CS233504B1 - Zapojení pro katodickou ochranu úložných zařízení - Google Patents

Abstract

Vynález se týká zapojení pro katodickou ochranu úložných zařízení, například potrubních linek a nádrží. Vynález řeší problém vhodného provedení zdroje pro katodickou ochranu určeného do oblastí s bludnými proudy i bez nich s ohledem na zajištění minimálních ztrát elektrické energie. Podstata vynalezu spočívá v tom, že k napájecí svorce 1 je přes odrušovací filtr 2 připojen usměrňovači a filtrační člen 3, výstup je propojen přes spínací obvod 4 s primárním vinutím transformátoru 5, jehož sekundární vinutí je připojeno ke vstupu usměrnovecího obvodu 6 a jeho výstup je připojen přes filtr 7 k chráněné konstrukci 8 e anodovému uzemnění 9, spínací obvod 4 je kromě toho spojen přes budicí obvod 10 s převodníkem 11 napětí-šířka impulsu, který je déle spojen s generátorem 12 obdélníkového napětí a se zesilovačem 14 odchylky, jenž je propojen se zdrojem 13 referenčního napětí a bud přes napětový dělič t5 s filtrem 7 nebo přes vstupní zesilovač 16 se snímací elektrodou 17 a chráněnou konstrukcí 8.

Description

Vynélez se týká zapojení pro katodickou ochranu úložných zařízení, nepříklad p0trubních linek a nádrží.

V současné dobé používané usměrňovače pro katodickou ochranu jsou převážně určeny pro výkony nad 1 kW. Vyrábějí se řízené i neřízené usměrňovače jednofázové e neřízené usměrňovače třífázové. Kromě toho je znám princip ručně i eutometicky řízeného usměrňovače se Ztrátovou regulací pomocí tranzistoru. Toto řeěení je popsáno v čs. AO S. 218 456.

V oblastech bez bludných proudů, kde se používají ručně řízené usměrňovače, je třeba nastavit výstupní nepití usměrňovače tak, aby chráněný úsek potrubí měl požadovanou hodnotu potenciálu potrubí-půda. K ruční regulaci usměrňovačů se až dosud používaly transformátory, popř. se používala ztrátová regulace pomocí proměnného odporu nebo tranzistoru. Spojitou regulaci výstupního napětí zajiSluje regulační autotraneformátor, který je zařazen před vlastní silový transformátor, jenž přizpůsobuje proměnné sílové napětí potřebám katodické ochrany. Použiti autotraneformátoru k řízení výstupního napětí neřízeného usměrňovače mé řadu nevýhod. Na každém transformátoru dochází k určitým ztrátám elektrické energie, dva transformátory mají ztráty dvojnásobné, navíc použití autotranaformétoru snižuje spolehlivost zařízení katodické ochrany. Zvláětě při použití této konfigurace pro malé výkony je účinnost značně nízké a zdaleka nedosahuje ani 50 %.

Skoková regulace výstupního napětí se provádí přepínáním odboček sekundárního vinutí transformátoru, popř. použitím dvou primárních vinutí, která se spojují bu3 paralelně nebo sériově. Použití takového usměrňovače v oblastech s nízkou průměrnou vodivostí izolace potrubí je problematické. Potenciál potrubí-půda je buS přiliě vysoký nebo nízký. Aby se dosáhlo správné hodnoty ochranného potenciálu je třeba v sérii s usměrňovačem zařadit reostat, na kterém dochází k dalěím zbytečným ztrátám elektrické energie, nevíc je pohyblivý kontakt zdrojem častých poruch.

Dosud používané řízené usměrňovače s jmenovitým výstupním výkonem 1,2 kW používaly k regulaci výstupního napětí dvojici entiparalelně spojených tyristorů v priméru silového transformátoru. Tyto usměrňovače jsou určeny pro výstupní proudy do 30 A při maximálním výstupním napětí 45 V. Řídicí obvod pro spínání tyristorů obvykle umožňuje plynule měnit úhel otevřeni tyristorů od 10° do 170°, což odpovídá změně výstupního výkonu od 1 do 99 % jmenovitého výstupního výkonu. Při použití těchto usměrňovačů v oblastech, fcde stačí meněí ochranný proud při současně nízkém napětí lze sice nestavit potenciál potrubí-půda na optimální velikost s dostatečnou přesnosti, avšak účinnost tyristory řízeného výkonového usměrňovače je v tomto-případš- velmi nízká v důsledku úbytku napětí na tyristorech, ztrát na usměrňovacím můstku a nízké účinnosti silového transformátoru při malém přenášeném výkonu.

Při použití automaticky řízených usměrňovačů s tyristorovým řízením v primářů silového transformátoru dochází někdy k nespolehlivému spínáni tyristorů e tím i výpadku prvků před usměrňovačem.

Cena zařízení určeného pro výstupní výkon 1,2 kW je podstatně vyšší než u zeřízení s výstupním výkonem např. do 300 IV. V usměrňovači o výkonu 1,2 kW jsou použity tyristory 16 A pro napětí 1 000 V a rovněž výstupní usměrňovači můstek má proudovou zatížitelnost 50 A. Použití těchto velmi drahých součástek pro výstupní proud do 5 A a výkon maximálně 300 W je znečně neekonomické. Další zbytečnou nákladnou součástí je silový transformátor, který je dimenzován na 2 kVA a jeho cena je i tomu úměrnó.

Použití usměrňovače se ztrátovou regulací pomocí tranzistoru je sice možné, evšak vzhledem k povaze regulace, které je čistě odporová, dochází na regulačním tranzistoru k vývinu značného množství tepla, které musí být odváděno. Usměrňovače katodické ochrany pracují nepřetržitě a tuto skutečnost je třeba respektovat při návrhu chladiče regulačního tranzistoru. Vzhledem k uvedenému lze bez větších obtíží realizovat usměrňovač, kde na regulačních branžistoreeh dochází ke ztrátovému výkonu nejvýš několik desítek wetů, což odpo3 2 3 35 0 4 νίόέ usměrňovači s výstupním výkonem maximálně 100 až 200 W. Při požadovaném ztrátovém výkonu větším než 30 W je třeba použít v usměrňovači nucené chlazení, což s sebou přináší další potíže. Kromě toho usměrňovač se ztrátovou regulací vyžaduje použít sílový transformátor, který má na sekundárním vinutí několik odboček. Změna výstupního napětí se provádí hrubě přepínáním odboček sekundárního vinutí a jemně ztrátovou regulací tranzistorem. Toto uspořádání je sice snadno použitelné u ručně řízeného usměrňovače, avšak u automaticky řízeného usměrňovače s sebou přináší mnohé těžkosti. Vhodná odbočka na sekundárním vinutí se nastaví před uvedením do provozu ručně a usměrňovač při automatickém provozu je schopen provádět jen takové změny výstupního napětí, které dovolí předem nastavené odbočka. Odbočku je třeba volit nejen s ohledem na požadovaný výstupní proud, ale i na maximální dovolený rozptylový výkon na regulačním tranzistoru. Tyto požadavky jsou ale často protichůdné a v mnohých případech znemožňují použití automaticky řízeného usměrňovače s odporovou regulací pomocí tranzistoru.

Tyto nevýhody odstraňuje zapojení podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že k napájecí svorce J je přes odrušovací filtr 2 připojen usměrňovači a filtrační člen J, jehož výstup je propojen přes spínací obvod A s primárním vinutím transformátoru J, jehož sekundární vinutí je připojeno ke vstupu usměrňovecího obvodu 6 a jeho výstup je připojen přes filtr 1 k chráněné konstrukci 8 a anodovému uzemnění 2, spínací obvod J je kromě toho spojen přes budicí obvod 10 s převodníkem 11 nepětí-šířke impulsu, který je déle spojen s generátorem 12 obdélníkového nepětí a se zesilovačem 14 odchylky, jenž je propojen se zdrojem 13 referenčního napětí a buS přes napělový dělič 15 s filtrem 1 nebo přes vstupní zesilovač 16 se snímací elektrodou 17 a chráněnou konstrukcí 8.

Hlavní výhoda vynálezu je vysoká účinnost zdroje s impulsním měničem. Na impulsním měniči dochází k minimálním ztrátám nebol výkonové tranzistory zajišlující regulaci výstupního nepětí pracují ve spínacím režimu. Účinnost zdroje s impulsním měničem závisí do určité míry na výstupním napětí, ale při výstupním napětí nad 5 V se téměř nemění a dosahuje až 90 ».

Zdroj s impulsním měničem má oproti klasickému provedení nižěí váhu a menší rozměry, což je dáno hlavně tím, že neobsahuje silový transformátor v klasickém provedení. Použité transformátory a tlumivky jsou melé v důsledku použití vysoké pracovní frekvence. Malé tepelné ztráty způsobené pouze spínacími pochody umožňují použít mnohem menší chladiče, což rovněž přispívá ke snížení váhy. Impulsní regulace zajiěluje stabilizované výstupní napětí nebo proud nezávisle na kolísání silového napětí a kmitočtu sítě od 40 do 400 Hz.

Impulsně regulovaný zdroj pro katodickou ochranu je sice z hlediska elektrického zapojení složitější, ale i přesto je ekonomicky výhodnější, protože vykazuje minimální ztráty elektrické energie, umožňuje snížit pracnost při výrobě, šetří materiál a v důsledku použiti nového principu regulace mé při stejném výstupním výkonu přibližně 10křát menší objem než usměrňovač katodické ochrany zapojený klasickým způsobem.

Příkladná provedení vynálezu jsou znázorněna na obr. t a 2.

Na obr. 1 je příklad provedení ručně řízeného zdroje pro ’’8todic-ou ochranu s impulsním měničem, určeného pro oblast bez bludných proudů, na obr. 2 je příklad provedení automaticky řízeného zdroje pro katodickou ochranu 8 impulsním měničem určeného do oblasti s bludnými proudy.

Na obr. 1 je přes odrušovací filtr 2 připojen usměrňovači a filtrační člen J v napájecí svorce J. Spínací obvod £ propojuje usměrňovači a filtrační člen J s transformátorem měniče 2, který je propojen přes usměrňovači obvod 6 se vstupem výstupního filtru 2· Výstupní filtr 2 je svým výstupem propojen s anodovým uzemněním 2 e chráněnou konstrukcí 8. Spínací obvod £ je kromě toho propojen s budicím obvodem JO, který je spojen s výstupem převodníku JU napětí-šířka impulsu. Převodník 11 je ještě spojen s generátorem 12. a zesilovačem JJ

233504 4 odchylky. Zesilovač 14 je vstupy spojen se zdrojem 13 referenčního nepětí e přes napělový dělič 15 s výstupním filtrem 2·

Ne obr. 2 je zapojení totožné se zapojením na obr. 1 s tím, že na obr. 2 je vstup zesilovače 14 odchylky spojen se zesilovačem 1 6, který je déle spojen se snímací elektrodou 17 a chráněnou konstrukcí 8.

Funkce zapojení podle obr. 1 je následující. Sílové napětí z napájecí svorky χ se usměrní a vyhledí usměrňovacím a filtračním členem J. Odruěovací filtr 2 zabraňuje zpětnému pronikání ruěivých napětí z impulsního měniče zpět do sílového rozvodu. Přeruěovené sílové napětí je přiváděno ze spínacího obvodu £ do primárního vinutí transformátoru g, vterý galvanicky oddělí a transformuje impulsní napětí na vhodnou velikost. Nepětí na sekundárním vinutí transformátoru g je střídavé s obdélníkovým průběhem. Kmitočet obdélníků je určen generátorem 12, střída závisí na velikosti stejnosměrného nepětí ze zesilovače 14 odohylky. Napětí z transformátoru g se usměrňuje v usměrňovacím obvodu 6 a filtruje ve filtru 2· Filtr 2 vytváří z usměrněného impulsního nepětí stejnosměrné, které neobsahuje žádné ruSivé složky. Vzorek výstupního napětí se přivádí přes nspělový dělič 15 do zesilovače 14 odchylky, kde se porovnává s referenčním napětím ze zdroje 13 referenčního napětí a výsledné chybové napětí ovládá převodník 11 napěti-ěířka impulsu. Obdélníky s proměnnou střídou z převodníku 11 napětí-ěířke impulsu jsou vedeny do budicího obvodu Ig, který ovládá spínací obvod £.

Funkce zapojení padle obr. 2 je shodné jeko u zapojení podle obr. 1 s tím rozdílem, že výstupní nepětí přiváděné na chráněnou konstrukci 8 a anodové uzemnění g je řízeno potenciálním rozdílem snímaným mezi snímací elektrodou 17 a chráněnou konstrukci 8. Potenciální rozdíl elektrodn-chréněné konstrukce je veden přes vstupní zesilovač 16 do rozdílového zesilovače 1 4. Vstupní zesilovač 16 zajiěiuje dostatečný vstupní odpor pro elektrodu 17 a současně zajiěiuje vhodné omezení a vydělení přiváděného nepětí.

V důsledku zavedení zpětné vazby z výstupního filtru 2 přes chráněnou konstrukci 8, anodové uzemnění g a snímací elektrodu 17 do vstupního zesilovače 1 6. je udržován potenciální rozdíl chráněné konstrukce-půda na konstantní hodnotě nezávisle ne velikosti bludných proudů v zemi. Velikost potenciálu chráněné konstrukce-půda je určena napětím zdroje 13 referenčního napětí a ziskem vstupního zesilovače 16.

Vynélezu lze použít např. v plynárenství, vodárenství, petrochemii a zapojení je vhodné zejména pro malé a střední výkony.**

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Zapojení pro ketodickou ochrenu úložných zařízení vymečené tím, že k napájecí svorce (1) je přes odruěovací filtr (2) připojen usměrňovači a filtrační člen (3), jehož výstup je propojen přes spínací obvod (4) s primárním vinutím transformátoru (5), jehož sekundární vinuti je připojeno ke vstupu usměrňovacího obvodu (6) a jeho výstup je připojen přes filtr (7) k chráněné konstrukci (8) a anodovému uzemnění (9), přičemž spínací obvod (4) je déle spojen přes budicí obvod (10) s převodníkem (11) napětí-ěířke impulsu, který je jednak spojen s generátorem (12) obdélníkového napětí a jednak se zesilovačem (14) odchylky, jenž je propojen se zdrojem (13) referenčního napětí a bu3 přes napělový dělič (15) s filtrem (7) nebo přes vstupmí zesilovač (16) se snímací elektrodou (17) a chráněnou konstrukcí (8).