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.