DE69121594T2

DE69121594T2 - Verfahren zum elektrischen schutz von metallobjekten, erdungselektrode dafür und zusammensetzung der erdungselektrode

Info

Publication number: DE69121594T2
Application number: DE69121594T
Authority: DE
Inventors: Alexandr Alexeevic Delektorsky; Anatoly Efimovich Kornev; Rimma Vasilievna Kudinova; Jury Georgievich Nekljudov; Vsevolod Vsevolodovich Pritula; Igor Dmitrievich Yagmur; Alexandr Vasilievich Zuev
Original assignee: Raychem NV SA
Current assignee: Commscope Connectivity Belgium BVBA
Priority date: 1991-04-15
Filing date: 1991-04-15
Publication date: 1997-04-03
Anticipated expiration: 2011-04-16
Also published as: FI934549A0; CA2108469A1; CA2108469C; JPH06508178A; AU661822B2; EP0580856A4; AU7952091A; FI934549A; EP0580856A1; WO1992019793A1; DE69121594D1; US5525208A; EP0580856B1

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft den elektrischen Schutz von verschiedenen Objekten und insbesondere Verfahren zum elektrischen Schutz eines Metallobjekts, Erdungselektroden zur Durchführung des Verfahrens sowie Zusammensetzungen für die Erdungselektroden.
Die Erfindung kann in Systemen zum kathodischen Korrosionsschutz von langgestreckten Metallkonstruktionen, beispielsweise von erdverlegten Hauptrohrleitungen, sowie zum elektirschen Schutz von Metallobjekten einschließlich solcher von komplexer Gestalt vor äußeren Spannungen angewandt werden.

Stand der Technik

Auf diesem Gebiet ist ein Verfahren zum kathodischen Korrosionsschutz eines langgestreckten Metallobjekts bekannt, wobei eine Langleitungsanode in Form eines fortlaufenden biegsamen Stahlkerns in einer elektrisch leitfähigen Polymerummantelung in einem elektrolytischen Medium nahe der zu schützenden Oberfläche installiert ist. In diesem Fall wird die Anode entlang dem Gegenstand in einem vorbestimmten Abstand davon angeordnet, der durch die Dicke der elektrischen Isolierplatte zwischen der Anode und der zu schützenden Oberfläche bestimmt ist, und dann werden das Objekt und die Anode mit einer polarisierenden Stromquelle verbunden (US-A-4 487 676).
Dieses bekannte Verfahren hat jedoch eine Reihe von bedeutsamen Nachteilen. So ist die Anode in der unmittelbaren Nähe der zu schützenden Oberfläche angeordnet, und der Abstand zwischen ihnen ist in bezug auf die elektrischen Charaktenstiken des Gesamtsystems nicht optimiert. Auch im Fall eines planparallelen elektrischen Felds vermindert diese Tatsache den Schutz und führt zu einer ungleichförmigen Potentialverteilung, insbesondere bei gealterter Isolierung.
Ferner ist das bekannte Verfahren des Anordnens der schützenden Erdung (Anode) mit der Gefahr eines Über-Schutzes am Ableitungspunkt verbunden, d. h. es besteht die Gefahr, daß das gesamte Schutzsystem schneller ausfällt.
Versuche zur Vermeidung eines Über-Schutzes durch Verringerung des Potentials haben zu einer Verminderung der Schutzzone geführt, d. h. zu einer Beeinträchtigung des Schutzwirkungsgrads insgesamt.
Auf diesem Gebiet ist ein Verfahren zum kathodischen Schutz von ausgedehnten Objekten mittels einer biegsamen Langleitungsanode bekannt, wobei ein optimaler Abstand zwischen der Anode und der zu schützenden Oberfläche vorgesehen ist. Das bekannte Verfahren umfaßt die Installation einer Langleitungsanode in Form eines fortlaufenden biegsamen Metallkerns, der von einer elektrisch leitfähigen biegsamen Polymerumhüllung in Berührung mit dieser umschlossen und in einem elektrolytischen Medium in einem vorgegebenen Abstand von dem Objekt installiert ist, wobei dieses Objekt und die Anode mit Stromquellen verbunden sind und das Objekt von der Anode polarisiert wird. Bei diesem Verfahren muß der Widerstandswert des Anodenmaterials innerhalb von 0,1 bis 1000 Ohm cm liegen, während sein Längswiderstand 0,03 bis 0,003 Ohm m nicht überschreiten darf. Dabei muß die Anode relativ zu dem zu schützenden Objekt so angeordnet sein, daß ein Verhältnis (b + D)/(a + D) < 2 beibehalten wird, wobei a = kleinster Abstand zwischen der Anode und dem zu schützenden Objekt, b größter Abstand zwischen der Anode und dem zu schützenden Objekt, und D maximale lineare Größe des zu schützenden Objekts in der zu der Anodenachse normalen Richtung (US-A-4 502 929).
Dieses Verfahren weist auch noch einige Nachteile auf, die seine Anwendung behindern. Beispielsweise sieht das bekannte Verfahren nicht die erforderliche Gleichförmigkeit der Verteilung der schützen Potentialdifferenz entlang dem Umfang des isolierten Rohrs im Verlauf des Langzeitbetriebs vor. Ein ähnliches negatives Resultat wird erhalten, wenn die Rohroberfläche keine Isolation hat. Das ist darauf zurückzuführen, daß die schützende Potentialdifferenz sowohl das eigentliche Rohrpotential, das durch den Integralwert der linearen Dichte des polarisierenden Stroms bestimmt ist, als auch das Potential des umgebenden Mediums in Abhängigkeit von den verschiedenen Dichten des Stroms, der an jedem Punkt des Volumens des stromleitenden Raums fließt, umfaßt. Unter sonst gleichen Bedingungen wird letzterer im wesentlichen nicht nur durch das Verhältnis der Abstände zwischen der Anode und dem zu schützenden Objekt und der linearen Größe des letzteren bestimmt, sondern ist auch von der Position von Schäden und Diskontinuitäten in der Isolation entlang dem Rohrumf ang und den elektrochemischen Eigenschaften des umgebenden Erdreichs abhängig.
In vielen Fällen ist es bei dem Verhältnis (b + D)/(a + D) < 2 nicht möglich, den erforderlichen Schutzgrad über die gesamte Oberfläche, z. B. einen einzigen Querschnitt einer Rohrleitung, sicherzustellen. Im Fall eines kathodischen Schutzes von benachbarten Abschnitten einer Rohrleitung mit einem Durchmesser von 1400 mm und einem Widerstandswert der Isolation von 300 Ohm m und 1000 Ohm m muß das Verhältnis der Dichten des kathodischen polarisierbaren Stroms sogar dem Verhältnis 3:1 entsprechen, um ein gleichförmiges Schutzpotential zu bieten. In diesem Fall genügen die Potentiale des nächstliegenden Punkts des Erdreichs nahe der Rohrleitung mit derselben Abweichung der Anode ebenfalls diesem Verhältnis. Unter der Annahme b « D und a « D unter der Bedingung, daß b/a < 2, ist es möglich, die Ungleichförmigkeit der Potentiale der Erdpunkte und damit auch den Schutzgrad von benachbarten Abschnitten, der durch K = 3 charakterisiert ist, zu kompensieren.
Eine gleichartige Situation gilt, wenn ein homogener Abschnitt einer Rohrleitung zu schützen ist. Bei dieser Version bleibt das Erdpotential an den nahen und entfernten Mantellinien der Rohrleitung ungleichförmig, und das führt zu einer Ungleichförmigkeit der Verteilung der schützenden Potentialdifferenz über den Umfang und vermindert den Schutzgrad. Das begrenzte Verhältnis erlaubt es nicht, diese Ungleichförmigkeit zu vermeiden, weil es für Rohrleitungen unter der Bedingung, daß b - a = D eine Form von a/D > 0 annimmt, was die Bedingung zur Erzielung einer Gleichförmigkeit des Schutzgrads unbestimmt macht.
Das Anwendungsgebiet des Verfahrens ist außerdem durch die Bereiche des Widerstandswerts des Anodenmaterials, die bei dem bekannten Verfahren vorbestimmt sind, sowie den Widerstandswert der Konstruktion insgesamt begrenzt. Bei diesem Bereichen muß der Anodenquerschnitt (unter Vernachlässigung des biegsamen Kerns) wenigstens 0,33 bis 333 m² (bei einem Durchmesser von 0,63 bis 18,3 m) sein, und das ist vollkom men unrealistisch. Wenn man die Begrenzungswerte des Längswiderstandswerts des Kerns (0,03 bis 0,0003 Ohm cm), die in der Beschreibung angegeben sind, unberücksichtigt läßt, sollte sein Durchmesser in dem Bereich von 0,9 bis 8,7 mm liegen, was ebenfalls unwahrscheinlich ist, wenn man die Technologie der Herstellung und Anwendung der Anode in Betracht zieht, da sie hierdurch weniger stark oder flexibel wird.
Da die Erzielung eines geforderten Schutzgrads im allgemeinen von dem Absolutwert des Schutzstroms und der Abschwächungsrate des Stroms entlang der Anode abhängig ist, kann die Anwendung des bekannten Verfahrens in Erdreichen mit hohem Widerstandswert infolge einer Erhöhung des Eingangswiderstands der Anode oder im Zusammenhang mit einem guten Zustand der isolierenden Beschichtung des zu schützenden Objekts ineffizient sein. In diesem Fällen ist es unmöglich, den geforderten Wert des Schutzstroms zu erreichen, und zwar wegen des hohen Kontaktwiderstands der Anode und der Verteilung der erforderlichen Dichte des Schutzstroms infolge eines hohen Werts der Ausbreitungskonstanten des Stroms entlang der Anode. Diese beiden Faktoren begrenzen ganz wesentlich das Gebiet einer effektiven Anwendung der bekannten langen Anoden im allgemeinen und des vorstehenden Verfahrens im besonderen.
Unter Berücksichtigung der Besonderheiten der in Erdelektrolyten ablaufenden elektrochemischen Prozesse sind die Grundanforderungen an die Erdungselektroden ihre geringe Löslichkeitsrate, insbesondere in bezug auf die Anode, ihr geringer Widerstand gegenüber dem Stromfluß und die gleichförmige Stromabgabe von der Arbeitsoberfläche der Elektrode.
Die Erfüllung der vorstehenden Forderungen führt zu langer Lebensdauer und funktioneller Effizienz der Elektrode. Gleichzeitig verlangen die Bedingungen des zyklischen Transports und von Montagebelastungen, daß die Elektroden möglichst viel Biegsamkeit und Elastizität haben sollten, um ihre Betriebszuverlässigkeit zu steigern.
Bei dem kathodischen Schutz von langgestreckten Konstruktionen ist die Ausbildung von kabelartigen Elektroden (langgestreckten Elektroden) vorteilhaft gegenüber stiftartigen Elektroden, da die Stromabgabe der langgestreckten Elektroden in einem planparallelen Feld erfolgt, was einen hohen Schutzwirkungsgrad ergibt
In der Technik ist eine Erdungselektrode bekannt, die in kathodischen Schutzsystemen verwendet wird und in Form einer Vielzahl von Arbeitselementen (Eisen-Silicium-Anoden) hergestellt ist, die entlang einem stromführenden Starkstromkabel verteilt und damit durch Kontakteinheiten einer speziellen Ausbildung elektrisch verbunden sind, so daß eine Kontinuität des Kabels und eine monolithische Struktur der Elektrode insgesamt erhalten wird. Jedes Arbeitselement der Elektrode umfaßt einen Körper mit einem zentralen Loch, das konischen Querschnitt hat, ein kontinuierliches Starkstromkabel, das durch das Loch in dem Elektrodenkörper geführt ist, und eine Einrichtung zum Festlegen des Elektrodenkörpers an dem Kabel und zum gleichzeitigen Herstellen eines elektrischen Kontakts damit. Die Einrichtung zum Festlegen und Herstellen von elektrischem Kontakt ist in Form von zwei Halbumhüllungen ausgebildet, die das Kabel umschließen und in dem Loch des Elektrodenkörpers angeordnet sind. Die Halbumhüllungen haben einen zentralen Bereich aus einem elektrisch leitfähigen Material in direktem Kontakt mit dem abisolierten Kabel und zwei konische Endhülsen aus einem elastischen dielektrischen Material. Die Halbumhüllungen der Festlegeeinrichtung sind paarweise entlang der Kabelachse verteilt und bilden eine monolithische Verbindung der Elektrodenelemente unter Anwendung des Keilverfahrens (US-A-3 326 791).
Die Verwendung von Eisen-Silicium-Anoden als Arbeitselemente führt zu Elektrodensprödigkeit und erheblichen Verlusten während des Transports und der Montage.
Diekontakteinheiten mit konischen dielektrischen Hülsen er geben keinen ausreichend zuverlässigen Kontakt wegen ihrer möglichen mechanischen Verformung während des Transports und der Montage. Außerdem erlauben solche Einheiten keinen Schutz des stromleitfähigen Kabels gegenüber direktem elektrischen Kontakt mit einem elektromagnetischen Medium, und das führt zu einer vorzeitigen Zerstörung der Elektroden und ihrem Ausfall. Infolgedessen ist die Lebensdauer solcher Elektroden kurz.
In der Technik ist eine biegsame langgestreckte Anode zum kathodischen Korrosionsschutz der inneren Oberfläche eines Tanks, der aus einem magnetisch empfindlichen Material besteht, mit einem elektrolytischen Medium bekannt. Die Anode umfaßt wenigstens einen Hauptleitungs-Leiter aus Stahl, eine biegsame langgestreckte Ummantelung aus einem elektrisch leitfähigen Polymer, die den Leiter umschließt und einen elektrischen Kontakt damit hat, und eine biegsame dielektrische Schicht aus einem Magnetmaterial (Permanentmagnet), die entlang der Anodenachse mit der Ummantelung entweder mechanisch oder durch eine Klebstoffschicht verbunden ist.
Die magnetische dielektrische Schicht hält die Anode nahe der zu schützenden Oberfläche, schließt aber ihren elektrischen Kontakt mit der Ummantelung aus. Eine Schicht aus porösem Material (zusätzliche poröse Ummantelung) ist zwischen der elektrisch leitfähigen Polymerummantelung der Anode angeordnet (US-A-4 487 676).
Die bekannte Anode erlaubt keine Steuerung der Stromverteilung beim Schutz von Tanks oder anderen Objekten ähnlicher Gestalt, d. h. mit diskret unterschiedlicher Qualität des Oberflächenzustands. Die Anode ist entlang der Länge der Schutzzone infolge der nichtkompensierten Abschwächung des Stroms in der monolithischen elektrisch leitfähigen Ummantelung begrenzt und ist durch eine Schutzwirkungszone (auf beiden Seiten der Anode) begrenzt infolge der Anordnung der Anode unmittelbar an der zu schützenden Oberfläche, was für die magnetische dielektrische Schicht erforderlich ist. Im Zusammenhang mit diesen Nachteilen muß die Anode, um einen geforderten Schutzgrad über die gesamte zu schützende Oberfläche zu garantieren, unter hohen Strombelastungen wirksam sein, was zu vorzeitigem Verschleiß und damit zu einer Verkürzung der Betriebslebensdauer führt.
Die Lösung, die der beanspruchten Lösung in ihrem technischen Gehalt am nächsten kommt, ist eine langgestreckte biegsame Elektrode aus einer elektrisch leitfähigen Polymerzusammensetzung, die in Systemen zum kathodischen Schutz von Metallobjekten, wie beispielsweise Rohrleitungen, verwendet wird. Die Elektrode ist in Form eines Bands hergestellt und umfaßt einen langgestreckten biegsamen Metallkern und eine Ummantelung aus einem elektrisch leitfähigen Polymer auf der Basis von thermoelastoplastischen Materialien oder Kunststoffmaterialien vom Polyvinylchlorid-Typ, die den Kern in elektrischem Kontakt damit umschließt und eine elektrochemisch aktive Arbeitsoberfläche der Elektrode bildet. Die Elektrode kann in einer zusätzlichen äußeren dielektrischen, elektrolytisch undurchlässigen Ummantelung angeordnet sein, die einen direkten Kontakt der Arbeitsoberfläche der Elektrode mit der Objektoberfläche verhindert (GB-A-2 100 290).
Die Elektrode hat keine adäquate Zuverlässigkeit, speziell bei der Montage, und zwar wegen ihrer geringen Elastizität und ihrer geringen Frostbeständigkeit, da das Ummantelungsmaterial bei einer Temperatur unterhalb von -10 ºC bis -15 ºC zu reißen beginnt. Diese Eigenschaften der Elektrode haben auch eine schädliche Auswirkung auf ihre Lebensdauer.
Zusätzlich ist die Elektrodenlebensdauer kurz infolge ihrer Empfindlichkeit gegenüber biologischer Zerstörung, und zwar wegen eines geringen Anteils eines Füllstoffs in dem Ummantelungsmaterial; rasches Herausarbeiten des Füllstoffs ermöglicht dem Elektrolyten Zugang zu dem Kern, was zu beschleunigtem Herausarbeiten führt, was auch eine Folge eines geringen Anteils an Weichmacher ist (Herauswaschen des Weichmachers und rasches Reißen der Elektrodenumhüllung), bedingt durch geringe Leistungsfähigkeit der thermoplastischen Materialien und Kunststoffe, die in dem Ummantelungsmaterial verwendet werden.
Ferner erlaubt die Elektrodenkonstruktion die Verwendung eines stromleitenden Kerns mit einem Nennwiderstandswert von 0,5 Ohm mm²/m (zum Vergleich: der Widerstandswert eines Kupferkerns ist 0,018 Ohm mm²/m, wohingegen der eines Stahlkerns 0,24 Ohm mm²/m ist). Das verlangt einen Mindestdurchmesser von 4,5 mm bei dem schlechtesten zulässigen Widerstandswert von 0,03 Ohm/m. Gleichzeitig ist die Realisierung des besten Widerstandswerts von 0,0003 Ohm/m praktisch unmöglich, da dieser mit einem Durchmesser von 45 mm realisierbar ist. Gleichzeitig überschreitet der Widerstandswert des Materials der Polymerumhüllung 10 Ohm m nicht. Dadurch ist es unmöglich, die Vorteile der langgestreckten Elektrode vollständig zu nutzen, die durch ihre konstante Stromabschwächung gegeben sind, deren kleinster Wert 5,5 10&supmin;³ l/m ist. Unter diesen Bedingungen erhöht sich die Stromlast auf die Elektrode, und zwar speziell nahe ihrer Verbindungsstelle, und dadurch wird die Elektrodenlebensdauer ebenfalls verkürzt.
Die elektrisch leitfähigen Polymerzusammensetzungen und elektrischen Einrichtungen, die um sie herum gebaut werden, sind in der Technik wohlbekannt. Die Hauptbestandteile solcher Zusammensetzungen sind kohlenstoffhaltige Füllstoffe (elementarer Kohlenstoff) und eine Polymermatrix oder ein -binder, während die Eigenschaften jeder Zusammensetzung durch den Einbau verschiedener Zusatzstoffe je nach der Bestimmung und den Anwendungsbedingungen der Zusammensetzung modifiziert werden (US-A-4 442 139).
Die Hauptanforderungen an die Zusammensetzung für Erdungselektroden bestehen in hoher elektrischer Leitfähigkeit und geringer Löslichkeitsrate in einem elektrolytischen Medium. Die Transport- und Lagerungsbedingungen sowie die Technologie der Montage der Erdungselektroden erfordern eine hohe Elastizität derselben.
Hinsichtlich der Elastizitätseigenschaften sind die Elektroden auf der Basis von elektrisch leitfähigen Polymeren vorteilhaft gegenüber beispielsweise Elektroden auf der Basis von Metalloxid- oder Eisen-Silicium-Massen, die beim kathodischen Schutz von Metallkonstruktionen verwendet werden.
Jedoch ist eine stabile Kombination mit hohem Elastizitätsindex (mindestens 10 %) mit für den gegebenen Typ von Elektrolyt (z. B. Erdreich) optimalen Indizes der elektrischen Leitfähigkeit und der Löslichkeit (speziell der Anode) ein komplexes technisches Problem.
Es ist eine elektrisch leitfähige Zusammensetzung bekannt, die eine hohe elektrische Leitfähigkeit hat und einen elektrisch leitfähigen Füllstoff (Metallpulver plus Gasruß) und eine dispergierende Komponente, die in etwa mit Kautschuk kompatibel ist, z. B-. Polyvinylchlorid, Polystyrol, Nylon, Polyethylenglykol in einem Gewichtsverhältnis von 40 bis 60 bzw. 60 bis 40 zur Bildung eines Gemischs mit einem elastomeren Bindemittel, wie etwa Naturkautschuk, Polybutadien, Polyisopren, Ethylen-Propylen-Kautschuk-Copolymeren aufweist. Das Verhältnis zwischen dem Füllstoff mit einem Dispergiermittel und einer Kautschukbasis der Matrix in der Zusammensetzung ist von 1,1:1 bis 5:1 (US-A-4 642 202).
Die bekannte Zusammensetzung hat einen spezifischen Widerstand von weniger als 10&sup6; Ohm cm bei geringen Konzentrationen des elektrisch leitfähigen Füllstoffs
Vom Gesichtspunkt ihrer mzglichen Anwendung für Erdungselektroden und insbesondere für die Erdungsanoden in dem kathodischen Schutzsystem hat sie eine Reihe von erheblichen Nachteilen. Erstens zeigen die Kunststoffe, wie Polyvinylchlorid und Polystyrol, die in der Zusammensetzung enthalten sind, eine Umkehrbarkeit der Formänderung, was die Zusammen setzung unzureichend elastisch macht, und zwar besonders bei niedrigen Temperaturen. Ferner haben die Zusammensetzungen, die auf Kunststoffmaterialien vom Polyvinylchlorid-Typ basieren, einen niedrigen Feststoffanteil, d. h. einen niedrigen Füllstoffanteil. Andererseits bewirken die Metall pulver-Füllstoffe eine drastische Oxidation des Polymers, speziell unter der Wirkung des angelegten Stroms, und das führt zum Reißen des Polymers und zum Verlust der Elastizität.
Der Elektrolyt, der durch die Poren und mikroskopischen Risse eindringt, bewirkt eine Auflösung des Metalls und ein rasches Auswaschen des Füllstoffs, was bei einem geringen Anteil des letzteren die elektrischen Charakteristiken der Zusammensetzung drastisch verändert. So trägt der Metallfüllstoff in der Polymermatrix, der für die bekannte Zusammensetzung verwendet wird, zu einer raschen Erhöhung des spezifischen Widerstands der Zusammensetzung in dem elektrolytischen Medium bei und bewirkt ihre Instabilität gegenüber einer Auflösung der Anode. Infolgedessen machen die ungenügende Schwingungs- und Frostbeständigkeit sowie die geringe Biegsamkeit des auf der bekannten Zusammensetzung basierenden Materials dieses als Erdungselektrode praktisch nicht verwendbar.
Es ist eine elektrolytische Zusammensetzung zum Beschichten von langgestreckten Leitern bekannt, die in Gewichtsprozent ausgedrückt folgendes aufweist: elektrisch leitfähigen Füllstoff (gebrannter Koks) 5 bis 7 %; Polymerbindemittel (Ethyl-Lithacrylat und andere Acryl-Latexpolymere in Emulsionen) 5 bis 50 %; Lösungsmittel auf Wasserbasis 5 bis 50 %; grenzflächenaktives Additiv 0 bis 5 %; Verdickungsmittel 0,1 bis 10 %; C&sub3;-C&sub1;&sub2;-Alkohole 0,01 bis 2,5 %; eine Verbindung, die eine bakterielle Korrosionsschutzsubstanz und Fungizide enthält, 0,01 bis 2,5 % (US-A-4 806 272).
Die Zusammensetzung wird in Form eines elektrisch leitfähigen Überzugs zum kathodischen Korrosionsschutz der Stahlkonstruktion von armiertem Beton verwendet.
Die bekannte Zusammensetzung hat jedoch eine unzureichende elektrische Leitfähigkeit und geringe Beständigkeit gegenüber einer Anodenauflösung infolge der geringen hydrolytischen Stabilität von Carboxylgruppen und der Tendenz zur Absorption von Feuchtigkeit, und dadurch wird die Auflösung der Anode gesteigert. Daher ist die Lebensdauer des auf der bekannten Zusammensetzung basierenden Überzugs kurz. Außerdem hat der auf der bekannten Zusammensetzung basierende Überzug eine unzureichende Elastizität infolge einer ungenügenden Elastizität der Acrylate und der Abwesenheit einer Reaktion des Kokses mit einem Polymer vom Acrylat-Typ.
Die bekannte Zusammensetzung kann nur in Form einer Anodenschicht auf einer polymerisierbaren Kathodenstruktur verwendet werden und kann unter Anwendung herkömmlicher Prozeßeinrichtungen nicht in Form von Erdungselektroden vom Stiftoder Kabeltyp hergestellt werden, so daß das Anwendungsgebiet der Zusammensetzung eingeschränkt wird und sie zum Schutz von langgestreckten erdverlegten Metallkonstruktionen ungeeignet ist.
Dem technischen Inhalt der beanspruchten Zusammensetzung kommt eine Zusammensetzung für eine biegsame Langleitungs- Elektrode am nächsten, die in Systemen zum kathodischen Korrosionsschutz von Metallobjekten, beispielsweise Rohrleitungen, verwendet wird. Die Zusammensetzung weist die nachstehenden Bestandteile in Gewichtsprozent auf: einen elektrisch leitfähigen Füllstoff (Gasruß oder Graphit) 23 bis 55; ein Polymerbindemittel (thermoplastisches Polymer, Polyvinylidenfluorid und Acrylharz, chloriertes Polyethylen) 65 bis 44,8; Additive (Antioxidans, Calciumcarbonat) 0,1 bis 5,0. Der spezifische Widerstand der Zusammensetzung ist 0,6 bis 29 Ohm cm bei 23 ºC, ihre relative Dehnung ist 10 % (GB-A-2 100 290).
Vom Gesichtspunkt der möglichen Anwendung der bekannten Zusammensetzung in Erdungselektroden zum kathodischen Schutz von erdverlegten Konstruktionen hat sie eine Reihe von Nachteilen. Erstens hat diese Zusammensetzung eine geringe Beständigkeit gegenüber einer Anodenauflösung aufgrund der Hydrolysetendenz der Bestandteile, wie etwa chloriertem Polyethylen, Polyvinylidenfluorid, das in ihrer Bindermatrix 4 verwendet wird, und tendiert daher zu einer Feuchtigkeitssättigung im Zusammensetzungsmaterial unter der Einwirkung von Erdelektrolyten. Zweitens sind die Kunststoffmaterialien, die die Basis ihrer Polymermatrix bilden, nicht materialverbrauchend, d. h. der Füllstoffanteil ist begrenzt Als unvermeidliches Ergebnis davon wird der Füllstoff ausgewaschen, und dadurch wird der spezifische Widerstand der Zusammensetzung drastisch erhöht, d. h. die erforderlichen elektrischen Charakteristiken der Schutzschaltung gehen verloren. Außerdem ist das Anwendungsgebiet der bekannten Zusammensetzung wegen ihrer Frostbeständigkeit begrenzt. Die geringe Frostbeständigkeit stellt sich dadurch ein, daß bei allen Ausführungsformen der Zusammensetzung ihre Bindermatrix eine Polymerkomponente (thermoplastisches Polymer, Chlorid oder Fluorid) aufweist, die Polymerbindungen umfaßt, die eine erhöhte Kristallisationstemperatur haben. Dadurch werden die Festigkeit und die elektrischen Charakteristiken der Zusammensetzung bei niedrigen Temperaturen drastisch verschlechtert.
Ein bedeutsamer Nachteil ist außerdem die geringe Plastizität der Zusammensetzung (relative Dehnung gleich 10 %) und daher die geringe Biegsamkeit und geringe Ermüdungsfestigkeit des Zusammensetzungsmaterials. Elektroden auf der Basis der bekannten Zusammensetzung haben geringe Beständigkeit gegenüber Wechselbeanspruchungen, die bei Transport und Montage immer auftreten.

Offenbarung der Erfindung

Die wesentliche Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zum elektrischen Schutz eines Metallobjekts, einer dabei verwendeten Erdungselektrode und einer Zusammensetzung für die Erdungselektrode, die den Zeitraum der Schutzwirkung der Erdungselektrode aufgrund einer Abnahme des Widerstands gegenüber einer Stromausbreitung der Erdungselektrode, gleichförmiger Verteilung ihres Potentials, geringerer Löslichkeit und höherer Frostbeständigkeit der Erdungselektrode verlängert.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum elektrischen Schutz eines Metallobjekts gelöst, wobei eine Langleitungs- Erdungselektrode, die einen zentralen biegsamen Metalleiter und eine Ummantelung aufweist, die den zentralen Leiter umschließt und aus einem schwer löslichen elektrisch leitfähigen Polymermaterial besteht, in einem elektrolytischen Medium in einem vorgegebenen Abstand von dem zu schützenden Metallobjekt installiert wird, wobei das zu schützende Metallobjekt und die Erdungselektrode mit einer Stromquelle elektrisch verbunden werden, um eine Schutzschaltung zu bilden, und wobei das Metallobjekt polarisiert wird, und ist dadurch gekennzeichnet, daß gemäß der Erfindung Abschnitte der elektrischen Verbindung mit den Stromquellen der Langleitungs-Elektrode und des zu schützenden Metallobjekts sowie die geometrischen Dimensionen und/oder elektrischen Parameter der Langleitungs-Erdungselektrode so gewählt werden, daß der Wert der Stromausbreitungskonstanten in der Schutzschaltung kleiner als oder gleich 10&supmin;³m&supmin;¹ ist.
Bei der Realisierung des kathodischen Schutzes eines Metallobjekts kann wenigstens eine zusätzliche Stromquelle vorgesehen werden, und sämtliche Stromquellen sind mit der Langleitungs-Erdungselektrode entlang ihrer Länge in Abständen verbunden, die in der schutzschaltung einen Stromabschwächungsindex von kleiner als oder gleich 1,5 ergeben.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner dadurch gelöst, daß die Erdungselektrode einen langgestreckten zentralen biegsamen Metalleiter und eine Ummantelung aufweist, die den zentralen Leiter umgibt und aus einem schwer löslichen elektrisch leitfähigen Polymermaterial besteht, wobei gemäß der Erfindung auf dem zentralen Leiter eine Klebstoffschicht vorgesehen ist, die einen elektrischen Kontakt bildet.
Eine elektrisch leitfähige Klebstoffschicht mit Elektronenleitfähigkeit ist zwischen der Ummantelung und dem zentralen Leiter angeordnet.
Bevorzugt besteht die Ummantelung aus zwei Schichten, und die elektrischen Leitfähigkeiten der Schichten sind verschieden, und außerdem hat die Ummantelung elektrische Parameter, die sich entlang der Länge der Elektrode verändern.
Ferner wird es bevorzugt, daß die Klebstoffschicht elektrische Parameter hat, die sich entlang der Länge der Elektrode verändern, wenn der zentrale Leiter ein mehradriger Leiter ist und von einer gemeinsamen Klebstoffschicht umgeben ist, oder wobei jede Ader von einer Klebstoffschicht umschlossen ist.
Ferner ist es zweckmäßig, daß die biegsame Ummantelung auf wenigstens einem Bereich des zentralen Leiters vorgesehen ist und separate Abschnitte auf der gesamten Erdungselektrode bildet, wobei die Abschnitte der Erdungselektrode, die frei von der biegsamen Ummantelung sind, eine elektrisch isolierende Schicht haben und den Abschnitten, die die biegsame Ummantelung haben, durch eine Hülse, die aus einem dielekrischen Material besteht, das von einem Bereich der biegsamen Ummantelung umgeben ist, zugeordnet sind und eine monolithische Verbindung bilden; das dielektrische Material der Hülse, das biegsame Ummantelungsmaterial und das Material der elektrisch isolierenden Schicht sind bevorzugt so gewählt, daß sie ähnliche thermodynamische Eigenschaften haben.
Jede Ader des mehradrigen zentralen Leiters kann Abschnitte, die mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen sind, und Abschnitte haben, die keine elektrisch isolierende Schicht haben, während die biegsame Ummantelung sämtliche Abschnitte, die keine elektrisch isolierende Schicht haben, umschließt und diese den Abschnitten der jeweiligen Ader, die mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen sind, mittels einer Hülse, die aus einem dielektrischen Material besteht, das von einem Bereich der biegsamen Ummantelung umgeben ist, zugeordnet sind, um eine monolithische Verbindung zu bilden.
Wenn die Vorrichtung zum kathodischen Schutz eines Metallobjekts verwendet wird, kann jede Ader des mehradrigen zentralen Leiters mit ihrer eigenen Stromquelle verbunden sein, die zu einer unabhängigen Schutzschaltung gehört.
Es ist vorteilhaft, daß wenigstens für eine Ader das Verhältnis der Länge des Abschnitts, der eine elektrisch isolierende Schicht hat, zu der Querschnittsfläche der Ader in diesem Abschnitt sich entlang der Länge der Erdungselektrode verändert.
Die Aufgabe der Erfindung wird außerdem dadurch gelöst, daß die Zusammensetzung für die Erdungselektrode, die einen kohlenstoffhaltigen Füllstoff und ein Bindemittel enthält, gemäß der Erfindung ein Polymer auf Kautschukbasis als Bindemittel und außerdem einen Weichmacher und ein Insektizid aufweist, wobei die Komponenten das folgende Verhältnis in Gewichtsprozent haben:
kohlenstoffhaltiger Füllstoff 40-80
Polymer auf Kautschukbasis 10-49,8
Weichmacher 9-10
Insektizid 0,2-1,0.
Es ist ratsam, daß die Zusammensetzung einen Strukturstabilisator in einer Menge bis zu 10 Gew.-% der Menge des Materials auf Kautschukbasis aufweist.
Das Polymer auf Kautschukbasis kann aus Polychloropren oder Butylkautschuk oder synthetischem Ethylen-Propylen-Kautschuk bestehen, während der Weichmacher aus Dibutylphthalat oder Vaselineöl oder Rubrax bestehen kann; das Insektizid kann 4 aus Thiuramen oder Carbamaten oder Chlorphenolen bestehen, während der Strukturstabilisator aus einem Gemisch aus Magnesiumchloriden und Calciumchloriden oder Kieselgel oder gebrannter Magnesia bestehen kann.
Die vorgeschlagene Erfindung ermöglicht es, die zeitliche Dauer der Schutzwirkung der Erdungselektrode zu steigern, den Widerstand gegenüber der Ausbreitung des Erdungselektrodenstroms zu vermindern, die Gleichförmigkeit der Verteilung ihres Potentials zu steigern, die Löslichkeit herabzusetzen und die Frostbeständigkeit der Erdungselektrode zu verbessern.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird beispielsweise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben; in den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Realisierung des Verfahrens gemäß der Erfindung zum elektrischen Schutz eines Metallobjekts;
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Realisierung des Verfahrens gemäß der Erfindung zum elektrischen Schutz eines Reservoirs;
Fig. 3 die gleiche Darstellung wie in Fig. 1, aber mit mehreren Stromquellen gemäß der Erfindung;
Fig. 4 einen Querschnitt der Erdungselektrode gemäß der Erfindung;
Fig. 5 einen Querschnitt derselben Elektrode mit einer Mehrschicht-Ummantelung gemäß der Erfindung;
Fig. 6 einen Querschnitt derselben Elektrode mit einem mehradrigen zentralen Leiter gemäß der Erfindung;
Fig. 7 einen Querschnitt derselben Elektrode mit einem mehradrigen zentralen Leiter bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 8 einen Querschnitt einer anderen Ausführungsform der Elektrode gemäß der Erfindung;
Fig. 9 einen Querschnitt derselben Elektrode mit einer Zweischicht-Ummantelung und einem mehradrigen zen tralen Leiter gemäß der Erfindung;
Fig. 10 einen Längsschnitt einer Ausführungsform einer Erdungselektrode mit Stiften an dem zentralen Leiter gemäß der Erfindung;
Fig. 11 einen Längsschnitt einer Ausführungsform der Erdungselektrode mit einer elektrisch isolierenden Schicht auf einem Bereich des zentralen Leiters gemäß der Erfindung;
Fig. 12 einen Längsschnitt einer Ausführungsform der Erdungselektrode mit einem mehradrigen zentralen Leiter gemäß der Erfindung;
Fig. 13 eine schematische Darstellung der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung zum elektrischen Schutz eines Metallobjekts, wobei eine Erdungselektrode mit einem mehradrigen zentralen Leiter verwendet wird.

Beste Art der Durchführung der Erfindung

Das Verfahren zum elektrischen Schutz eines Metallobjekts wird unter Anwendung eines Beispiels zum Schutz einer Rohrleitung 1 (Fig. 1) erläutert, wobei eine Langleitungs Erdungselektrode 2 verwendet wird, die in einem vorgegebenen Abstand von der zu schützenden Rohrleitung 1 in ein elektrolytisches Medium 3, z. B. in das Erdreich, eingebracht wird.
Die Rohrleitung 1 ist durch einen Leiter 4 und die Elektrode 2 durch einen Leiter 5 mit einer Stromquelle 6 verbunden, um eine Schutzschaltung zu bilden, woraufhin die Rohrleitung 1 polarisiert wird.
Der negative Anschluß der Stromquelle 6 ist mit der Rohrleitung 1 verbunden, und der positive Anschluß ist mit der Elektrode 2 verbunden. Im Betrieb fließt infolgedessen ständig ein Schutzstrom 1, wobei die Richtung dieses Stroms durch Pfeile 7 angedeutet ist. Dabei sind der Abschnitt, in dem die Rohrleitung 1 und die Elektrode 2 mit der Stromquelle 6 verbunden sind, sowie die geometrischen Dimensionen und/oder elektrischen Parameter der Elektrode so gewählt, daß der Wert der Stromausbreitungskonstanten α in der Schutzschaltung kleiner als oder gleich 10&supmin;³m&supmin;¹ ist. Dieser Wert der Stromausbreitungskonstanten α darf den obigen Wert nicht überschreiten, da in diesem Fall die Abschwächungsrate des Stroms in der Elektrode in solchem Maß ansteigt, daß praktisch sämtliche Vorteile der Stromverteilung und der Stromabgabe, die für die Langleitungs-Elektrode charakteristisch sind, verlorengehen.
In Abhängigkeit von den obigen Bedingungen kann die Stromquelle 6 an jedem Abschnitt der Erdungselektrode 1 angeord net sein, wie Fig. 1 zeigt, in der bedingungsgemäß die Anordnung der Quelle 6' oder 6" näher am Beginn und am Ende der Rohrleitung 1 gezeigt ist.
Fig. 2 zeigt schematisch die Durchführung des Verfahrens zum elektrischen Schutz eines Reservoirs 8, das ein Dach 9 aus dielektrischem Material hat und eine Steuereinheit 10 trägt, die mit dem Körper des Reservoirs 8 durch einen Leiter 11 und mit einer Stromquelle 13 durch Drähte 12 verbunden ist. Der Körper der Stromquelle 13 ist seinerseits ebenfalls durch eine Elektrode 14 geerdet. Das Reservoir 8 ist von einer Langleitungs-Erdungselektrode 15 umgeben, die mit dem Körper des Reservoirs 8 elektrisch verbunden ist.
Im Fall eines Durchbruchs der Isolierung und des Auftretens einer Spannung am Körper der Einheit 10 wird diese Spannung durch die Drähte 12 und den Körper des Reservoirs 8 an die Schutzerdung der Langleitungs-Elektrode 15 angelegt, durch die der Schutzstrom 7 durch das Erdreich 16 zu der Elektrode 14 der wirksamen Erdung der Quelle 13 fließt, und die Schutzschaltung wird an der Quelle 13 geschlossen.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform zur Durchführung des Verfahrens zum kathodischen Schutz der Rohrleitung 1 mit zwei Stromquellen 6 und 17, die sowohl mit der Rohrleitung 1 als auch mit der Erdungselektrode 2 auf ähnliche Weise wie im Fall der Verbindung der Quelle 6 in der in Fig. 1 gezeigten Schaltung elektrisch verbunden sind. Die Flußrichtung der Schutzströme I&sub1; und I&sub2; (Fig. 3) von den Quellen 6 und 17 ist durch Pfeile 7 angedeutet. In diesem Fall ist die wirksamste Version des kathodischen Schutzes von der richtigen Wahl des Abstands L zwischen den Quellen 6 und 17 abhängig, der der art sein muß, daß ein erforderlicher Index der Stromabschwächung in der Schutzschaltung erhalten wird, d. h. daß das Produkt αL kleiner als oder gleich 1,5 ist. Wenn der Stromabschwächungsindex 1,5 überschreitet, steigt die Rate der Stromabschwächung in der Schutzschaltung in solchem Maß an, daß die Elektrode ihre Schutzfunktionen über den gesamten Abschnitt der Länge L nicht mehr ausüben kann.
Die fortlaufende biegsame langgestreckte Anode ist in einem gleichbleibenden Abstand von der zu schützenden Oberfläche angeordnet, um ein planparalleles Feld des Kathodenstroms zu bilden, und zusätzliche Begrenzungen sind eingeführt, die die Potentialdifferenzen des elektrisch leitfähigen Mediums, beispielsweise des Erdreichs, das um die zu schützende Rohrleitung herum angeordnet ist, praktisch ausgleichen.
In der Praxis wurde gefunden, daß unter den Bedingungen des planparallelen Felds des Stroms, das beim kathodischen Schutz unter Verwendung einer biegsamen langgestreckten Anode erscheint, eine solche begrenzende Bedingung die Beziehung ist: a ≥ ξ D [1], wobei a der kleinste Abstand zwischen der Anode und dem zu schützenden Objekt, D die größte Größe des Objekts und ξ ein empirischer Korrelationskoeffizient ist. Die Beachtung dieser Beziehung beseitigt praktisch vollständig die Ungleichförmigkeit der schützenden Differenz der Potentiale der Konstruktion, die sich aus dem Abschirmungseffekt ergibt.
Um die mechanische Festigkeit und Biegsamkeit der Langleitungs-Elektrode 2 zu steigern und ihr Anwendungsgebiet zu erweitern, wenn die transienten und Eingangswiderstände erhöht sind, wird ein Begrenzungsverhältnis für den Vorgang der Wahl der Elektrode und ihre Verbindung durch die Stromquelle 6 mit der zu schützenden Rohrleitung eingeführt:
α&sub1; ≤ 10 α&sub2; ...[2],
wobei α&sub1;, α&sub2; die Stromausbreitungskonstanten zwischen den Verbindungspunkten einer Anodenerdung 25 bzw. einem zu schützenden Objekt 23 sind.
Wenn den Beziehungen [1], [2] genügt wird, indem beispielsweise u. a. zwei Anodenerdungen in Verbindung mit der Stromquelle 6 verlegt werden, werden die Raten der Stromabschwächung entlang der Erdung und dem zu schützenden Objekt 1 einander angenähert, so daß der Grad des effizienten Schutzes erhöht und das Anwendungsgebiet der Erdung in Erdreichen mit hohem Widerstand erweitert wird, und zwar durch die maximale Nutzung der Eigenschaften der Langleitungs- Elektrode 2, wobei der Strom in bezug auf eine Herabsetzung des Eingangswiderstands in der Schutzschaltung durch Erhöhen des Stromflußintervalls berücksichtigt wird, während gleichzeitig ein zulässiger Verlust seiner Dichte infolge von Abschwächung bewahrt wird.
Als Beispiel sollen mehrere Ausführungsformen des kathodi schen Schutzes eines Abschnitts einer Rohrleitung betrachtet werden, die einen Durchmesser von 320 mm und eine Abzweigung einer komplexen Konfiguration bei einer Gesamtlänge von 15,5 km hat und die für 15 Jahre im Gebrauch ist und ein Korrosionspotential von 0,4 V m.s.e. hat (d. h. einen mittleren spezifischen Widerstand des Erdreichs gleich 30 oder 100 Ohm m). Um den erforderlichen Schutzgrad bereitzustellen, wurden zwei Arten von Verbindungen von Schutzsystemen verwendet, um Störbeeinflussungs- und Abschirmungs-Erscheinungen auszugleichen, und zwar mit zwei und vier Stromquellen. Nach den Grundberechnungsmethoden müssen solche Quellen eine maximale Ausgangsleistung von 300 W haben. Sie müssen mit konzentrierten Anodenerdungen ausgestattet sein, die jeweils 150 oder 100 m von der Rohrleitung angeordnet sind und jeweils aus 28 bis 100 oder 56 bis 200 Elektroden bestehen. Um die erforderlichen Betriebsarten der Quellen bereitzustellen, sind pro Jahr 250 bzw. 80 W elektrische Energie notwendig.
Es können verschiedene Ausführungsformen im Fall der Anwendung der Schaltungen für den Anschluß von Schutzsystemen mit einer Langleitungs-Erdungselektrode 2 verwendet werden. Dabei sollen die nachstehenden Ausführungsformen betrachtet werden:
(1) das bekannte Anschlußverfahren, wobei dem Verhältnis (b + D)/(a + D) < 2 genügt ist, wobei b der kleinste Abstand zwischen der Anode und dem zu schützenden Objekt ist;
(2) das gleiche, und zwar äquivalent der Bedingung αa ≤ 11αo;
(3) das gleiche, und zwar äquivalent der Bedingung a ≤ 4,5D;
(4) unter Beachtung des Verhältnisses (b + D)/(a + D)=3;
(5) unter Beachtung des Verhältnisses (b + D)/(a + D) < 3;
(6) unter Beachtung der Beziehung αa = 10αo;
(7) unter Beachtung der Beziehung αa = 10αo;
(8) unter Beachtung der Beziehung a = 5D;
(9) unter Beachtung der Beziehung a < 6D.
Die hauptsächlichen Arbeitscharakteristiken der oben angesprochenen Verbindungsschaltungen von Schutzsystemen mit verschiedenen Anodenerdungen zum Erzielen eines ausreichenden Grads von Schutzpotentialen sind in der Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1 Tabelle 1 (Forts.) Tabelle 1 (Forts.) Versionen von kathodischen Schutzschaltungen
Wie die Tabelle 1 zeigt, werden im Vergleich mit dem bekannten Verfahren die besten Ergebnisse erhalten, wenn die Ausführungsformen gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren verwendet werden, d. h. mit einer Langleitungs-Anodenerdung, die durch die folgenden Beziehungen charakterisiert ist: Pb + D/a +D < 3; a = 5 D; αo ≤ 10αo
Daher werden die Erhöhung des Schutzgrads von Objekten und die Erweiterung des Anwendungsgebiete des Verfahrens erreicht unter Nutzung seiner technischen Vorteile, nämlich einer Erhöhung der Gleichförmigkeit der Verteilung des Schutzpotentials und eines höheren Wirkungsgrads sowie einer Verminderung des Eingangswiderstands der Erdungselektrode infolge des optimalen Abstands zwischen der Elektrode und dem zu schützenden Objekt und der elektrischen Charaktenstiken der Erdung.
Die bei dem oben beschriebenen Verfahren zum elektrischen Schutz von Metallobjekten verwendete Erdungselektrode weist einen langgestreckten zentralen biegsamen Metalleiter 18 (Fig. 4) und eine Ummantelung 19 auf, die den Leiter 18 umschließt und aus einem schwer löslichen stromleitfähigen Polymermaterial biegsam hergestellt ist. Eine Klebstoffschicht 20, die einen elektrischen Kontakt zwischen der Ummantelung 19 und dem Leiter 18 herstellt, ist auf den Leiter 18 aufgebracht.
Die Klebstoffschicht 20 ist elektrisch leitfähig und besteht beispielsweise aus einem elektrisch leitfähigen Email oder einem elektrisch leitfähigen Klebstoff; die Klebstoffschicht 20 dichtet den Leiter 18 und die Kontaktverbindung zwischen dem Leiter 18 und der Ummantelung 19 ab.
Die Ummantelung (Fig. 5) besteht aus zwei Schichten, und die elektrische Leitfähigkeit der Schichten 21 und 22 ist dabei verschieden. Die Ummantelung 19 hat entlang der Länge der Elektrode veränderliche elektrische Parameter. Das wird durch richtige Wahl der Konzentration des kohlenstoffhaltigen Füllstoffs in der Zusammensetzung erreicht, aus der die Ummantelung 19 hergestellt ist; das erlaubt die Verteilung des zu steuernden Schutzstroms, so daß die unterschiedliche Dichte des Schutzstroms gewährleistet ist, die für verschiedene Abschnitte des zu schützenden Objekts erforderlich ist.
Die Klebstoffschicht 20 entlang der Elektrode kann ebenfalls veränderliche elektrische Parameter haben, was durch die veränderliche Konzentration des elektrisch leitfähigen Füllstoffs der Schicht erreicht wird und eine Steuerung der elektrischen Charakteristiken der Elektrode ermöglicht.
Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform des zentralen Leiters 18', der als vieladriges Kabel ausgebildet ist, während die Klebstoffschicht 20 den gesamten Leiter 18 umgibt; in diesem Fall ist die Ummantelung 19 als Einzelschicht, wie in Fig. 6 gezeigt, oder als Doppelschicht, wie in Fig. 7 gezeigt, ausgebildet.
Die vieladrigen Leiter 18 können verschieden ausgebildet sein. In Fig. 8 ist der zentrale Leiter 18 mit einer Klebstoffschicht 20 von einer Vielzahl von Adern 23 umgeben, von denen jede von ihrer eigenen Klebstoffschicht 24 umschlossen ist.
Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform der Elektrode, bei der der zentrale Leiter 18" mehrere Adern 25 aufweist, die jeweils von ihrer eigenen Klebstoffschicht 24 umschlossen sind.
Solche Ausführungsformen der Elektroden machen es möglich, sie als Arbeitselement der Erdung zu verwenden, so daß ein zuverlässiger Kontakt zwischen der Elektrode und dem stromführenden Hauptleiter (an der inneren Oberfläche), die Trennung des Hauptleiters von dem umgebenden Medium sowie ein gleichmäßiges Fließen des Anodenstroms entlang der Gesamtlänge der Erdung unter Berücksichtigung der veränderlichen Leitfähigkeit der Ummantelung entlang ihrer Länge sichergestellt wird.
Die oben beschriebene Konstruktion gewährleistet die nachstehenden Eigenschaften der Erdung:
- Sie verringert drastisch die Anzahl von Kontakteinheiten und eliminiert deren Kontakt mit dem umgebenden Medium, so daß die Zuverlässigkeit der Konstruktion gesteigert wird.
- Sie verringert erheblich den Widerstandswert der Erdung in Erdreich mit hohem Widerstand, da sie aus einer linearen Langleitungs-Elektrode mit Stromableitung besteht.
- Sie stabilisiert den Widerstand der Erdung über die Zeit, da sie die elektrodynamische Abführung von Feuchtigkeit infolge einer Verminderung der Anodenstromdichte an jedem Punkt der Oberfläche der Erdungselektrode herabsetzt.
- Sie gewährleistet die gleichförmige Verteilung des Schutzstroms und -potentials entlang dem zu schützenden Objekt aufgrund von variabel differenzierter Leitfähigkeit der elektrisch leitfähigen Elektrodenummantelung.
Um einen elektrischen Kontakt des zentralen Leiters 18 mit der Ummantelung 19 herzustellen, wenn die Klebstoffschicht ein Dielektrikum ist, hat der zentrale Leiter 18 eine Vielzahl von Stiften 26 (Fig. 10), die in die Ummantelung 19 durch die Klebstoffschicht 20 eindringen, wobei die Klebstoffschicht 20 eine Unterbrechung des Kontakts zwischen den Stiften 26 und der Ummantelung 19 durch eventuelle Längskräfte auf die Ummantelung 19 verhindert.
Die biegsame Ummantelung 19 (Fig. 11) ist bevorzugt auf einem Teil der Erdungselektrode und nicht entlang ihrer Gesamtlänge angeordnet. Bei der beschriebenen Ausführungsform ist der Leiter 18 entlang seiner Länge in Abschnitte 27 und 28 unterteilt, und zwar einen mit einer Ummantelung 19 und einen ohne die Ummantelung. Dabei hat der Abschnitt 27 ohne eine Ummantelung 19 eine elektrisch isolierende Schicht 29 und ist mit dem von der Ummantelung 19 umgebenen Abschnitt 28 durch eine Hülse 30 verbunden, die ihrerseits von einem Bereich der biegsamen Ummantelung 19 umschlossen ist. Die Hülse 30 besteht aus einem dielektrischen Material, beispielsweise chlorsulfoniertem Polyethylen oder einem Copolymer aus Butadien und Styrol-Lithel-Styrol.
Die Hülse 30 bildet eine monolithische Verbindung mit der sie umgebenden Ummantelung 19.
Die Hülse 30, die Ummantelung 19 und die elektrisch isolierende Schicht 29 bestehen aus Materialien, die so gewählt sind, daß sie thermodynamische Ähnlichkeit haben. Beispielsweise ist das die nachstehende Kombination von Materialien:
1) die Ummantelung 19 - cis-l,4-Polyisoprenkautschuk mit einem kohlenstoffhaltigen Füllstoff, die Hülse 30 - ein Copolymer aus Butadien und Styrol, die isolierende Schicht 29 - Polybutadien; 2) die Ummantelung 13 - Polychloropren, die Hülse 30 - chlorsulfatiertes Polyethylen, die isolirende Schicht 29 - ein Copolymer aus Butadien und Nitrilacrylsäure.
Zur Verlängerung der Betriebszeit der Anodenerdung ist die vorgegebene Alternierung der Dichte des Ableitstroms einzelner Abschnitte vorgesehen, wobei eine Anodenerdung aus mehreren gleichartig ausgebildeten Erdungselektroden 31 (Fig. 12), 32 und 33 verwendet wird.
Diese Elektroden 31 bis 33 haben die in Fig. 11 gezeigte Struktur, aber die Länge von Abschnitten 27 und 28 jeder Elektrode 31 bis 33 (Fig. 12) ist verschieden. Außerdem ist eine zusätzliche Ummantelung 19' auf Abschnitte aufgebracht, wenn der Abschnitt 28 einer der Elektroden 31 bis 33 in der Erdung erscheint. Pfeile 34, 35 und 36 zeigen dabei den Schutzstrom von verschiedenen Abschnitten der Anodenerdung.
Die Langleitungs-Elektrode, die Abschnitte des zentralen Leiters 18 mit einer elektrisch isolierenden dielektrischen Schicht 29 hat, besteht elektrisch aus einzelnen stromleitfähigen Elementen, die in Reihe geschaltet und durch den Längswiderstand des Leiters und den Übergangswiderstand der stromleitfähigen Ummantelung 19 charakterisiert sind. Diese beiden Parameter steuern die Stromverteilung entlang der Elektrode und die Differenzierung der Stromabgabe jedes Elements, die durch das Verhältnis der obigen Widerstandswerte bestimmt sind. Unter der Bedingung eines konstanten spezifischen Widerstands der Zusammensetzung, die für die stromleitfähige Ummantelung 19 der Elektrode verwendet wird, wird die Möglichkeit einer Steuerung der Elektrodencharakteristiken aufgrund der Veränderbarkeit des Verhältnisses der Länge zu dem Querschnitt des Leiters 18 in der dielektrischen Schicht 29 erreicht. Wenn es beispielsweise erforderlich ist, die anfänglichen Charakteristiken zu bewahren, wenn die Länge des Abschnitts des Leiters mit einer dielektrischen Schicht 29 verringert ist, wird der Querschnitt des Leiters oder, was das gleiche ist, der Durchmesser proportional ver ringert. Wenn es notwendig ist, die Stromabgabe an irgendeinem lokalen Erdungselement zu erhöhen, ohne seine Länge zu verändern, ist es notwendig, den Querschnitt des Leiters 18 an dem entsprechenden Abschnitt mit einer dielektrischen Schicht 29 zu vergrößern.
Die Anodenerdung einer solchen Konstruktion funktioniert wie folgt.
Die Anodenerdung vom Langleitungstyp mit diskret verteilten elektrischen Charakteristiken ist entlang dem zu schützenden Objekt angeordnet. Wenn die "Minus"-Klemme der Stromquelle 6 (Fig. 13) mit diesem Objekt 1 und die "Plus"-Klemme mit der Erdungselektrode verbunden wird, beginnt ein Schutzstrom zwischen ihnen zu fließen. Dieser Strom erzeugt ein planparalleles Feld, das zu 90 bis 95 % in dem Zwischenraum zwischen den Elektroden geschlossen ist. Der von der Quelle 6 fließende elektrische Strom breitet sich entlang dem Leiter 18 aus, wobei die Abschnitte 27 mit einer elektrisch isoherenden Schicht 29 der Ummantelung 19 dessen Ableitung an das umgebende Medium verhindern.
Gleichzeitig kann der Strom, wenn er die stromleitfähigen Abschnitte 28 der Ummantelung 19 erreicht, durch das umgebende Medium zu dem in der Nähe befindlichen Objekt 1 fließen, so daß es mit einem transversalen Gradienten von Potentialen geschützt wird. Da der Strom in das Objekt 1 fließt, schützt er es vor korrosiver Zerstörung und erzeugt einen erforderlichen Schutzpotentialpegel an der "Objekt-Medium"- Grenzfläche.
Eine solche Stromausbreitung entlang der Erdungselektrode ist durch das "Langleitungs"-Gesetz bestimmt, d. h. durch elektrische Charakteristiken: den Eingangswiderstand und die Stromausbreitungskonstante der Erdung selbst. Das erlaubt es, daß ein solches Verhältnis von Dimensionen von Elementen der stromleitfähigen Abschnitte 28 der Ummantelung 19 und des Abstands zwischen ihnen diskret so gewählt werden kann, daß die elektrischen Charakteristiken der Erdung gleich den oder kleiner als die ähnlichen Charakteristiken des zu schützenden Objekts 1 werden.
In diesem Fall werden optimale Bedingungen der Stromverteilung in dem planparallelen Feld des Schutzstroms erreicht, und dadurch wird der Schutzwirkungsgrad erhöht und somit die Betriebslebensdauer der Anodenerdung unter sonst gleichen Bedingungen verlängert. Die Betriebszuverlässigkeit der Erdung wird durch den Effekt erhöht, daß die Hülsen 30 eine vorzeitige Ausbildung eines direkten elektrischen Kontakts zwischen dem stromführenden Leiter 18 und dem umgebenden Medium verhindern.
Die Notwendigkeit einer solchen Steuerung der Stromabgabe der Anodenerdung ist im Fall des Schutzes einer großen Anzahl von Objekten, z. B. von zwei parallelen Rohrleitungen 1 und 1', die sehr verschiedene Übergangswiderstandswerte haben, besonders wichtig, da hier eine vorgegebene Alternierung von Schutzstrom-Ableitungsdichten erforderlich ist. Wenn der Schutzstrom nur durch Elemente 37 der Erdungselektrode fließt, fließt ein Strom ia von jedem Element zu der Rohrleitung 1 und ein Schutzstrom ia' zu der Rohrleitung 1'. Um einen geforderten Schutzgrad, d. h. ein effektives Potential φ, für jede Rohrleitung 1, 1' zu erhalten, ist es erforderlich, gemeinsame Potentialdiagramme φ&sub1; und φ&sub2; vorzusehen, die zu dem gesamten Schutzstromverbrauch direkt proportional sind. Wenn in diesem Fall die Erdung aus zwei Elektroden 31 und 32 mit diskret verteilten stromleitfähigen Abschnitten 28 der Ummantelung 19 besteht, fließen Ströme ia und ib selektiv von diesen Abschnitten 28.
In diesem Fall ergeben die Ströme ib ein wirksames Potential φ (Potentialdiagramm φ&sub2;) an der Rohrleitung 1', und die Schutzbedingungen der Rohrleitung 1 bleiben unverändert. Ein Vergleich der Potentialdiagramme φ&sub2;' und φ&sub2; zeigt, daß der Schutzstromverbrauch im Fall der Anodenerdung mit Elektroden 31 und 32 viel niedriger und daher ihre Lebensdauer unter sonst gleichen Bedingen entsprechend länger ist.
Die Zusammensetzung für die Erdungselektroden umfaßt einen kohlenstoffhaltigen Füllstoff, ein Polymer auf Kautschukbasis, einen Weichmacher und ein Insektizid. Die Bestandteile werden in den nachstehenden Anteilen in Gewichtsprozent eingesetzt:
kohlenstoffhaltiger Füllstoff 40-80
Polymer auf Kautschukbasis 10-49,8
Weichmacher 9-10
Insektizid 0,2-1,0.
Der kohlenstoffhaltige Füllstoff kann beispielsweise Gasruß oder feinverteilter Kohlenstoff-Graphitstaub sein. Ein solcher Füllstoff bildet einen Elektronenmechanismus der ersten Art der Stromausbeute von dem metallischen stromführenden Kern der Elektrode zu dem Elektrodenkörper. Dabei hat der kohlenstoffhaltige Füllstoff selbst gute Leitfähigkeit von ungefähr gleich 9 bis 35 Ohm m und geringe Anodenlöslichkeit, was es möglich macht, die Anodenlöslichkeit der Gesamtzusammensetzung der Anodenerdung, die diesen Füllstoff in einer Menge von 40 bis 80 Gew.-% enthält, beträchtlich zu vermindern.
Die Zusammensetzung verwendet Polychloropren- oder Butylkautschuk oder synthetischen Ethylen-Propylen-Kautschuk als das Polymer auf Kautschukbasis sowie Butylphthalat oder Vaselineöl oder Rubrax als Weichmacher.
Die Zugabe einer entsprechenden Menge (10 bis 49,8 Gew.-%) von einem der vorgenannten Polymere auf Kautschukbasis zu der Zusammensetzung, wenn sie in dem vorgeschlagenen Verhältnis zu dem kohlenstoffhaltigen Füllstoffliegt, ergibt eine hohe Elastizität (wenigstens 30 %) in Kombination mit einem niedrigen spezifischen Widerstand, der unter Berücksichtigung der Anforderung für kathodische Schutzsysteme bis zu 40 bis 50 Ohm m betragen muß. Die Elastizität sowie die geringe Anodenlöslichkeit (0,24 bis 0,48 kg/Jahr) ergeben sich durch Verwendung eines Weichmachers in der Zusammensetzung, wohingegen eine verlängerte Standzeit insbesondere in nichtsterilen elektrolytischen Medien, beispielsweise im Erdreich, durch den Einbau eines Insektizids, wie etwa von Thiuramen oder Carbamaten oder Chlorphenolen gewährleistet ist.
Eine Änderung des Anteils von Weichmacher und Insektizid über die vorgeschlagenen Grenzwerte hinaus beeinträchtigt die Grundeigenschaften der Zusammensetzung. Ein erhöhter Anteil an Polymer auf Kautschukbasis oder, was das gleiche ist, ein verminderter Anteil des kohlenstoffhaltigen Füllstoffs, was die Herabsetzung des Gehalts an Weichmacher ermöglicht, führt zu einer drastischen Steigerung des spezifischen Widerstands der Zusammensetzung. Ein verminderter Gehalt an Bindemittel oder ein erhöhter Gehalt an kohlenstoffhaltigem Füllstoff vermindert die Elastizität der Zusammensetzung. Um sie auf dem erforderlichen Wert zu halten, muß der Anteil an Weichmacher erhöht werden, und das führt auch zu einer wesentlichen Erhöhung des spezifischen volumetrischen Widerstands der Zusammensetzung.
Eine Herabsetzung des Gehalts an Insektizid auf einen unter 0,2 % liegenden Wert nimmt der Zusammensetzung die antibakterielle Stabilität, wohingegen eine Erhöhung auf einen Wert von mehr als 1,0 % die Zusammensetzung toxisch macht, was durch Gesundheitsvorschriften verboten ist.
Somit ergibt der vorgeschlagene gegenseitige Anteil der Komponenten der Zusammensetzung drei grundsätzliche quantitative Parameter:
Anodenlöslichkeit nicht höher als 0,24-0,48 kg/Jahr
spezifischer Widerstand nicht höher als 40-50 Ohm m
Elastizität Minimum 30 %.
Die Zusammensetzung für die Erdungselektrode wird wie folgt hergestellt.
Unter Anwendung von Walzen mit einer Temperatur von 40 ºC bis 90 ºC wird ein Polymer auf Kautschukbasis hergestellt, das dann mit einem kohlenstoffhaltigen Füllstoff, einem Weichmacher und einem Insektizid ergänzt wird. Zu Beginn des Mischvorgangs wird der Binder für ein bis fünf Minuten plastifiziert. Dann werden nach sechs bis neun Minuten der Weichmacher und das Insektizid zugefügt. Der kohlenstoffhaltige Füllstoff wird während der zehnten bis achtzehnten Minute zugegeben. Der Mischvorgang ist in der neunzehnten bis einundzwanzigsten Minute beendet. Die Vulkanisation erfolgt in einer elektrischen Presse bei einer Temperatur von 140 bis 160 ºC.
Es wurden Gemische mit unterschiedlichen Mengen und Arten von Komponenten hergestellt. Die Daten sind in der Tabelle 2 aufgeführt. Die Ergebnisse einer Untersuchung der Auswirkung der Menge jeder Komponente auf die Eigenschaften der Zusammensetzung sind in der Tabelle 3 angegeben. Tabelle 2 Tabelle 2 (Forts.) Tabelle 2 (Forts.) Tabelle 2 (Forts.)
Als Insektizid sind Thiurame in den Zusammensetzungen Nr. 1-3, 10-12, 19-21, 28, 29 eingesetzt, Carbamate sind in den Zusammensetzungen Nr. 4-6, 13-15, 22-24, 30, 31 eingesetzt, und in den verbleibenden Zusammensetzungen sind Chlorphenole eingesetzt. Tabelle 3 Tabelle 3 (Forts.)
Aus der Tabelle 3 ist ersichtlich, daß die Rate der Anodenlöslichkeit der Erdungen, die aus den vorgeschlagenen Zusammensetzungen bestehen, um ein Mehrfaches geringer als die bekannte Rate ist. Daher ermöglicht es der Einsatz von Dibutylphthalat und auf Kautschuk basierendem Polymer vom Chloropren-Typ als Weichmacher in den vorgeschlagenen Anteilen, die mittlere Auflösungsrate um einen Faktor von 1,8 bis 2,9 herabzusetzen, d. h. dementsprechend die Lebensdauer der Erdungselektroden, die aus diesen Zusammensetzungen bestehen, im gleichen Verhältnis zu verlängern. Die gleichartige Verwendung eines auf Kautschuk basierenden Polymers vom Butylkautschuk-Typ und eines Weichmachers vom Vaselineöl-Typ machen es möglich, die mittlere Auflösungsrate um einen Faktor von 1,6 bis 2,5 herabzusetzen, während die Verwendung eines auf Kautschuk basierenden Polymers vom synthetischen Ethylen-Propylen-Typ und eines Weichmachers vom Rubrax-Typ diese Rate um einen Faktor von 1,4 bis 2,2 herabsetzen, d. h. durchschnittlich insgesamt um einen Faktor zwei.
Die Anodenlöslichkeit praktisch sämtlicher Zusammensetzungen ist geringer als die der bekannten Zusammensetzung, und das macht es möglich, die Lebensdauer der aus diesen Zusammensetzungen bestehenden Anoden-Erdungselektroden um 10 bis 15 Jahre zu verlängern.
Der Einbau des Insektizids in die Zusammensetzung macht sie gegenüber einer Zerstörung durch Bakterien beständig bzw. resistent, wenn das Insektizid in einer Menge von mindestens 0,2 % zugefügt wird.
Eine Erhöhung des Insektizidanteils über 1,0 % macht den Herstellungsprozeß der Zusammensetzung toxisch, und die Endprodukte dieses Prozesses sind in vielen Fällen ebenfalls toxisch. Die erforderlichen Schutzmaßnahmen machen die Technik der Herstellung der Zusammensetzung kompliziert, während zugleich die praktische Nutzung von toxischen Gegenständen aufgrund von gesundheitlichen Vorschriften verboten ist.
Beispiele von Zusammensetzungen mit verschiedenen Insektiziden, d. h. Thiuramen, Carbamaten und Chlorphenolen, sind in der Tabelle 4 angegeben, in der die übrigen Komponenten in Anteilen entsprechend der in den Spalten 3 bis 8 von Tabelle 2 angegebenen Zusammensetzungsnummer vorgesehen sind. Tabelle 4
Zur Verbesserung der Zusammensetzung ist sie mit einem Strukturstabilisator in einer Menge von bis zu 10 Gew.-% des Polymers auf Kautschukbasis versehen. Wenn die Menge des Strukturstabilisators 10 Gew.-% überschreitet, genügt die Zusammensetzung nicht der zulässigen unteren Elastizitätsgrenze, und daher verschlechtern sich die mechanischen Eigenschaften der Elektroden, und ihre Lebensdauern werden verkürzt.
Ein Gemisch aus Chloriden von Magnesium und Calcium oder Kieselgel oder gebrannte Magnesia wird als Strukturstabihsator eingesetzt. Beispiele von Zusammensetzungen mit einem Strukturstabilisator, dessen Menge relativ zu einem der Polymere auf Kautschukbasis ausgewählt ist, sind in der Tabelle 5 zusammengefaßt. Die übrigen Komponenten sind in Mengen vorhanden, die in der Tabelle 2 für die jeweilige Zusammensetzungsnummer angegeben ist. Tabelle 5 Tabelle 5 (Forts.)
In den Zusammensetzungen Nr. 19 bis 27 ist der kohlenstoffhaltige Füllstoff in einer Menge von 79 Gew.-% vorhanden.
Die Tabelle 6 zeigt einige physikalische Eigenschaften von Erdungselektroden, wobei Zusammensetzungen verwendet wurden, die die in den Tabellen 2 bis 5 genannten Polymere enthalten. Tabelle 6 Tabelle 6 (Forts.)
Daher zeigt die beanspruchte Zusammensetzung für die Erdungselektroden technologische Vorteile und hat hohe Elastizität und niedrigen spezifischen Widerstand sowie eine hohe Beständigkeit gegen ein Auflösen der Anode und gegen eine Zerstörung durch Bakterien. Das macht es möglich, die Anzahl solcher Elektroden zu verringern und die effektive Lebensdauer solcher Elektroden in Anodenerdungen im Schnitt um 100 % zu steigern. Das ist sehr wichtig, weil der elektrochemische Schutz von unterirdischen Konstruktionen vor Korrosion, die Installation und der Austausch von Anodenerdungen den Hauptanteil der Baukosten ausmachen.

Gewerbliche Anwendbarkeit

Die Erfindung kann in Systemen des kathodischen Korrosionsschutzes von langgestreckten Metallkonstruktionen, wie etwa Hauptrohrleitungen, sowie zum elektrischen Schutz von Metallobjekten, einschließlich Objekten komplexer Gestalt gegen äußere Spannungen verwendet werden.

Claims

1. Verfahren zum elektrischen Schutz eines Metallobjekts, wobei eine Langleitungs-Erdungselektrode (2), die einen zentralen biegsamen Metalleiter (18) und eine Ummantelung (19) aufweist, die den zentralen Leiter (18) umschließt und aus einem schwer löslichen elektrisch leitfähigen Polymermaterial besteht, in einem elektrolytischen Medium in einem vorgegebenen Abstand von dem zu schützenden Metallobjekt (1) installiert wird, wobei das zu schützende Metallobjekt (1) und die Langleitungs-Erdungselektrode (2) mit einer Stromquelle (6) elektrisch verbunden werden, um eine Schutzschaltung zu bilden, und wobei das Metallobjekt (1) polarisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der Stromausbreitungskonstanten in der Schutzschaltung kleiner als oder gleich 10&supmin;³m&supmin;¹ ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Fall, in dem ein kathodischer Schutz eines Metallobjekts (1) vorgenommen wird, wenigstens eine zusätzliche Stromquelle (17) verwendet wird und sämtliche Stromquellen (6, 17) mit der Langleitungs-Erdungselektrode (2) entlang ihrer Länge in Abständen verbunden sind, die in der Schutzschaltung einen Stromabschwächungsindex von kleiner als oder gleich 1,5 ergeben.

3. Erdungselektrode zur Durchführung des Verfahrens zum elektrischen Schutz eines Metallobjekts, wobei die Erdungselektrode einen langgestreckten zentralen biegsamen Metalleiter (18) und eine Ummantelung (19) aufweist, die den zentralen Leiter (18) umgibt und aus einem schwer löslichen elektrisch leitfähigen Polymermaterial besteht, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem zentralen Leiter (18) eine Klebstoffschicht (20) vorgesehen ist, die einen elektrischen Kontakt bildet.

4. Erdungselektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Klebstoffschicht (20), die eine Elektronenleitfähigkeit hat, zwischen der Ummantelung und dem zentralen Leiter (18) angeordnet ist.

5. Erdungselektrode nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung (19) aus zwei Schichten besteht und die elektrischen Leitfähigkeiten der Schichten (21, 22) so gewählt sind, daß sie verschieden sind.

6. Erdungselektrode nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung (19) elektrische Parameter hat, die sich entlang der Länge der Elektrode verändern.

7. Erdungselektrode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung (19) elektrische Parameter hat, die sich entlang der Länge der Elektrode verändern.

8. Erdungselektrode nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebstoffschicht (20) elektrische Parameter hat, die sich entlang der Länge der Elektrode verändern.

9. Erdungselektrode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebstoffschicht (20) elektrische Parameter hat, die sich entlang der Länge der Elektrode verändern.

10. Erdungselektrode nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Leiter (18) ein mehradriger Leiter ist, der von einer gemeinsamen Klebstoffschicht (20) umgeben ist.

11. Erdungselektrode nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der langgestreckte zentrale Leiter (18) ein mehradriger Leiter ist, der von einer gemeinsamen Klebstoffschicht (20) umgeben ist.

12. Erdungselektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Leiter (18) ein mehradriger Leiter ist, wobei die Klebstoffschicht (20) jede Ader (23) umschließt.

13. Erdungselektrode nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Leiter (18) ein mehradriger Leiter ist, wobei die Klebstoffschicht (20) jede Ader (23) umschließt.

14. Erdungselektrode nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die biegsame Ummantelung (19) auf wenigstens einem Bereich des zentralen Leiters (18) vorgesehen ist und separate Abschnitte (27, 28) auf der gesamten Erdungselektrode bildet, wobei die Abschnitte (27) der Erdungselektrode, die frei von der biegsamen Ummantelung (19) sind, eine elektrisch isolierende Schicht (29) haben und den Abschnitten (28), die die biegsame Ummantelung (19) haben, durch eine Hülse (30), die aus einem dielektrischen Material besteht, das von einem Bereich der biegsamen Ummantelung (19) umgeben ist, zugeordnet sind und eine monolithische Verbindung bilden.

15. Erdungselektrode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die biegsame Ummantelung (19) auf wenigstens einem Bereich des zentralen Leiters (18) vorgesehen ist und separate Abschnitte (27, 28) auf der gesamten Erdungselektrode bildet, wobei die Abschnitte (27) der Erdungselektrode, die frei von der biegsamen Ummantelung (19) sind, eine elektrisch isolierende Schicht (29) haben und den Abschnitten (28), die die biegsame Ummantelung (19) haben, durch eine Hülse (30), die aus einem dielektrischen Material besteht, das von einem Bereich der biegsamen Ummantelung (19) umgeben ist, zugeordnet sind und eine monolithische Verbindung bilden.

16. Erdungselektrode nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Material der Hülse (30), das Material der biegsamen Ummantelung (19) und das Material der elektrisch isolierenden Schicht (29) so gewählt sind, daß sie eine thermodynamische Ähnlichkeit haben.

17. Erdungselektrode nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Material der Hülse (30), das Material der biegsamen Ummantelung (19) und das Material der elektrisch isolierenden Schicht (29) so gewählt sind, daß sie eine thermodynamische Ähnlichkeit haben.

18. Erdungselektrode nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ader (31-33) des mehradrigen zentralen Leiters Abschnitte (27), die mit einer elektrisch isolierenden Schicht (29) versehen sind, und Abschnitte (28) hat, die keine elektrisch isolierende Schicht (29) haben, während die biegsame Ummantelung (19) sämtliche Abschnitte (28), die keine elektrisch isolierende Schicht (29) haben, umschließt und die letztgenannten Abschnitte jedem Abschnitt (27) der jeweiligen Ader (31-33), die mit einer elektrisch isolierenden Schicht (29) versehen ist, mittels einer Hülse (30), die aus einem dielektrischen Material besteht, das von einem Bereich der biegsamen Ummantelung (19) umgeben ist, zugeordnet sind, um eine monolithische Verbindung zu bilden.

19. Erdungselektrode nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß für wenigstens eine Ader (31-33) das Verhältnis der Länge des Abschnitts (27), der mit einer elektrisch isolierenden Schicht (29) versehen ist, zu der Querschnittsfläche der Ader (31-33) in diesem Abschnitt (27) so gewählt ist, daß es sich entlang der Länge der Erdungselektrode verändert.

20. Erdungselektrode nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ader (31-33) des mehradrigen zentralen Leiters Abschnitte (27), die mit einer elektrisch isolierenden Schicht (29) versehen sind, und Abschnitte (28) hat, die keine elektrisch isolierende Schicht (29) haben, während die biegsame Ummantelung (19) sämtliche Abschnitte (28), die keine elektrisch isolierende Schicht (29) haben, umschließt und die letztgenannten Abschnitte jedem Ab schnitt (27) der jeweiligen Ader (31-33), die mit einer elektrisch isolierenden Schicht (29) versehen ist, mittels einer Hülse (30), die aus einem dielektrischen Material besteht, das von einem Bereich der biegsamen Ummantelung (19) umgeben ist, zugeordnet sind, um eine monolithische Verbindung zu bilden.

21. Erdungselektrode nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß für wenigstens eine Ader (31-33) das Verhältnis der Länge des Abschnitts (27), der mit einer elektrisch isolierenden Schicht (29) versehen ist, zu der Querschnittsfläche der Ader (31-33) in diesem Abschnitt (27) so gewählt ist, daß es sich entlang der Länge der Erdungselektrode verändert.