DE2934745A1 - Corrosion protection for underground metal pipeline - using anti-parallel diode shunt circuit across insulating muff between pipeline sections - Google Patents

Corrosion protection for underground metal pipeline - using anti-parallel diode shunt circuit across insulating muff between pipeline sections

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DE2934745A1 DE19792934745 DE2934745A DE2934745A1 DE 2934745 A1 DE2934745 A1 DE 2934745A1 DE 19792934745 DE19792934745 DE 19792934745 DE 2934745 A DE2934745 A DE 2934745A DE 2934745 A1 DE2934745 A1 DE 2934745A1
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Abstract

The protection is provided by dividing the pipeline into separate sections (3,4) joined to one another by an insulating muff (7) at each junction. Each muff (7) is bridged by shunt circuit (8) incorporating semiconductor elements (13,14), such that the resistance of the shunt circuit (8) is dependent on the potential difference between the two pipe line sections (3,4), e.g. for a potential difference of below 5 volts its resistance is at least 1 kilo ohm and for a potential difference of above 20 volts its resistance is below 10 milli ohm. Pref. the shunt circuit (8) has two parallel current paths (11,12) each incorporating a power diode (13,14), the two diodes connected in parallel opposition. An electrolytic capacitor (16) is pref. connected across these two current paths (11,12), its capacitance being at least 1000 Microfarad.

Description

Langgestreckte, insbesondere erdverlegte LeitungElongated, especially underground line

mit metallischen Teilstücken Die Erfindung bezieht sich auf eine langgestreckte, insbesondere erdverlegte Leitung mit mehreren in Ausdehnungsrichtung der Leitung hintereinander angeordneten Teilstücken aus metallischem Material und mit Zwischenstücken aus elektrisch isolierendem Material zwischen den Enden Jeweils benachbarter Teilstücke.with metallic parts The invention relates to an elongated, in particular underground pipeline with several in the direction of extension of the pipeline successively arranged sections made of metallic material and with intermediate pieces made of electrically insulating material between the ends of adjacent sections.

Metallische Bauteile von langgestreckten, erdverlegten Leitungen, z.B. von Erdern, Teilen elektrischer Anlagen odçr von Rohrleitungssystemen wie beispielsweise Pipelines, müssen im allgemeinen gegen Korrosion, die durch unterschiedliche Potentiale infolge wechselnder Bodenbeschaffenheit oder infolge verschleppter Potentiale hervorgerufen wird, geschützt werden. Es sind deshalb verschiedene Maßnahmen bekannt, um die Korrosion dieser Bauteile z.B. im Wasser oder im feuchten Erdreich herabzusetzen oder zu verhindern.Metallic components of elongated, underground lines, E.g. of earth electrodes, parts of electrical systems or piping systems such as Pipelines, in general, have to resist corrosion caused by different potentials caused by changing soil conditions or as a result of dragged-out potentials will be protected. Various measures are therefore known to reduce corrosion to reduce these components e.g. in water or in moist soil or to prevent.

Insbesondere können derartige erdverlegte Leitungen in mehrere, in ihrer Ausdehnungsrichtung hintereinander angeordnete metallische Teilstücke unterteilt sein, die über elektrisch isolierende Zwischinstücke mechanisch miteinander verbunden sind. Mit dieser Maßnahme läßt sich bekanntlich ein Ausgleichsstrom entlang der Leitung auf einen bestimmten Abschnitt der Leitung begrenzen. Dementsprechend kann beispielsweise eine Rohrleitung aus einzelnen metallischen Rohrleitungsteilstücken bestehen, die Jeweils über isolierende Muffen zu der Rohrleitung zusammengesetzt sind.In particular, such underground lines can be divided into several, in Subdivided metallic parts arranged one behind the other in their direction of expansion be mechanically connected to one another via electrically insulating spacers are. With this measure, as is known, a compensating current can be generated along the Limit the line to a specific section of the line. Accordingly, can for example a pipeline made up of individual metallic pipeline sections exist, each assembled via insulating sleeves to form the pipeline are.

Darüber hinaus kann Jedem einzelnen oder auch mehreren der metallischen Teilstücke gemeinsam eine an sich bekannte Einrichtung zum kathodischen Korrosionsschutz zugeordnet sein.In addition, each or several of the metallic Parts together a known device for cathodic corrosion protection be assigned.

Ferner ist es bekannt, isolierende Zwischenstücke zwischen benachbarten metallischen Teilstücken von Pipelines Jeweils mit einer Entladungsstrecke zu überbrücken, so daß beispielsweise bei einem Blitzeinschlag in die Pipeline die metallischen Teilstücke hintereinander geschaltet sind und so eine Zerstdrung des Teilstücks, in das der Blitz eingeschlagen ist, verhindert wird.It is also known to have insulating spacers between adjacent bridging metallic sections of pipelines each with a discharge path, so that, for example, in the event of a lightning strike in the pipeline, the metallic Sections are connected in series and thus a destruction of the section, into which the lightning struck is prevented.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die metallischen Teilstücke einer langgestreckten, insbesondere erdverlegten Leitung, welche durch isolierende Zwischenstücke voneinander getrennt sind, so miteinander zu verbinden, daß einerseits die weitgehende elektrische Aufteilung der Leitung aus Gründen des Korrosionsschutzes erhalten bleibt, andererseits aber eine durchgehende, elektrisch leitende Verbindung aus Gründen des Gefahrenschutzes im Bedarfsfalle ermöglicht wird.The object of the present invention is the metallic parts an elongated, in particular buried line, which by insulating Intermediate pieces are separated from each other so to be connected to one another that on the one hand the extensive electrical division of the line for reasons of Corrosion protection is retained, but on the other hand a continuous, electrically conductive connection is made possible for reasons of hazard protection in case of need.

Diese Aufgabe wird für eine langgestreckte, insbesondere erdverlegte Leitung mit mehreren metallischen Teilstücken der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die isolierenden Zwischenstücke mittels einer elektronischen Verbindungseinrichtung mit Halbleiterbauelementen überbrückt sind, wobei die Halbleiterbauelemente so geschaltet sind, daß der elektrische Gesamtwlderstand der Verbindungseinrichtung bei einer geringen Differenz des elektrischen Potentials zwischen den verbundenen TeilstUcken verhältnismäßig hoch und mit zunehmender Potentialdifferenz verringert ist.This task is for an elongated, especially buried one Line with several metallic sections of the type mentioned according to the invention solved in that the insulating spacers by means of an electronic Connecting device are bridged with semiconductor components, the semiconductor components are switched so that the total electrical resistance of the connecting device with a small difference in electrical potential between the connected Parts relatively high and reduced with increasing potential difference is.

Als Verbindungseinrichtung kommt insbesondere eine Anordnung aus Leistungshalbleiterbauelementen wie Dioden,Thyristoren oder Transistoren in Betracht.In particular, an arrangement of power semiconductor components is used as the connecting device such as diodes, thyristors or transistors.

Mit diesen Bauelementen läßt sich in bekannter Weise eine Verbindung zwischen den Enden benachbarter Teilstücke herstellen, die oberhalb eines vorbestimmten Wertes der Potentialdifferenz zwischen diesen Teilstücken eine elektrisch gut leitende Verbindung darstellt, anderetseits bei fehlender oder sehr geringer Potentialdifferenz Jedoch einen hohen elektrischen Widerstand hat. Die Vorteile der Gestaltung der Leitung nach der Erfindung bestehen somit darin, daß die Leitung einerseits aus Gründen des Kathodenschutzes voneinander getrennte metallische Teilstücke haben kann, die im Betriebs falle gegenseitig ausreichend isoliert sind, die j Jedoch bei größeren Potentialdifferenzen zwischen ihnen, beispielsweise in einem Störungsfalle, praktisch elektrisch hintereinander geschaltet sind.A connection can be established with these components in a known manner Establish between the ends of adjacent sections that are above a predetermined The value of the potential difference between these sections has a good electrical conductivity Connection represents, on the other hand, if there is no or very little potential difference However, it has a high electrical resistance. The advantages of designing the Line according to the invention thus consist in the fact that the line consists on the one hand For reasons of cathodic protection, have separate metallic parts can, which are mutually sufficiently isolated during operation, the j However with larger potential differences between them, for example in the event of a fault, are practically connected electrically in series.

Für die Leitung nach der Erfindung kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung eine elektronische Verbindungseinrichtung vorgesehen sein, die zwei parallele Strompfade mit Jeweils mindestens einer Hochleistungsdiode enthält, wobei die Diode des ersten Strompfades antiparallel zu der Diode des zweiten Strompfades geschaltet ist. Diese Verbindungseinrichtung ist besonders einfach und kostengünstig zu erstellen.For the line according to the invention can according to an advantageous Further development an electronic connection device can be provided, the two contains parallel current paths, each with at least one high-power diode, wherein the diode of the first current path in antiparallel to the diode of the second current path is switched. This connecting device is particularly simple and inexpensive to create.

Ferner kann vorteilhaft die elektronische Verbindungseinrichtung mindestens einen ttberbrückungskondensator hoher Kapazität enthalten. Hierdurch läßt sich eine Uberbrückung für Wechselströme zwischen benachbarten TeilstUcken der Leitung schaffen.Furthermore, the electronic connection device can advantageously at least contain a high capacitance bypass capacitor. This can be a Create a bridge for alternating currents between neighboring sections of the line.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und deren in den Unteransprüchen gekennzeichneten Weiterbildungen wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Figur eine Leitung nach der Erfindung schematisch veranschaulicht ist.To further explain the invention and its in the subclaims marked developments, reference is made to the drawing, in their Figure is a line according to the invention is illustrated schematically.

Bei der in der Figur teils als Längsschnitt' teils in Seitenansicht angedeuteten Leitung nach der Erfindung handelt es sich z.B. um einen Teil eines im Erdreich 2 verlegten metallischen Rohrleitungssystem, durch das ein flüssiges Medium M wie beispielsweise Wasser oder Erdöl geleitet werden soll. Das Leitungssystem ist aus Gründen des Korrosionsschutzes in einzelne metallische Teilstücke unterteilt. In der Figur sind die benachbarten Endstücke zweier metallischer Rohrstücke 3 und 4 dieses Leitung systems veranschaulicht. Die einander zugewandten Stirnseiten 5 und 6 dieser Rohrstücke sind mittels einer Muffe 7 aus nicht-leitendem Material auf Abstand gehalten. Diese Muffe stellt nicht nur eine formschlüssige, dichte Verbindung zwischen den Stirnseiten 5 und 6 der Rohrstücke 3 und 4 dar, sondern isoliert die Enden der Rohrstücke voneinander und umschließt sie Jeweils ein Stück weit. Dadurch kann zum einen eine gute zentrische Verbindung zwischen den Rohrstücken und zum anderen ein ausreichend langer Weg zwischen den im Erdreich 2 freiliegenden metallischen Oberflächenteilen der benachbarten Rohrstück bewirkt werden.In the figure, partly as a longitudinal section, partly in side view indicated line according to the invention is, for example, part of a Metallic pipeline system laid in the ground 2 through which a liquid Medium M such as water or petroleum is to be passed. The line system is divided into individual metallic parts for reasons of corrosion protection. In the figure, the adjacent end pieces of two metallic pipe sections 3 and 4 illustrates this line system. Those facing each other End faces 5 and 6 of these pipe sections are made of non-conductive material by means of a sleeve 7 kept at a distance. This sleeve not only provides a form-fitting, tight connection between the end faces 5 and 6 of the pipe sections 3 and 4, but isolates the Ends of the pipe pieces from each other and encloses them each a little way. Through this can on the one hand a good centric connection between the pipe sections and to the others a sufficiently long path between the metallic exposed in the ground 2 Surface parts of the adjacent pipe section are effected.

Dieses Leitungssystem soll zugleich als Erdungssystem zu verwenden sein. Gemäß der Erfindung sind deshalb die gegenüber dem Erdreich 2 metallisch freiliegenden Enden der Rohrstücke 3 und 4 über eine besondere elektronische Einrichtung 8 mit Halbleiterbauelementen elektrisch verbunden. Diese Einrichtung kann insbesondere zwei zwischen Anschlußklemmen 9 und 10 an den Rohrstücken 3 und 4 verlaufende parallele Strompfade 11 und 12 enthalten, in denen jeweils eine oder auch mehrere hintereinander~ge, schaltete Hochleistungsdioden 13 bzw. 14 angeordnet sind. Wie in der Figur nur angedeutet ist, werden die im Erdreich verlaufenden Teile dieser Strompfade zweckmäßig mit einer Isolation 15 umgeben. Die Dioden 13 des Strompfades 11 sind gegenüber den Dioden 14 des Strompfades 12 antiparallel geschaltet, d.h.This line system should also be used as an earthing system be. According to the invention, therefore, those that are metallically exposed with respect to the ground 2 are Ends of the pipe sections 3 and 4 via a special electronic device 8 with Semiconductor components electrically connected. This facility can in particular two between terminals 9 and 10 on the pipe sections 3 and 4 running parallel Contain current paths 11 and 12, in each of which one or more consecutively switched high-performance diodes 13 and 14 are arranged. As indicated in the figure is, the parts of these current paths running in the ground are expediently with an insulation 15 surrounded. The diodes 13 of the current path 11 are opposite to Diodes 14 of the current path 12 are connected in anti-parallel, i.e.

ihre Sperrichtung ist entgegengesetzt. Zweckmäßig kann zu den Dioden 13 und 14 noch ein Elektrolytkondensator 16 hoher Kapazität, beispielsweise von einigen 1000 Mikrofarad, zur zusätzlichen Uberbrückung von Wechselströtnen bis zu einigen Ampere parallelgeschaltet sein, so daß z.B. Fehler- oder Irrströme nicht zu einer unerwünschten Vergrößerung des durch die elektronische Verbindungseinrichtung 8 fließenden Restgleichstromes führen.their blocking direction is opposite. Appropriately can to the diodes 13 and 14 an electrolytic capacitor 16 of high capacitance, for example from a few 1000 microfarads, for additional bridging of alternating currents up to a few amps must be connected in parallel, so that e.g. error or Meandering currents does not result in an undesirable increase in the energy generated by the electronic connection device 8 flowing residual direct current lead.

Die Leistungshalbleiterbauelemente der elektronischen Verbindungseinrichtung 8 sowie der Kondensator 16 können zweckmäßig isoliert in einem in der Figur nur angedeuteten, korrosionsfesten Gehäuse 17 untergebracht sein, das sich im Erdreich 2 befindet. Das Gehäuse kann aber auch außerhalb des Erdreiches angeordnet werden. Ferner ist es möglich, die elektronische Verbindungseinrichtung in die Muffen zu integrieren.The power semiconductor components of the electronic connection device 8 and the capacitor 16 can only be suitably isolated in one in the figure indicated, corrosion-resistant housing 17 be housed, which is in the ground 2 is located. However, the housing can also be arranged outside the ground. It is also possible to insert the electronic connection device into the sleeves integrate.

Wie in der Figur darüber hinaus angedeutet ist, können einzelne oder auch mehrere Rohrstücke gemeinsam mit bekannten Schutzeinrichtungen vor kathodischer Korrosion geschützt werden (vgl. z.B.As is also indicated in the figure, individual or also several pieces of pipe together with known protection devices against cathodic Corrosion protection (see e.g.

DE-OS 24 53 627). Im Ausführungsbeispiel nach der Figur ist eine solche Schutzeinrichtung 18 für das Rohrstück 4 vorgesehen.DE-OS 24 53 627). In the embodiment according to the figure there is one Protective device 18 is provided for the pipe section 4.

Statt der in der Figur ausgeführten Antiparallelschaltung von Hochleistungsdioden 13 und 14 der elektronischen Verbindungseinrichtung 8 können stattdessen auch andere Leistungshalbleiterbauelemente wie z.B.Thyristoren oder Transistoren vorgesehen werden, die elektrisch oder gegebenenfalls auch optoelektronisch angesteuert werden. Diese Elemente sind dabei so zu schalten, daß sie einen nichtlinearen Gesamtwiderstand der Verbindungseinrichtung ergeben, d.h. daß der elektrische Widerstand der Verbindungseinrichtung oberhalb eines vorbestimmten Wertes der Potentialdifferenz zwischen den benachbarten Rohrstücken 3 und 4 mit zu- nehmender Potentialdifferenz stark abnimmt. So kann insbesondere die Schaltung der Halbleiterbauelemente der Verbindungseinrichtung so ausgelegt sein, daß die Verbindungseinrichtung bei einer geringen Gleichspannungsdifferenz zwischen den Anschlüssen 9 und 10, beispielsweise von 1 bis 5 V, einen hohen Widerstand, der zweckmäßig größer als 1 kn ist, aufweist, Jedoch bei höheren Spannungen, beispielsweise über 20 V, nur noch einen sehr geringen Widerstand von einigen m-h, beispielsweise unter 10 m Q besitzt.Instead of the anti-parallel connection of high-power diodes shown in the figure 13 and 14 of the electronic connection device 8 can also be different instead Power semiconductor components such as thyristors or transistors are provided which are controlled electrically or optionally also optoelectronically. These elements are to be switched in such a way that they have a non-linear overall resistance of the connector, i.e. that the electrical resistance of the connector above a predetermined value of the potential difference between the neighboring Pipe sections 3 and 4 with additional increasing potential difference decreases. In particular, the circuitry of the semiconductor components of the connecting device can thus be designed so that the connecting device with a small DC voltage difference between terminals 9 and 10, for example from 1 to 5 V, a high resistance, which is expediently greater than 1 kn, but at higher voltages, for example over 20 V, only a very low resistance of a few m-h, for example below 10 m Q has.

Die Elektronik der Verbindungseinrichtung 8 ist Jedoch nicht auf die Verwendung von bisher bekannten Typen von Hochleistungshalbleiterbauelementen beschränkt. Da für den vorgesehenen Anwendungszweck z.B. die Forderung an hohe Spannungsfestigkeit entfällt, können vorteilhaft auch neu zu entwickelnde Bauelemente mit besonders niedrigem Bahnwiderstand und besonders kurzer Schaltverzögerung eingesetzt werden.However, the electronics of the connecting device 8 are not based on the Use of previously known types of high-power semiconductor components is limited. As for the intended application, e.g. the requirement for high dielectric strength omitted, new components to be developed can also be advantageous with special low track resistance and particularly short switching delay can be used.

Im Ausführungsbeispiel nach der Figur wurde angedeutet, daß die Leitung nach der Erfindung im Erdreich verlegt ist. Ebensogut ist Jedoch auch eine Verlegung der Leitung in einer anderen Umgebung wie beispielsweise in Wasser denkbar. Die Erfindung ist ebenfalls auf Leitungssystene anwendbar, die auf Stützen über dem Erdboden verlegt sind.In the embodiment according to the figure it was indicated that the line is laid in the ground according to the invention. However, relocation is just as good the line in a different environment such as in water is conceivable. the Invention is also applicable to pipe systems that are based on supports above the Are laid in the ground.

7 Patentansprüche 1 Figur7 claims 1 figure

Claims (6)

Patentansprüche 1. Langgestreckte, insbesondere erdverlegte Leitung mit mehreren, in Ausdehnungsrichtnng der Leitung hintereinander angeordneten Teilstücken aus metallischem Material und mit Zwischenstücken aus elektrisch isolierendem Material zwischen den Enden Jeweils benachbarter Teilstücke, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die isolierenden Zwischenstücke (7) mittels einer elektronischen Verbindungseinrichtung (8) mit Halbleiterbauelementen (13, 14) überbrückt sind, wobei die Halbleiterbauelemente (13, 14) so geschaltet sind, daß der elektrische Gesamtwiderstand der Verbindungseinrichtung (8) bei einer geringen Differenz des elektrischen Potentials zwischen den verbundenen Teilstücken (3, 4) verhältnismäßig hoch und mit zunehmender Potentialdifferenz verringert ist.Claims 1. Elongated, especially underground pipeline with several sections arranged one behind the other in the direction of expansion of the line made of metallic material and with spacers made of electrically insulating material between the ends of adjacent sections, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the insulating spacers (7) by means of an electronic Connecting device (8) are bridged with semiconductor components (13, 14), wherein the semiconductor components (13, 14) are connected so that the electrical Total resistance of the connecting device (8) with a small difference in electrical potential between the connected sections (3, 4) relatively is high and decreased with increasing potential difference. 2. Leitung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der elektrische Widerstand der elektronischen Verbindungseinrichtung (8) bei einer Potentialdifferenz unter 5 Volt mindestens 1 Kiloohm beträgt.2. Line according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the electrical resistance of the electronic connection device (8) with a potential difference of less than 5 volts is at least 1 kiloohm. 3. Leitung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der elektrische Widerstand der elektronischen Verbindungseinrichtung (8) bei einer Potentialdifferenz Uber 20 Volt unter 10 Milliohm liegt.3. Line according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the electrical resistance of the electronic connection device (8) is below 10 milliohms with a potential difference of over 20 volts. 4. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die elektronische Verbindungseinrichtung (8) zwei parallele Strompfade (11, 12) mit jeweils mindestens einer Hochleistungsdiode (13, 14) enthält und daß die Diode (13) des ersten Strompfades (11) antiparallel zu der Diode (14) des zweiten Strompfades (12) geschaltet ist.4. Line according to one of claims 1 to 3, d a -d u r c h g e k It is noted that the electronic connection device (8) has two parallel Current paths (11, 12) each with at least one high-performance diode (13, 14) and that the diode (13) of the first current path (11) antiparallel to the Diode (14) of the second current path (12) is connected. 5. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die elektrische Verbindungseinrichtung (8) mindestens einen Uberbrückungskondensator (16) hoher Kapazität enthält.5. Line according to one of claims 1 to 4, since -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the electrical connecting device (8) at least a high capacitance bypass capacitor (16). 6. Leitung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Kondensator (16) ein Elektrolytkondensator mit einer Kapazität von mindestens 1000 Mikrofarad ist.6. Line according to claim 5, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the capacitor (16) is an electrolytic capacitor with a capacitance of is at least 1000 microfarads. 7, Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die elektronische Verbindungseinrichtung (8) in mindestens eine an einem Ende eines Teil stückes (3 oder 4) angebrachte Verbindungsmuffe (9 oder 10) integriert ist.7, line according to one of claims 1 to 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the electronic connection device (8) in at least a connecting sleeve (9 or 10) is integrated.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1022506A1 (en) * 1999-01-19 2000-07-26 Alarmcom AG Protecting device for pipelines

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EP1022506A1 (en) * 1999-01-19 2000-07-26 Alarmcom AG Protecting device for pipelines

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