Corrosion S E C C O Device for uninterrupted, operator-free monitoring of the quality of the cathodic protection of systems

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