CS226728B2 - Circuitry for disconnecting protective earthing inbuilt in cathodic protective systems - Google Patents

Description

228 728

Vynález se týká zapojení', která zajišíuje bezporucho-vou činnost ochranného uzemnění při vysokých hodnotách napětí,která se případně vyskytují mezi katodicky chráněnou konstruk-cí a půdou, například při zkratu.

Katodická ochrana představuje elektrochemický ochrannýpochod proti korozi, během kterého se ochrana kovové konstruk-ce provádí pomocí katodické polarizace, která zajišťuje imunnístav. Elektrickou energii potřebnou pro katodickou ochranulze zajistit z vnějšího zdroje proudu nebo z energie uvolněnépři rozpouštění anody. Podle toho se katodické ochrany dělina katodické ochrany s vnějším zdrojem proudu a katodickéochrany s vnitřním zdrojem proudu. U katodické ochrany s vněj-ším zdrojem proudu se ochranný proud získává pomocí usměrňova-če, jehož záporný pól se připojí na chráněnou kovovou konstruk-ci a kladný pól se připojí k anodě uložené v elektrolytu, na-příklad v půdě. Anoda nebo anodový systém se uspořádá tak, abyrozdělení hustoty proudů, potřebného pro polarizaci, na plošechráněné kovové konstrukce bylo co nejpříznivější. Totéž setýká i ochranné anody katodické ochrany s vnitřním zdrojemproudů, přičemž ochranná anoda se zhotoví z kovu nebo slitinykovů', které s chráněnou konstrukcí z kovu tvoří galvanickýčlánek a tím zajištuje požadovaný ochranný proud.

Jsou známé kovové konstrukce vystavené korozi, kteréjsou opatřené ochranným uzemněním kvůli ochraně před požá-rem, dotykem a před bleskem. Jsou to například nádrže uložené ». pod zemí a sloužící pro ukládání hořlavých kapalin nebo vnější 226 728 -3- ochranný pancíř vysokonapěíových kabelů, které slouží propřenos energie. Aby se tyto kovové konstrukce mohly chránitproti korozi, opatřují se tyto obložením. Katodická ochranaposkytuje doplňkovou protikorozní ochranu a přitom značně zvy-šuje životnost zařízení. Elektrický odpor obloženi představujeznačný odpor uvnitř elektrického obvodu. Obecně vzato má ochranné uzemnění velký povrch, vytvoří-li se jako kovová konstrukces dobrou elektrickou vodivostí, například tyč, sil nebo rám,jejichž odpor šíření je podle příslušných norem předepsán v minimálních hodnotách· Zapojí-li se nyní do proudového obvodu katodickéochrany ještě ochranné uzemnění, převezme toto následkem ma-lého odporu převážnou část ochranného proudu a tím znehodnotíhospodárnost katodické ochrany. U katodické ochtany s vnitřnímproudovým zdrojem, u které není žádná rezerva elektrické ener-gie, se v odpovídající míře potlačí polarizace chráněné kovovékonstrukce. Z výše uvedeného jednoznačně vyplývá, že při katodickéochraně se ochranné uzemnění má odpojit od chráněné kovovékonstrukce tak, aby se neprovedla pouze ochranná funkce, nýbrž aby z hlediska katodíckéhp ochranného proudu mělo ochran-né uzemněni značně větší odpor než je odpor obložení kovovékonstrukce.

Jedno takové řešení navrhl V.T. Morgan v práci: "Pola-rizační článek pro uzemnění katodicky chráněného kabelovéhosystému", Corrosion Science 5/1965, str, 225-237. Morgan vy- ~ίί- 226 728 vinul polarizační článek pro uzemnění katodicky chráněnéhokabelového systému, u kterého niklové elektrody ponořené doroztoku hydroxidu draselného kladou velký odpor stejnosměr-nému proudu, avšak současně při zkratu propouštějí s malýmodporem odváděný střídavý proud.

Peinet navrhuje k tomu účelu Ni-Cd článek v práci: "Vliv zkratových proudů na ocelovou ochrannou trubku kabelus tlakovým plynem, opatřeného katodickou ochranou"', Elektri-zitatswirtschaft 75. 19·. 1976, strany 600-603.

Společnou nevýhodou systémů je, že tyto kladou velkýodpor i stejnosměrnému proudu blesku nebo elektrostatickéhonáboje, přitom se po zkratu střídavého proudu musí elektrolytčas od času vyměnit.

Autoři Verina v práci "Současná ochmana kabelů opatřenýchizolačním obložením ve tvaru hadice proti korozi, blesku avnějšímu elektromagnetickému poli", Korozia i zaščita 2» 1975»str. 13-17} Munjic v práci "Vliv proudového obvodu bezpeč-nostního uzemnění při antikorozní ochraně kabelu pro přenosenergie”, Korozia i zaščita 1, Ϊ973, str. 24-26, a Dúbrovskijv práci "Schémata antikorozních ochran kabelů”, Električeskijestancii 4, 1969, str. 60-61 navrhují použití ventilů sestave-ných z diod zapojených paralelně a proti sobě, vhodných proodvádění jak stejnosměrného tak střídavého proudu. Nevýhodatěchto řešení spočívá v tom, že odpor kladený katodickémuochrannému proudu má tak dlouho velkou hodnotu, dokud v pro-pustném směru nenastane rozdíl napětí 0,6 V. Když napěXový -5- 226 728 rozdíl překročí výše uvedenou hodnotu, stanou se ventilyvodivými a nejsou schopny plnit stanovený úkol, protože od-vádějí i katodický ochranný proud. Úkolem vynálezu je vyvinout řešení, které nenarušuječinnost katodické,ochrany, nýbrž při zkratů, statickém ná-boji apod. ihned provede uzemnění s dobrou vodivostí.

Vynález spočívá na poznatku, že když se mezi ochrannéuzemnění a chráněnou kovovou konstrukci zabuduje obvod obsahující elektronické prvky, mezi nimi i tyristor, jejich dvojiceantiparalelně zapojená nebo triak, řídí se systém v zapojenípodle vynálefcu sám tak, že působí na napěťový rozdíl vznika-jící mezi ochranným uzemněním a chráněnou kovovou konstrukcí,přičemž napěťový rozdíl se dá nastgrvit v širokém rozsahu nahodnotu, při které se odpor omezí na minimum. V případě stří-davého proudu se úkol splní pomocí dvou, antiparalelně zapoje-ných jednotek, popřípadě se mohou použít prvky triak.

Vynález se týká zapojení, jehož pomocí se vytvoří poten-ciálový tunel. Uvnitř potenciálového tunelu může katodovýochrana být udržována v činnosti, avšak každá hodnota napětí,která je mimo něj, se přivede do zkratu. S ohledem na to, žemezi chráněným zařízením a uzemněním se i při střídavém proudumá zajistit plnohodnotné spojení vedení, může se použít itakzvaný antiparalelně zapojený pár tyristorů. Současně všaknení k dispozici žádná katodická ochrana se střídavým proudem,takže se regulovaná prahová hodnota napětí požaduje pouze přizáporné polaritě napětí} v tom případě se jeden tyristor na- hradí diodou. 226 728

Nejdůležitější výhody vynálezu lze shrnout následovně:Konstrukce s jednoduchým zapojením zařazená mezi ochrannéuzemnění a chráněné zařízení vytvoří zkrat při dosažení pře-dem nastavené prahové hodnoty napětí, čímž se zabrání dalŠímu zvyšování napětí a nebezpečný proud se odvede. •

Zařízení podle vynálezu představuje velký odpor prokatodický ochranný proud mezi ochranným uzemněním a chráněnýmzařízením. V tomto zapojení se může při každé požadované kato-dické ochraně nastavit příslušná výše potenciálového tunelu.

Zařízení je provozně bezpečné a nevyžaduje, kromě běžnékontroly ochranného uzemnění, ani údržbu ani dozor. Lze hos výhodou použít pro katodickou ochranu podzemního potrubí,zařízení, atd.

Vynález je dále podrobněji vysvětlen na příkladu pro-vedení pomocí připojených výkresů, kde:

Obr. 1 představuje schéma zapojení podle vynálezu.

Obr. 2 představuje diagram průběhu napětí nakrátko v zá-vislosti na čase při poškození katodicky chráněného pancéřového vysokonapěíového kabelu s uzemněním opatřeným automatickýmodpojovacím zařízením.

Podle obr. 1 je mezi katodicky chráněnou konstrukci 1s ochranným uzemněním 2>provedeným podle předpisů, zařazenoodpojovači zařízení 2. Zapojení v odpojovacím zařízení 2 ob- . 226 728 -7- sáhuje diodu a tyristor T, zapojené antiparalelně. Místodiody může být zapojen tyristor opatřený zapalovacím ob-vodem, popřípadě oba polovodičové prvky mohou být nahrazenytriakem příslušného vhodného výkonu. Vývody vystupují z antiparalelního zapojení.

Zapálení tyristoru T se zajistí diodou D2 a odporem R.Výše potenciálového tunelu se dá regulovat změnou hodnotyodporu R. Výše potenciálového tunelu se pohybuje v rozsahu od2 do 3 V a je maximálně 20 V. Obvykle se požaduje 2 až 3 V.Rovněž zapalovací napětí tyristoru činí 2 až 3 V. Při volbě polovodičů je směrodatná hodnota očekávanéhomaximálního zkratového proudu. Následkem antiparalelního za-pojení nemůže závěrné napětí v žádném případě dosáhnout kri-tické hodnoty, protože napětí v propustném směru jednoho po-lovodiče se nerovná závěrnému napětí druhého polovodiče.

Na obr. 2 je znázorněn diagram průběhu napětí nakrátkov závislosti na čase při poškození katodicky chráněného pancé-řového vysokonapěíového kabelu s uzemněním opatřeným odpojovacímzařízením. Křivka 4 představuje nebezpečné napětí nakrátko,zatím co křivka představuje katodické napětí, které je v činn-nosti u ochrany s vnějším proudovým zdrojem. Na uzemnění, kterébezvadně funguje při zkřatu, vzniká napětí 6, přičemž čára 2označuje výši nastaveného potenciálního tunelu.

Na obr. 2 je číslem 8 označeno prahové napětí předepsanénormou o ochraně proti dotyku. Výše popsané křivky vymezují následující pole: S~ 226 728 I. pole vedení diody

II. pole vedení tyristoru T III. pole katodické ochrany IV. pole zbytkového napětí polovodiče V. pásmo inhibičního napětí

Nejdůležitější části jsou tedy znázorněny na obr. 2

Claims (5)

1. -9- P Se D MÍ T VYNÁLEZU 226 728

   1. Zapojení pro odpojování ochranného uzemnění, vesta-věné do katodického ochranného systému mezi ochranné uzemněnía chráněné zařízení, vyznačující se tím, že odpojovači zaříze-ní (2) je tvořeno polovodičovými spínacími prvky a je zapojenomezi ochranné uzemnění (3) a chráněné zařízení (1).
2. 2. Zapojení podle bodu 1, vyznačující se tím, že jakopolovodičový Spínací prvek jsou zapojeny dioda (D-j.) a anti-paralelně tyristor (T) opatřený zapalovacím obvodem.
3. 3. Zapojení podle bodu 1, vyznačující se tím, že jakopolovodičový spínací prvek je zapojena dvojice tyristorů opat-řených zapalovacími obvody.
4. 4. Zapojení podle bodu 1, vyznačující se tím, že jakopolovodičový spínací prvek je zapojen triak.
5. 5. Zapojení podle bodů 2 až 4, vyznačující se tím, žezapalovací obvod sestává z diody (Dg) a odporu (R).