CS206001B1 - Zapojení k omezení interference podzemních kovových zařízení vlivem jednosměrných bludných proudů - Google Patents

Description

Vynález se týká zapojení k omezení interference podzemních kovových zařízení vlivem stejnosměrných bludných proudů z elektrozivané kolejové dopravy zejména u izolovaných ocelových potrubí v anodických pásmech působení bludných proudů.

K omezení nepříznivého působení stejnosměrných bludných proudů na podzemní kovová liniové zařízení se používají tzv. svodové metody, tj. elektrická drenáž a saturáž, nebo automaticky řízené stanice katodické ochrany. V řadě případů nelze z provozně technických důvodů aplikovat svodové metody a ochranný efekt stanic katodické ochrany nebývá dostatečný. Proto se v některých případech používá ochrana doplňovacím uzemněním. Základní myšlenkou doplňovacích uzemnění je využití značného rozdílu potenciálu podzemního kovového zařízení například potrubí proti zemi na některých částech potrubí, který se vyskytuje v blízkosti zdroje bludných proudů.· Cím větší je tento rozdíl potenciálů, tím větší je ochranný účinek doplňovacího uzemnění. Po stránce provozní je tato ochrana velmi jednoduchá a nepotřebuje zvláštní obsluhu.

Nevýhodou budovaných doplňovacích uzemnění je jejich poměrně vysoká pořizovací hodnota a škodlivý efekt na podzemní kovová zařízení při změně provozního režimu zdrojů biudných proudů. Při provozní výluce jedné z měníren se změní katodická a anodická pásma na potrubí, takže doplňovací uzemnění se může dostat do katodického pásma působení

206 001

206 001 bludných proudů. To má za následek podstatné zvětšení plochy katody a následné zvýšení proudové hustoty v anodickém pásmu, kde v místech potrubí a porušeným izolačním povlakem může dojít k rychlé peťfqraci potrubí.

Uvedené nedostatky jsou odstraněny zapojením podle vynálezu, jehož podstatou je, že k podzemnímu kovovému zařízeni je galvanicky připojen pomocný zemnič, přičemž mezi elektrickými propojkami je polovodičový prvek, který je zapojen tak, že proud protéká pouze ve směru z podzemního kovového zařízení do pomocného zemniče. Konkrétní provedení vynálezu může být uspořádáno tak, že v propojovacím a měřícím objektu jsou uspořádány nejméně dvě svorky, přičemž k první svorce je připojeno podzemní kovové zařízení, a k druhé svorce je připojen pomocný zemnič a mezi první a druhou svorkou je zapojen polovodičový prvek. Vynález může být uspořádán také tak, že mezi první a druhou svorkou je paralelně zapojen další jeden, nebo více polovodičových prvků. Jeko pomocného zemniče může být využito holých ocelových trubek uložených pod železničním tělesem. Vynález může být proveden také tak, že mezi elektrickými propojkami je paralelně zapojen ochranný prvek proti přepětí.

Zapojení podle vynálezu má tyto výhody:

Bez ohledu ha výsledky často náročného korozního měření podél trasy podzemního kovového liniového zařízení a bez zřetele na provozní režim zdrojů bludných proudů je možno připojit podle vynálezu všechny pomocné zemniče podél trasy pokud tímto zapojením není ohrožena provozní bezpečnost samotných pomocných zemničů. Z hlediska proudového pole v zemi vytvářeného zdroji bludných proudů a následné interferenci podzemních kovových zařízení, při použití zapojení podle vynálezu, nemůže pomocnými zemnič! na žádném úseku trasy bludný proud vstupovat do například ocelového izolovaného potrubí. Podle frekvence stejnosměrně elektrizované dopravy a proudové zátěže, bludný proud, který vstoupil do potrubí v místech porušeného izolačního povlaku potrubí v katodické oblasti, nebo v důsledku přenesené interference, tj. z jiného potrubí nebo z kabelu, může v anodickém pásmu z pomocných zemničů pouze vystupovat, a tím se sníží proudová hustota v přilehlých úsecích potrubí v místech porušeného izolačního povlaku. Takto lze podstatně prodloužit životnost potrubí na úkor kovových konstrukcí, které nemají žádnou technologickou, nebo bezpečnostní funkci. Jedním z takových zemničů je z montážních důvodů protlačená holá ocelová trubka pod železničním tělesem, kde prostor mezi vlastní chréničkou s touto protlačenou troubou je obvykle vyplněn betonem. I úplné korozní rozpouštění této vnější trouby nemá žádný nepříznivý důsledek ani na železniční těleso, ani na podzemní kovové zařízení.

Účinek zapojení podle vynálezu se dá exaktně prokázat takto:

Předpokládejme izolované potrubí o prměru d /m/, které podchází stejnosměrně elektrizovanou železnici, přičemž anodický úsek potrubí (proud vystupuje z potrubí do země) je dlouhý u /m/. Povrch potrubí v anodické oblasti je tedy:

S_± « TC . d . u /m²/ (1) ο β mni

Součet holých povrchů (poškozeného izolačního povlaku) na úseku potrubí u označme ŽS_r

-Za²/.

Podle definice jest stupeň pórovitosti izolačního povlaku

K₄ sž,Sp

Tel. ti (2)

Pro tloušfku izolační vrstvy t_ = 0,004m a pro poruchy v rozmezí Sp = 1 mm^ až 1C/0 cm byl odvozen vztah :

0.,01 . <?

(3)

Kj kde 2 značí střední měrný odpor půdy podél trasy /Ώ,ω/ r_i značí měrný odpor izolačního povlaku v Ωm² dosazením vztahu (3) do (2) lze určit :

Ž.S.

Oj Ol « ad* v* · /m²/ (4)

Předpokládejme dále, že pod zmíněnou elektrizovanou tratí je uložená holá ocelová chránička o průměru D /m/ a délce L /m/. Povrch chráničky je tedy ,2 ^Sch ^{= JL} ’ ^D * ^L (5)

Z Ohmová zákona lze pro z.emnič o ploše S /ar/ uložený v zemi (při zanedbání vlivu anodické polarizace a ohmického spádu napětí v izolační vrstvě tloušťky t ) odvodit výraz:

/Am²/ (6) ω .y.s kde j značí hustotu proudu vystupujícího z povrchu S;

Δ Ujg značí hnací napětí v daném úseku potrubí (dáno m.j. provozními poměry na železnici) /V/ /Vzhledem k charakteru zdroje bludného proudu se hnací napětí vlivem zvětšení plochy, kterou proud vystupuje do země, podstatně nezmenší,,/;

ČJ Koeficient vyjadřující tvar kovové plochy;

S plochu kovového povrchu v m ;

Pro účely dalšího odvození můžeme rovnici (6) přepsat do tvaru j = ΓΪ77 (7) kde K je koeficient rozměru /Δ . nP·/.

Jestliže k úseku potrubí xj. , ukterého je součet holých povrchů ,'S.Sp galvanicky připojíme chráničku o povrchu , dojde ke změně hustoty vystupujícího proudu takto :

Bez připojení povrchu S_ch je podle rovnice (7) . _ K

17Γ /A.m²/ (8) (JLSp)

Po připojení povrchu ;

2OB 001 j₂ = ——----7T72“ O) ^d (iSp + Sch)^x/<Í

U rovnice (8) a (9) vyplývá, že jg < j^ a tato nerovnost bude tím výraznější, čím bude kvalita izolačního povlaku v úseku u. lepší a čím bude povrch chráničky větší. Bude tedy jak na celkové náhradní ploše £Sp. tak na jednotlivých poruchách izolačního povrchu menší proudové hustota a tím i snížení korozního ohrožení vlivem, proudu vystupujícího do země. Na druhé straně lze zařízení uspořádat tak, že proud vystupující z po vrchu chráničky nemá prakticky žádný vliv na provozní bezpečnost zařízeni.

Celý postup ukážeme na praktickém příkladě. Potrubí 0 900 mm, opatřené bitumenovou O o izolací v měrné vodivosti g = 1000 ^S/tn (r^ » 1000 ΛπΓ) má anodickou oblast v délce u s 4000 m, střední měrný odpor půdy 5 ^s 50<Π.ηι. Podle rovnice (4) js ls_p = 0,01 . 50 .5Γ . 0,9 . 4000 . ΙΟΟδ¹ = 5,65 m².

Pod elektrizovanou železnicí je holá ocelová chréničke 0 1500 mm, délky 20 m (mezi touto a další chráničkou 0 1200 mot je betonová výplň). Podle vztahu (5) :

^Sch = T · 1,5 . 20 « 94,2 m² Jestliže rovnici (8) dělíme rovnicí (9) dostaneme vztah :

Ji = j₂ kde - elektrické stínění}

Po dosazení do vztahu (10) :

. ( Σ· Sp + Sch) ^² ( ZSp)

0,95 (10) j₂

15,6? ^.244?y²,

5,65 ^ΐλί

0,95

4,0 j₂ ledy j₂ = 3-5- j-L

0,25 j_x

Jestliže tedy u náhradní plochy £.Sp js průměrná hustota vystupujícího proudu j^ = = 320 mA ·. m², což je hustota proudu při které‘potrubí ο tlouštce stěny t « 9 mm 2 zkoroduje za 12 let (tj. plocha S = 1 cm ), pak v druhém případě jg = 0,25 . 320 = —2 = 80 mA . m , což je hustota proudu, při které uvedené potrubí vydrží bez perforace po 50 let. Ochranný účinek zapojení podle vynálezu je tedy velmi významný, nebot se hustota vystupujícího proudu v tomto případě sníží 4,0 krát.

í

Toto zapojení jako doplňková ochrana proti bludným proudům by se mělo uplatnit zvláště v údobích, kdy intenzita bludných proudů přechodně stoupá, tedy hnací napětí js například Δ Uyp = 5V a více.

Úbytek napětí na polovodičovém prvku je cca &U = 0,5 V, takže ee uplatňuje cca

Oa· %, a tím je dosahováno dobré účinnosti celého zapojení.

Na připojeném výkresu je znázorněn příklad provedení vynálezu na ocelovém izolovaném potrubí, které podchází stejnosměrně slsktrizovanou železnici. Podzemní kovové září· zení 1, například ocelové potrubí, opatřené izolačním povlakem 12, například asfalto206 001 vou izolací, je pod železničním tělesem 8 opatřeno kovovou chráničkou 2 s elektroizolačním uzávěrem 52 na obou koncích. Technologie provádění podchodu a požadované funkce chráničky 2 si vynutily protlačit pod Železničním tělesem 8 ocelovou troubu, která slouží jako montážní otvor. Po dobudování podchodu se prostor mezi chráničkou 2 a vnější ocelovou troubou, která z hlediska vynálezu slouží jako pomocný zemnit 2, opatři výplňovou hmotou 22. například betonem. Ů podchodu je běžně zřizován měřicí a propojovací objekt £ pro kontrolu kvality a funkce celého zařízení, například skříňka se svorkovnicí se čtyřmi svorkami 41. 42. ^43, 44; mezi povrchem půdy a měřicím objektem 4 jsou uspořádány průchodky 6, 6/». Podzemní kovové zařízení 1 je měřicím vývodem 13, například izolovaným kabelem připojenb ke svoroe 43 a elektrickou propojkou 11, například izolovaným kabelem ke svorce 41. Chránička je měřicím vývodem 51 připojena ke svorce 44 a pomocvý zemnič 2, například ocelové trubka elektrickou propojkou 21 je připojen ke svorce 42ě Pro účely kontrolního měření je mezi svorkami 43 á 44 připojen pomocí galvanických spojů 71 a 72 měřicí přístroj J například vysokoohmický voltmetr. Pro zvýšení ochranného efektu proti působení bludných proudů je mezi svorkami 41 a 42 zapojen polovodičový prvek 2» například germániový ventil. Pro ochranu polovodičového prvku 3. proti přepětí například atmosférickému je možno pomocí galvanických spojů 91. 92 paralelně zapojit ochranný prvek proti přepětí 2 například bleskojistku nebo kondenzátor.

Zapojení podle vynálezu pracuje takto i

Bludné proudy vstupují do podzemního kovového zařízení 1 například do ocelového potrubí opatřeného izolačním povlakem 12 v katodickém pásmu, tečou potrubím směrem ke * zdroji - k měnírně a v blízkosti Železničního tělesa 8 mají tendenci vystoupit z potrubí 1. část bludných proudů teče přes elektrickou propojku 11 a polovodičový prvek 3 a elektrickou propojku 21 do pomocného zemniče 2 a odtud do země a do kolejí železničního tělesa 8, čímž se podstatně sníží hustota vystupujícího proudu v přilehlých úsecích podzemního kovového zařízení 1 v anodickém pásmu. Zapojení odpovídá polaritě užívané u elektrických železnic tj. minus pól na kolejích. Polovodičový prvek 3 zabraňuje průtoku proudu v opačném směru v situacích, kdy se mění provozní režim měníren a podobně a tak zamezuje korozi na jiných úsecích trasy potrubí 1.

Zapojeni podle vynálezu je výhodné použit u kovových chrániček pod elektrizovanými železnicemi, které slouží jako montážní otvor po dobu výstavby. Další výhodné použití je u potrubních sítí v zastavěných oblastech v blízkosti elektrizované Železnice v případech, kdy se využike podzemní zařízení jako pomocný zemnič nebo i v případech, kdy se tento pomocný zemnič k tomu účelu vybuduje. Zapojení je výhodné použit v kombinaci a detekčním obvodem za použití pomocných ocelových elektrod a měření proudu podle čs. AO č, 169704 a podle AO č. 180336, kterými lze zjišíovat účinnost antikorozních opatření respektive interferenci v důsledku působení bludných proudů.

Claims (4)

1» Zapojení k omezení interference podzemních kovových zařízení vlivem stejnosměrných

208 001 bludných proudů, vyznačená tím, že k podzemnímu kovovému zařízení (1) je galvanicky připojen pomocný zemnič (2), přičemž mezi elektrickými propojkami (11) a (21) je nejméně jeden polovodičový prvek (3), který je zapojen tak, že proud protéká pouze ve směru z podzemního kovového zařízení (1) do pomocného zemniče (2).

2. Zapojení podle bodu 1, vyznačené tím, že v propojovacím a měřicím objektu (4) jsou uspořádány nejméně dvě svorky (41, 42), přičemž k první svorce (41) je připojeno podzemní kovové zařízení (1), ke druhé svorce je připojen pomocný zemnič (2) a mezi první (41) svorkou a druhou (42) svorkou je zapojen polovodičový prvek (3).

3· Zapojení podle bodu 1, vyznačené tím, že mezi elektrickými propojkami (11) a (21) je paralelně zapojen ochranný prvek proti přepětí (9)·

4. Zapojení podle bodu 1, vyznačené tím, že pomocný zemnič (2) je vytvořený z holých ocelových trubek uložených pod železničním tělesem (8).