DE2361547A1 - Cathodic protection of buried metal objects - using periodic switch-off potential for adjusting protective current - Google Patents
Cathodic protection of buried metal objects - using periodic switch-off potential for adjusting protective currentInfo
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Abstract
Description
Karl Heinz OrtmannKarl Heinz Ortmann
Kathodischer Korrosionsschutz mit einem vom Abschält- · potential gesteuertem Fremdstromschutzgerät.Cathodic corrosion protection with a peel-off potential controlled external current protection device.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren,das im Erdboden verlegte metallene Anlagen gegen Korrosion nach dem kathodisehen Schutzverfahren schützt , wobei das Gerät so gesteuert wird, daß ein vorgegebenes " Abschaltpotential " eingehalten wird» Bei Stahlrohrleitungen oder Stahlbehältern deren Temperaturen im Erdboden höher sind als die Normaltemperatüren kann bei einem Abschaltpotential , welches von einem bestimmten Wert um mehr als 100 mV abweicht,u.a.Spannungsrißkorrosion auftreten.Diese Korrosion kann nur vermieden werden , wenn das Abschaltpotential unabhängig von Streustromeinflüssen und Änderungen des Spannungsabfalls im Erdboden konstant gehalten wird. Auch in besonders extremen Fällen kann bei Metallen bei normalen Temperaturen das Schutzkriterium "Abschaltpotential " wichtig sein.Zu diesem Zweck muß ein Gerät eingesetzt werden,welches das Abschaltpotential auswertet und den Schutzstrom so regelt,daß das Abschaltpotential in engen Grenzen eingehalten wird .The invention relates to a method that laid in the ground protects metal systems against corrosion according to the cathodic protection process, whereby the device is controlled in such a way that that a specified "switch-off potential" is adhered to » In the case of steel pipelines or steel tanks whose temperatures in the ground are higher than normal temperatures at a switch-off potential which deviates from a certain value by more than 100 mV, including stress corrosion cracking This corrosion can only be avoided if the switch-off potential is constant regardless of the effects of stray currents and changes in the voltage drop in the ground is held. Even in particularly extreme cases, the protection criterion can be used for metals at normal temperatures "Shutdown potential" should be important. For this purpose a device be used, which evaluates the switch-off potential and regulates the protective current so that the switch-off potential in narrow limits are adhered to.
Bisher sind kathodische Schutzgeräte bekannt,bei denen der Schutzstrom von Hand eingestellt wird und geregelte Schutzgeräte bei denen der Schutzstrom durch ein Regelglied dauernd den Erfordernissen angepaßt wird . Der Schutzstrom wird über einen Gleichrichter einer Wechse!spannungsversorgung entnommen.Bei geregelten Schutzgeräten wird ein gewünschtes Potential an einem Sollwertgeber eingestellt.Im Regelglied wird die Soll- und Istspannung des Potentials verglichen und mittels eines gesteuerten Endverstärkers der Schutzstrom so geregelt,daß ein konstantes Schutzpotential eingehalten wird.Als Potential wird die Spannung des Schutzobjektes gegenüber dem Erdboden,gemessen mit einer Bezugshalbzelle,definiert. Bei derartigen Anlagen wird das geforderte Potential konstant gehalten,jedoch ist in dieser Größe der Spannungsabfall im Erdboden, hervorgerufen durch den Schutzstrom oder einen im Erdboden fließenden Streustrom enthalten . Als eindeutiges Schutzkriterium gilt aber das " Abschaltpotential " o So far, cathodic protective devices are known in which the protective current is set by hand and regulated protective devices in which the protective current is continuously adapted to the requirements by a control element. The protective current is taken from an alternating voltage supply via a rectifier. With regulated protective devices, a desired potential is set at a setpoint generator The potential is defined as the voltage between the protected object and the ground, measured with a reference half-cell. In such systems, the required potential is kept constant, but this size includes the voltage drop in the ground, caused by the protective current or a stray current flowing in the ground. However, the "switch-off potential" or similar applies as a clear protection criterion
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Das Abschaltpotential ist das mit einer Bezugselektrode gemessene Potential des Schutzobjekts, das unmittelbar nach Abschalten des Schutzstromes gemessen wird . Dieses Potential setzt sich aus dem Ruhepotential des Metalls und dem Polarisationspotential zusammen. Die Depolarisation verläuft bei Blei sehr schnell ( in Mikrosekunden ), bei Stahl jedoch verhältnismäßig langsam. Mißt man bei Stahl das Potential innerhalb einer Sekunde nach Abschalten des Schutzstromes,so erhält man das Abschaltpotential als Schutzkriterium. Bei Blei ist wegen der schnellen Depolarisation diese Methode nicht anwendbar.The switch-off potential is the potential of the protected object measured with a reference electrode, which immediately after Switching off the protective current is measured. This potential is made up of the rest potential of the metal and the polarization potential together. The depolarization takes place very quickly (in microseconds) with lead, but with steel relatively slow. If you measure the potential of steel within one second after switching off the protective current, the switch-off potential is obtained as a protection criterion. at Because of the rapid depolarization of lead, this method cannot be used.
(Handbuch des kathodischen Korrosionsschutzes von W.v. Baeckman / W.Schenk , Verlag Chemie GmbH Weinheim /Bergstr. Ausgabe 1971 , Seiten 65-68, 142-152 , 240 . Richtlinien für die Überwachung des kathodischen Korrosionsschutzes erdverlegter Stahlrohrleitungen, DVGW Regelwerk Arbeitsblatt GW10 August 1971, Vertrieb ZfGW Verlag GmbH Frankfurt / M Zeppelinallee 38 Seiten 6-8 ) ·(Handbook of cathodic corrosion protection by W.v. Baeckman / W.Schenk, Verlag Chemie GmbH Weinheim / Bergstr. 1971 edition, pages 65-68, 142-152, 240. Guidelines for the monitoring of the cathodic corrosion protection of buried ground Steel pipelines, DVGW set of rules, worksheet GW10 August 1971, sales ZfGW Verlag GmbH Frankfurt / M Zeppelinallee 38 pages 6-8)
Sämtliche bisher angewendeten Schutzverfahren messen bei der Regelung oder Steuerung des Schutzstromes den Spannungsabfall im Erdboden mit.Eine Schutzanlage,die den Schutzstrom so regelt, daß das Schutzkriterium,nämlich das Abschaltpotential eingehalten wird,ist bisher nicht bekannt . Bei Streustromeinflüß ist das Abschaltpotential nach dem oben beschriebenen Verfahren ebenfalls nicht meßbar .All protection methods used to date measure the voltage drop when regulating or controlling the protective current A protective system that regulates the protective current in such a way that that the protection criterion, namely the shutdown potential, is complied with is not yet known. In the event of stray currents is the switch-off potential according to the one described above Process also not measurable.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,ein kathodisches Schutzgerät so zu steuern , daß ein vorgegebenes Abschaltpotential in engen Grenzen eingehalten werden kann .The invention is based on the object of a cathodic Control the protective device in such a way that a specified switch-off potential can be maintained within narrow limits.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,daß das Schutzobjekt oder ein Teil des Schutzobjekts,beziehungsweise ein Teststück,vom Schutzstrom in einstellbaren Zeitintervallen abgeschaltet wird und in einer Vergleicher-Schaltung das Abschaltpotentials eines geschützten Objektes unmittelbar nach dem Abschalten gemessen wird und die Differenz zwischen Soll- und Istwert als Regelgröße einem entsprechend ausgebildeten Schutzgerät zugeführt wird .This object is achieved in that the Protected object or part of the protected object, respectively a test piece, from the protective current in adjustable time intervals is switched off and in a comparator circuit the switch-off potential of a protected object immediately is measured after switching off and the difference between the setpoint and actual value as a control variable is appropriately designed Protective device is supplied.
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In vielen Fällen genügt es, den Schutzstrom in Abhängigkeit . vom unmittelbaren Abschaltpotential des Schutzobjektes selbst zu regeln,in einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird in Gebieten ohne Streustromeinfluß die Schutzleitung zwischen Schutzgerät und Schutzobjekt periodisch, kurzzeitig durch einen Schalter aufgetrennt,so daß das Potential des Schützobjekts in dieser kurzen Unterbrechnungszeit von etwa einer Sekunde als Abschaltpotential im Gerät zur Verfügung steht.In many cases it is sufficient to depend on the protective current. the immediate switch-off potential of the protected object itself to regulate, in a further embodiment of the invention is in Areas without the influence of stray currents, the protective line between Protective device and protected object periodically, briefly separated by a switch, so that the potential of the protected object in this short interruption time of about one Second is available as switch-off potential in the device.
Wird das Potential des Schutzobjektes durch Streustrom beeinflußt, so kann das Potentials des Schutzohjekts selbst nicht als Abschaltpotentiäl herangezogen werden,in einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird ein Teststückydas aus dem gleichen Werkstoff wie das Objekt besteht,von diesem jedoch elektrisch getrennt ist,durch einen periodisch arbeitenden Schälter während einer Zeit von mehreren Minuten zum Aufbau einer Polarisation mit dem Objekt verbunden wird und dann kurzzeitig für etwa eine Sekunde vom Objekt ab und an einen Vergleicher angeschaltet wird, um hier das Abschaltpotential als Regelgröße auszuwerten . . .If the potential of the protected object is influenced by stray current, the potential of the protected object itself cannot can be used as a shutdown potential, in another Embodiment of the invention becomes a test piece made of the same Material like the object, but is electrically separated from it, by a periodically operating switch is connected to the object for a period of several minutes to build up a polarization and then briefly for about a second from the object and a comparator is switched on in order to evaluate the switch-off potential as a control variable. . .
Für die einzelnen Funktionsgruppen des Verfahrens können bekannte Geräte verwendet' werden,in einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird ein Gerät zusammengestellt,in dem als ; Schalter zur Unterbrechung der Schutz- oder Meßstromkreise und als Vergleicher, Stellglieder und Regler elektrOmechanische, elektromagnetische oder elektronische Geräte verwendet werden.For the individual functional groups of the method, known devices can be used, in a further embodiment of the invention, a device is put together in which as ; Switches can be used to interrupt the protective or measuring circuits and as comparators, actuators and regulators for electro-mechanical, electromagnetic or electronic devices.
Zwei Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt, und werden nachfolgend beschrieben :Two embodiments are shown in the drawings, and are described below:
1. Ausführung für Schutzanlagen ohne Streustromeinfluß. Die Figur 1 zeigt das Blockschaltbild einer ,Vorrichtung', zur Anwendung des Verfahrens.Das' im Erdboden verlegte Schutzobjekt, z.B. ein Gasrohr,ist mit 8 bezeichnet. Dieses Rohr, ist über ein Schaltgerät mit der Minusklemme eines Schutzgerätes ( netzgespeistes Gleichrichtergerät .) verbunden. Das Schaltgerät 6 z.B. ein Schütz wird über einen periodisch : arbeitenden Unterbrecherschalter gesteuert. An diesem Unterbrecher 5 ist die Abschaltzeit bis drei Sekunden und die Einschaltzeit je nach Erfordernis bis zwanzig Minuten ein stellbar. Die Pluklemme des Schutzgerätes ist mit der Anode 91. Version for protection systems without the influence of stray currents. Figure 1 shows the block diagram of a 'device', to apply the method. The protected object laid in the ground, e.g. a gas pipe, is marked 8. This pipe, is connected to the negative terminal of a protective device (mains-fed rectifier device) via a switching device. That Switching device 6 e.g. a contactor is periodically: working breaker switch controlled. At this breaker 5 is the switch-off time up to three seconds and the Switch-on time can be set up to twenty minutes, depending on requirements. The positive terminal of the protection device is connected to the anode 9
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verbunden. Der im Schutzgerät erzeugte Schutzstrom wird vom Regler 2 - gesteuert. Der Vergleicher 3 vergleicht die Spannung zwischen dem Rohr und einer Bezugselektrode 7 mit der Spannung des Sollwertgebers 4 und wirkt auf ein Stellglied im Regler 2 . Als Stellglied kann entweder ein Motorpotentiometer oder ein Schrittschaltwerk oder ein elektronisches Regelglied verwendet werden.tied together. The protective current generated in the protection device is controlled by controller 2. The comparator 3 compares the voltage between the pipe and a reference electrode 7 with the voltage of the setpoint generator 4 and acts on Actuator in controller 2. Either a motor potentiometer or a stepping mechanism or a electronic control element can be used.
Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens ist' folgende: Das Schutzgerät erzeugt aus dem Netz einen Gleichstrom. Dieser Gleichstrom wird über einen Stelltransformator oder einen Magnetverstärker auf einen bestimmten Wert eingeregelt. Diese Regelgröße wird dem Schutzgleichrichter, vom Regler zugeführt. Der Regler erhält sein Regelkommando vom Vergleicher. Der Vergleich der Meßspannung zwischen Schutzobjekt 8 und der Bezugselektrode 7 mit der Sollwertspannung 4 wird immer nur während der eine Sekunde dauernden Abschaltzeit durchgeführt. Zu diesem Zweck wird über einen Hilfskontakt des Schalters 6 der Vergleicher nur im Zeitraum der Abschaltung wirksam geschaltet. Wird beim Vergleich der beiden Spannungen festgestellt, daß statt des Sollwertes von z.B. - 950 mV ein um die zulässige Differenz von.z.B. 10 mV höherer oder niedrigerer Wert vorhanden ist, so gibt der Vergleicher an das Stellglied im Regler 2 ein entsprechendes Komniando für eine Erhöhung oder Verringerung des Schutzstromes. Durch diesen periodischen Meß- und Regelvorgang nur während der Abschaltzeit kann das Schutzgerät ein bestimmtes vorgegebenes Potential auf konstanter Höhe innerhalb der vorgegebenen Grenzen halten.The method according to the invention works as follows: The protection device generates a direct current from the network. This direct current is supplied via a variable transformer or a magnetic amplifier adjusted to a certain value. This controlled variable is sent to the protective rectifier by the controller fed. The controller receives its control command from the comparator. The comparison of the measuring voltage between protected object 8 and the reference electrode 7 with the setpoint voltage 4 is only ever switched off during the one second duration carried out. For this purpose, the comparator is only switched off via an auxiliary contact of switch 6 activated. If, when comparing the two voltages, it is found that instead of the setpoint of e.g. - 950 mV by the permissible difference of e.g. If the value is 10 mV higher or lower, the comparator gives a corresponding command to the actuator in controller 2 for increasing or decreasing the protective current. Due to this periodic measuring and control process only during the switch-off time the protective device can achieve a certain predefined potential at a constant level within the predefined limits keep.
2. Ausführung für Schutzanlagen mit Streustrom-Beeinflussung. Die Figur 2 zeigt etwa die gleichen Geräte wie die Figur 1 jedoch ist hler der Meßanschluß des Vergleichers 3 nicht mit dem Schutzobjekt selbst, sondern über den Schalter 12 mit einem Teststück I4 verbunden. Dieses Teststück besteht aus2. Version for protection systems with influence of stray currents. FIG. 2 shows roughly the same devices as FIG. 1 however, the measuring connection of the comparator 3 is not connected to the protected object itself, but via the switch 12 connected to a test piece I4. This test piece consists of
ρ
einem etwa 1 dm großen, auf einer Seite blanken Metallteil, welches aus dem gleichen Werkstoff besteht," wie das Schutzobjekt.
Mit der anderen Seite liegt das Teststück elektrisch isoliert am Rohr an, so daß es etwa die gleiche Temperaturρ
a metal part about 1 dm in size, bare on one side and made of the same material as the object to be protected
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aufweist wie das Rohr selbst. Das Teststück kann erforderlichenfalls auch in geringer Entfernung vom Schutzobjekt-eingebaut werden.as the pipe itself. The test piece can, if necessary also installed at a short distance from the protected object will.
Anstelle eines Schutzgleichrichters mit einfacher Einstellung ist ein bekannter potentiostatisch regelnder Gleichrichter 10 eingesetzt-. Dieses Schutzgerät regelt den vom Streustrom beeinflußten Schutzstrom so, daß am Meßort immer ein gleichbleibendes Potential erhalten bleibt. Diese Regelung erfolgt durch einen mit Magnetverstärkern ausgerüsteten Regelzusatz. Die Steuerspannung wird dem Regelvorsatz üöer die Steuersonde 13 zugeführt. Das einzuhaltende Potential wird an einem besonderen Sollwerteinsteller 11 eingestellt. Dieser Sollwerteinsteller wird durch ein vom Vergleicher 3 angesteuertes Stellglied verändert. :Instead of a protective rectifier with a simple setting is a known potentiostatically regulating rectifier 10 used-. This protective device regulates the protective current influenced by the stray current so that there is always a constant one at the measuring location Potential is retained. This regulation is carried out by a control add-on equipped with magnetic amplifiers. The control voltage is transmitted to the control attachment via the control probe 13 fed. The potential to be maintained is based on a special one Setpoint adjuster 11 set. This setpoint adjuster is controlled by an actuator controlled by the comparator 3 changes. :
Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Schutzgerätes für, diesen Pail wird wie -folgt beschrieben:The mode of operation of the protective device according to the invention for this Pail is described as follows:
Das Schutzgerät ist mit der Minusklemme am Schutzobjekt und der Plusklemme mit einem streustromführenden Gleis 16 oder einer Anode 9 verbunden. In einem Regelzusatz 10 wird das Potential des Schutzobjekts dauernd mit einer Sollspannung des Sollspannungsgebers 11 verglichen und sofort nachgeregelt, so daß sich immer das gleiche Schutzpotential einstellt. Dieses Potential ist aber durch den Spannungsabfall im Erdboden verfälscht und keineswegs mit dem geforderten Abschaltpotential identisch. Da das Abschaltpotential aber im Streüstromeinflußbereich nicht mit den üblichen Methoden meßbar ist und sich durch Temperaturänderung, Bodenfeuchte und anderes mehr nicht zeitlich g-Lexch mit dem Steuerpotential der Schutzanlage ver- : läuft, muß der Sollwert der potentiostatisch gesteuerten. Schutzanlage mit der Änderung des Abschaltpotentials ebenfalls verändert werden. Dies geschieht, in dem das Teststück 14 über einen periodischen Unterbrecher 5 gesteuerten Schalter 12 z.B. " ein Relaisfmit 'dem Schutzobjekt 8 verbunden wird. Dieses Teststück 14 wird durch den Schutzstrom genau so polarisiert, .wie das Schutzobjekt selbst. Während der Dauer von einer Sekunde wird das Teststück vom Schutzobjekt abgeschaltet und mit dem : Vergleicher 12 verbunden. Durch das Trennen des Teststückes vom Schutzobjekt kann jetzt das richtige Abschaltpotential des Schutzobjektes gemessen werden, genau so, als wäre keineThe protective device is connected to the negative terminal on the object to be protected and the positive terminal to a track 16 carrying stray current or an anode 9. In a rule addition 10, the potential of the protected object is continuously compared with a nominal voltage of the nominal voltage generator 11 and readjusted immediately so that the same protective potential is always established. However, this potential is falsified by the voltage drop in the ground and in no way identical to the required switch-off potential. However, since the switch-off potential cannot be measured with the usual methods in the area of influence of the leakage current and due to temperature changes, soil moisture and other things, it does not run over time with the control potential of the protection system, the setpoint must be the potentiostatically controlled. Protection system can also be changed with the change in the switch-off potential. This is done in that the test piece 14 is connected to the protected object 8 via a periodic breaker 5 controlled switch 12, for example a relay f . This test piece 14 is polarized by the protective current in exactly the same way as the protected object itself one second, the test piece is switched off by the protected object and connected to the comparator 12. By separating the test piece from the protected object, the correct switch-off potential of the protected object can now be measured, exactly as if there were none
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Streustrombeeinflussung vorhanden. Der Vergleicher 12 vergleicht das vom Streustromeinfluß "befreite Abschaltpotential 7 mit einem Sollwert 4 . V/eicht der Wert des Abschaltpotentials vom Sollwert ab, so wird ein Regelkommando an das Stellglied im Sollwertgeber 11 gegeben. Dieses Stellglied kann wieder, wie in Fall 1 beschrieben, als Mptorpotentiometer oder Schrittschal twerä; ausgebildet sein. Das Gerät 10 regelt nun das Steuerpotential des Schutzgerätes durch die Veränderung der Sollspannung so ein, daß immer ein konstantes Abschaltpotential eingehalten wird. Das Teststück 14 mit der Meßelektrode und dem Schalter 12 kann vom Schutzgerät bis zu mehreren km Entfernung eingebaut' werden, wenn Steuer und Meßleitungen vorhanden sind.Stray current influence present. The comparator 12 compares the switch-off potential 7 "freed from the influence of stray current" with a setpoint 4. If the value of the switch-off potential deviates from the setpoint, a control command is sent to the actuator given in setpoint generator 11. This actuator can again, as described in case 1, be used as a motor potentiometer or step switch; be trained. The device 10 now regulates this Control potential of the protective device by changing the nominal voltage so that there is always a constant switch-off potential is adhered to. The test piece 14 with the measuring electrode and the switch 12 can be several km from the protective device Distance installed 'if control and measuring lines available.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen in der Möglichkeit, statt wie bisher nur das Einschaltpotential, nunmehr das Ausschaltpotential als das beste Schutzkriterium für die Regelung eines kathodischen Schutzgerätes heranzuziehen. The advantages achieved with the invention consist in the possibility, instead of only the switch-on potential as before, now use the switch-off potential as the best protection criterion for regulating a cathodic protection device.
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Claims (4)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE2361547A DE2361547A1 (en) | 1973-12-11 | 1973-12-11 | Cathodic protection of buried metal objects - using periodic switch-off potential for adjusting protective current |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE2361547A1 true DE2361547A1 (en) | 1975-06-19 |
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ID=5900429
Family Applications (1)
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| DE2361547A Pending DE2361547A1 (en) | 1973-12-11 | 1973-12-11 | Cathodic protection of buried metal objects - using periodic switch-off potential for adjusting protective current |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| DE (1) | DE2361547A1 (en) |
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