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Vorrichtung zum Schutz von Rohrleitungen gegen vagabundierende Ströme
durch polarisierte Ableitung des Stromes Es ist bekannt, daß man, um ein metallisches,
in einen Elektrolyt (welcher auch der Boden sein kann) eintauchendes Gebilde gegen
Korrosion zu schützen, an einer Stelle dieses Gebildes Strom abzapfen kann, so daß
das Potential des Gebildes niedriger wird als das des umgebenden Elektrolyts.
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Gibt es in der Nähe des 'betrachteten Gebildes Metallteile, welche
ein meistens negatives Potential haben (beispielsweise eine Eisenbahnstrecke), dann
kann man das als polarisierte Stromableitung bezeichnete Verfahren des elektrischen
Schutzes verwenden.
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Dieses Verfahren besteht darin, daß man zwischen dem zu schützenden
Werk und der Eisenbahnstrecke eine elektrische Verbindung herstellt, welche nur
dann in Tätigkeit tritt, sobald das Potential der Strecke unter einem bestimmten
negativen Wert liegt. Das Verfahren wird insbesondere zum Schutz unterirdisch verlegter
Rohrleitungen verwendet, welch letztere unter der Einwirkung von Erdströmen b.zw.
von Strömen, wie sie von der Erde als Primärelement verursacht werden, ferner von
Gleichströmen, welche von der elektrischen Zugförderung herrühren, Abschnitte enthalten
können, die auf ein gefährliches, künstliches Anodenpotential gebracht werden und
dabei sehr starken Anfressungen unterliegen.
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Ein besonderer Fall der Korrosion durch vagabundierende Ströme ist
derjenige einer Rohrleitung, welche in der Nähe einer Eisenbahnschiene vorbeigeht,
die gegenüber dem Boden ein negatives Potential besitzt und an welcher die vagabundierenden
Ströme der -Zugförderung, welche auf der Strecke vor und nach der erwähnten Schiene
verlorengegangen sind, zusammenfließen. Die Strecke
bildet an diesem
Punkt im Boden ein elektronegatives Zentrum, welches alle in den Boden abgeleiteten
Ströme aus der Zugförderung aus der Nachbarschaft an sich zieht.
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Die Ströme benutzen dazu die sich ihnen darbietenden natürlichen Wege
geringsten. ohmschen Widerstandes. Sie werden also ganz natürlich der Rohrleitung
folgen, und zwar bis zu dem Abschnitt, wo sie dieselbe verlassen, um wieder in den
Boden einzutreten und damit die negative Schiene auf dem kürzesten elektrischen
Wege zu erreichen.
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In den Abschnitten, wo die Rohrleitung Strom an den Boden abgibt,
wird das Metall der Rohrleitung zur Anode, und die Rohrleitung wird damit angefressen.
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Es ist möglich, diese Gefahr der Korrosion zu beseitigen, wenn man
die Rohrleitung und die Schiene durch eine metallische Verbindung aneinander anschließt.
Auf diese Weise wird die Rohrleitung mitsamt der Schiene zur Kathode und korrodiert
nicht mehr, und die Rohrleitung neigt ebenso wie die Schiene dazu, gegenüber dem
Boden elektronegativ zu werden. Diese Verbindung bildet also den elektrischen Schutz
durch Stromableitung. In der Praxis entzieht die Rohrleitung diese Ströme dem Boden,
und die Schiene ihrerseits entnimmt, dank der metallischen Verbindung, diese Ströme
der Rohrleitung.
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In Wirklichkeit aber zeigt eine Schiene dauernd sehr veränderliche
Polaritäten, elektropositive oder elektronegative, je nach den Verhältnissen des
Zugverkehrs. Man ruß also in dem Verbindungsstück ein nur in einer Richtung durchlässiges
Ventil anordnen, damit die Verbindung automatisch unterbrochen wird, sobald die
Strecke in eine Periode positiver Ladung gerät, wodurch nämlich bei nicht polarisierter
Verbindung die Rohrleitung zur Anode werden könnte.
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Die :gegenwärtig verwendeten Vorrichtungen umfassen ein Schütz, welches
die Schiene über einen Leiter direkt mit der Rohrleitung verbindet, so daß .dabei
nur ein polarisiertes Ventil von geringer Bedeutung, welches zwischen der Wicklung
des Schützes und der Rohrleitung parallel geschaltet ist, verwendet wird.
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Indessen hat diese Anordnung den schwerwiegenden Nachteil an sich,
daß, wenn das Potential plötzlich von einem negativen Wert auf einen positiven Wert
übergeht, die Trägheit des Schützes beim Durchgang durch Null nicht gestattet, die
Abschaltung vorzunehmen. Das. Schütz bleibt also eingeschaltet, und der positive
Strom fließt von der Schiene nach der Rohrleitung.
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Das Ziel der Erfindung ist es, diesen Übelstand zu vermeiden. Zu diesem
Zweck ist zur Betätigung des Schützes ein Dauermagnet vorgesehen, welcher in dem
Felde einer Spule, die mit dem, Schütz in Reihe geschaltet ist, so angeordnet ist,
daß, -wenn der Strom plötzlich umgekehrt wird, die Pole des Elektromagneten und
des Dauermagneten sich entgegenwirken und sich dabei heftig abstoßen. Das Abschalten
vollzieht sich also dann in sicherer Weise, welches auch immer die Schnelligkeit
der Umkehrung des Stromes und ,die Trägheit des mechanischen Systems sein möge.
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Die Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben,
in welcher die Fig. i ein: Schema der üblichen Vorrichtung ist; Fig.2 ist ein Schema
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 3 ist ein Schema einer Variante; Fig.4,
5 und 6 stellen verschiedene Lagen des Dauermagneten und eines. zugehörigen Quecksilberschützes
dar.
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In der Fig. i ist die üblicherweise verwendete Anordnung dargestellt.
Hierbei ist die, Rohrleitung i an die Schiene :2 durch einen elektrischen Leiter
3 und ein Schütz 4 mit Solenoid angeschlossen. Zwischen der Rohrleitung und dem
Schütz befindet sieh im Nebenschluß das Anlaßventil 6, an welches seinerseits im
Nebenschluß das Relais 7 angeschlossen ist.
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Diese Schaltung bietet den Vorteil der Verwendung nur eines Anlaßventils
geringer Abmessungen, welches gegen die Überspannungen leicht mit Hilfe eines polarisierten
Relais von hohem Widerstand und geringer Bedeutung geschützt werden kann. Es ist
leicht zu verstehen, daß das durch ein Solenoid gebildete Ableitungsschütz eine
Verbindung ohne merklichen Widerstand, mit geschlosseriem Kontakt, zwischen der
Rohrleitung und .der Schiene nur dann herstellt, wenn die Potentialdifferenz zwischen
beiden ausreichend groß ist. Das Haften des Schützes erfolgt durch einen durch das
Ventil gehenden Strom i, welcher fähig ist, die Amperewindungen der Spule zu speisen.
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Dieser Apparat tritt also nur dann. in Tätigkeit, wenn die Schiene
negativer isst als die Rohrleitung, und bei dieser Schaltung ist die Stromstärke
I um so größer, je größer die Potentialdifferenz - U zwischen der Schiene und der
Rohrleitung selbst ist.
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Die widerstandslose Verbindung zwischen der Rohrleitung und der Schiene
wird also nur dann hergestellt, wenn die Stromstärke. i einen genügend großen Wert
I' erreicht, den man nach Belieben einstellen kann.
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Wenn, infolge der Verminderung der Potentialdifferenz - U die Stromstärke
auf einen Wert 1" absinkt, der niedriger ist als I', dann schaltet das Schütz ab,
und: nur noch das Ventil allein sichert ein Fließen des Stromes in der Richtung
Rohrleitung-Schiene.
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Sobald die Polarität der Schiene positiv wird, d. h. wenn U größer
ist als Null, trennt das Schutzrelais die das Ventil enthaltende Verbindung, und
Rohrleitung und Schiene sind dann nur noch durch« die Spule des Relais miteinander
verbunden, @d. h. durch einen sehr hohen ahmschen Widerstand, der die Stärke des
in der umgekehrten Richtung fließenden Stroms fast auf Null beschränkt.
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Das soeben beschriebene übliche System besitzt indessen., wie bereits
gesagt wurde, einen sehr großen Übelstand: Wenn nämlich das Potential der Strecke
plötzlich von - U auf -h U übergeht, kann es infolge der Remanenz des Stromkreises,
welche
unmöglich beseitigt werden kann, und infolge der Trägheit der in Bewegung befindlichen
Teile vorkommen (dieser Eventualfall ist selten, aber er kann eintreten), daß das
Schütz nicht mehr die Zeit hat, sich abzuheben., und alles geht in diesem Augenblick
so vor sich:, als ob man kein polarisiertes Schütz verwendet hätte, sondern eine
einfache metallische Verbindung. Die Vorrichtung wird also durchlässig, und die
Ströme fließen in beiden Richtungen. Das Ziel der Erfindung ist es, diesen Übelstand
zu vermeiden. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist in der Fig. 2 dargestellt.
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EinTauchkolbenelektromagnet 8, @dessenAmperewindungen wie vorher durch
i oder I gespeist werden, zieht den beweglichen mechanischen Teil,
welcher einen Dauermagneten 9 umfaßt, an. Meistens betätigt dieser Dauermagnet eine
Quecksilberkippvorrichtung io, welche alsdann den Schützkontakt bildet.
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Unter diesen Verhältnissen wird, wenn der Strom normalerweise in der
Richtung von der Rohrleitung zu der Schiene fließt, die Magnetisierung des Tauchkolbens
verstärkt, und dieser letztere befindet sich in einem stabilen mechanischen Gleichgewicht,
welches den zwangläufigen Schluß des Schützes gestattet. Werden die Amperewindungen
infolge eines Sinkens der Stromstärke unzureichend, dann schaltet das Schütz in
normaler Weise ab, und die Magnetisierung des Tauchkolbens bleibt erhalten. Die
Wirkungsweise ist also ganz die gleiche wie bei der Vorrichtung nach Fig. i.
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Der wesentliche Unterschied gegenüber der Anordnung nach Fig. i ist
der folgende: Wenn infolge einer plötzlichen Umkehrung des Potentials, welche dem
Schütz der Fig. i nicht erlaubt haben würde, die Abschaltung vorzunehmen, die Richtung
des Stromes sich umkehrt und diese Umkehrung die Umpolung der Pole des Elektromagneten
nach sich zieht, dann wird der Dauermagnet von dem Elektromagneten heftig abgestoßen
und dadurch natürlich auch das mechanische System.
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Man ist also absolut sicher, daß das Schütz bereits von Beginn der
Umpolung an abgeschaltet ist.
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Man wird bemerken, daß die Magnetisierung des Tauchkolbens nach diesem
Vorgang nachgelassen hat und daß die Stromstärke i, welche das nachfolgende Einschalten
herbeiführt, ein wenig größer als der normale Wert sein wird; aber die ursprüngliche
Magnetisierung wird dann im Verlauf der normalen Stromableitung wiederhergestellt.
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Als Variante für die Elektrotauchvorrichtung kann man eine mehr mechanische
Lösung verwenden, welche keiner entmagnetisierenden Wirkung unterworfen ist. Diese
Vorrichtung umfaßt einen Dauermagneten i i, angeordnet auf einem Drehzapfen 12,
welcher mit den Quecksilberampullen 13 und 1q. versehen ist. Dieser Dauermagnet
kann unter der Wirkung der polaren Anziehungen um einen gegebenen Winkel schwingen
(Fig. 3). Eine zufällige Umkehrung der Amperewindungen des Elektromagneten 15 bringt
durch Kippen die Ampullen in die Abschaltlage (Fig. 6). In diesem Falle findet keine
Entmagnetisierung statt. Die Magnetisierung wird beibehalten, welches auch immer
die Stromrichtung sein möge, und der Dauermagnet stellt sich in dem Magnetfelde
ein.
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Fig. q. stellt die Lage des Dauermagneten dar, wenn kein Strom im
Leiter 3 fließt, und Fig. 5 zeigt die Stellung des Dauermagneten, wenn der Strom
in normaler Weise von der Rohrleitung nach der Schiene fließt.
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Diese Vorrichtung kann ohne eine mechanische Änderung in die sogenannten
Ableitung-Abzapfen-oder Verbundschaltung-Schutzvorrichtungen eingebaut werden.